Горы против диабета: ученые раскрыли неожиданную роль красных кровяных клеток

Уровень заболеваемости диабетом ниже в высокогорных районах, но исследователи долго не могли понять, почему. Теперь новое исследование на мышах предлагает возможное объяснение: красные кровяные клетки, которые играют ключевую роль в транспортировке кислорода по всему организму, могут снижать уровень сахара в крови, превращая глюкозу в соединение, которое помогает высвобождать кислород в тканях.

Если эти результаты удастся воспроизвести на людях, они также указывают на то, что препараты на ранних стадиях разработки потенциально могут имитировать этот механизм.

«Наша работа подчеркивает важную роль, которую красные кровяные клетки могут играть в регуляции диабета. Это та концепция, на которую следует нацеливаться в будущем», — рассказала Live Science ведущий автор исследования Иша Джайн, биохимик из Gladstone Institutes и Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Высокогорье и низкий сахар

Давно известно, что люди, живущие на больших высотах с низким уровнем кислорода, например в Андах и Гималаях, как правило, имеют более низкие показатели диабета, но причина этой связи оставалась неясной. В исследовании 2023 года ученые наблюдали то же самое явление у мышей: когда грызунов помещали в условия с низким содержанием кислорода, у них развивалось состояние, называемое гипоксией (когда снабжение тканей кислородом становится недостаточным), и уровень глюкозы в их крови также снижался.

Однако исчезновение глюкозы нельзя было объяснить количеством сахара, поглощенного мышцами и другими органами на сканограммах, поэтому было непонятно, куда он девался.

От горных вершин к лабораторным камерам

Чтобы проверить, отвечают ли красные кровяные клетки за снижение глюкозы, авторы исследования поместили мышей в камеры с низким содержанием кислорода (8% кислорода), что имитировало высокогорный воздух. Другая группа мышей находилась в воздухе с 21% кислорода (нормальные атмосферные условия). Через несколько недель обеим группам ввели глюкозу и измерили уровень сахара в крови. У мышей в условиях гипоксии скачок сахара был значительно ниже, что говорит о более быстром выведении глюкозы из крови. Этот эффект сохранялся неделями, даже после возвращения мышей в нормальные условия, что указывает на долгосрочное влияние гипоксии на метаболизм.

Исследователи также отслеживали поглощение глюкозы органами, но большая часть исчезнувшей глюкозы осталась «неучтенной». Это натолкнуло их на мысль, что сахар потребляют клетки самой крови.

Эксперименты с красными клетками

Когда ученые периодически удаляли кровь у мышей в условиях гипоксии, чтобы уровень красных кровяных клеток оставался нормальным, эффект снижения сахара исчезал. Напротив, переливание красных кровяных клеток мышам, дышащим обычным воздухом, приводило к падению уровня глюкозы. Далее, используя меченую глюкозу, исследователи показали, что красные клетки из гипоксической группы поглощали значительно больше сахара и быстро превращали его в молекулу, которая связывается с гемоглобином, заставляя его легче отдавать кислород тканям.

Анализ показал, что в условиях недостатка кислорода в красных кровяных клетках увеличивается количество белка GLUT1 (переносчика глюкозы). Таких клеток стало примерно в два раза больше, и они поглощали в три раза больше глюкозы, чем обычные. Причем эти изменения касались только новых клеток, произведенных в условиях гипоксии.

Исследователи отмечают, что это открытие не только объясняет феномен «горного» метаболизма, но и открывает совершенно новые подходы к лечению диабета. Вместо того чтобы пытаться заставить мышцы или печень активнее забирать сахар из крови, можно сфокусироваться на эритроцитах.

В одном из экспериментов команда применила соединение HypoxyStat (разработанное в лаборатории Джайн), которое имитирует кислородное голодание, заставляя гемоглобин крепче связывать кислород и не отпускать его. У мышей, получивших это вещество, также снизился уровень глюкозы. Хотя до испытаний на людях еще далеко, этот подход выглядит многообещающим.

Эксперты комментируют:

Дэниел Теннант, исследователь гипоксии из Бирмингемского университета (не участвовал в работе), отметил, что в условиях гипоксии эритроциты не только увеличиваются в количестве, но и структурно меняются, чтобы потреблять больше сахара. «Это эволюционно закрепленный корректирующий механизм для лучшего насыщения организма кислородом на высоте», — пояснил он.

Ларс Кестнер, биолог из Саарландского университета (Германия), согласен: с системной точки зрения всё логично — больше клеток-переносчиков, больше топлива (глюкозы) им нужно.

Соня Роша из Ливерпульского университета добавила, что именно поэтому элитные спортсмены тренируются в горах: их организм производит больше эритроцитов для более эффективной доставки кислорода к тканям. Она также предостерегает: прежде чем препараты вроде HypoxyStat можно будет испытать на людях, потребуется гораздо больше проверок.

Таким образом, простое вдыхание разреженного воздуха вряд ли станет методом лечения диабета, но понимание механизма уже изменило взгляд ученых на болезнь. Как заключает Иша Джайн: «Это открывает дверь к совершенно иному мышлению в лечении диабета. Возможно, в будущем мы сможем „научить“ красные кровяные клетки активнее высасывать сахар из крови, подобно губке, не прибегая к гормональной терапии». Если следующие этапы исследований подтвердят безопасность такого подхода для человека, нас ждет революция в эндокринологии