Ученые выяснили, почему слабеют мышцы у людей с диабетом

При диабете 2 типа мышечная сила снижается, и нарушается способность мышц поглощать глюкозу нарушается. Авторы нового исследования обнаружили ген, который связан с мышечной слабостью. Исследование показало, что ген, который обычно играет важную роль в регенерации мышц, «замалчивается» у людей с диабетом 2 типа. Это открытие дает новые возможности для разработки методов лечения, которые восстанавливают мышечную функцию и повышают усвоение глюкозы. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Communications.

Актуальность вопроса

Клетки людей с диабетом менее чувствительны к инсулину, являющимся гормоном, который позволяет тканям по всему телу поглощать глюкозу из кровотока.

Одним из симптомов, указывающих на то, что человек находится на ранних стадиях диабета 2 типа, является снижение силы захвата. И наоборот, существуют также некоторые доказательства того, что упражнения с сопротивлением могут снизить риск развития этого состояния.

Новое исследование, проведенное учеными из Лундского университета (Lund University) в Мальме, Швеция, помогает объяснить, почему скелетные мышцы слабеют у людей с диабетом 2 типа.

Обычно физические упражнения или травмы активируют незрелые клетки в мышечной ткани, называемые мышечными стволовыми клетками. Затем клетки размножаются и превращаются в зрелые мышечные волокна в процессе, известном как миогенез, который регенерирует мышцу.

Новое исследование ученые предположили, что одна из причин того, что мышечная ткань не восстанавливается должным образом у людей с диабетом, заключается в том, что она не производит достаточного количества ключевого белка. Белок, называемый VPS39, является частью молекулярного механизма, который клетки используют для удаления поврежденных компонентов, чтобы регенерировать себя. Технический термин для этой системы утилизации отходов — аутофагия, что буквально означает «самоедство».

Согласно новому исследованию, ген продуцирует VPS39 менее активным в мышечных клетках людей с диабетом 2 типа. Это ухудшает способность мышечной ткани генерировать новые мышечные волокна и снижает ее поглощение глюкозы.

«Ген важен, когда мышечные клетки поглощают сахар из крови и строят новые мышцы», — объясняет руководитель исследования Шарлотта Линг (Charlotte Ling), профессор эпигенетики в университете Лунда. «Наше исследование-первое в истории, связывающее этот ген с диабетом 2 типа».

Линг с соавторами изучают эпигенетику, то есть то, как гены включаются и выключаются (или замалчиваются) в ходе развития клетки. Эпигенетические изменения могут быть результатом внешних факторов и факторов окружающей среды или следствием нормального развития клеток. Болезни и факторы образа жизни, такие как физические упражнения и диета, также могут вызывать эпигенетические изменения в мышцах и других тканях. У людей с диабетом 2 типа это состояние, по-видимому, вызывает эпигенетические изменения, которые заставляют ген VPS39 замолчать, не позволяя ему производить одноименный белок.

Материалы и методы исследования

Исследователи сделали свое открытие, сравнив биопсии мышц у 14 человек с диабетом 2 типа и 14 здоровых из контрольной группы. Команда подобрала участников по их возрасту, полу и индексу массы тела (ИМТ).

Ученые выращивали мышечные стволовые клетки и зрелые клетки у добровольцев в идентичных условиях в лаборатории, и обнаружили активность 20 генов последовательно отличалась между двумя группами. Это говорит о том, что диабет вызвал эпигенетические изменения в этих генах, изменив их экспрессию.

Результаты научной работы

Среди генов, которые отличались между людьми с диабетом 2 типа и контрольной группой, был VPS39, который, как известно, является частью клеточного механизма, контролирующего аутофагию. Чтобы исследовать роль VPS39 в регенерации мышц, исследователи заглушили ген в здоровых мышечных стволовых клетках человека.

Когда клетки больше не могли вырабатывать белок VPS39, это вызвало ряд изменений, которые очень напоминали изменения в мышечных стволовых клетках у людей с диабетом 2 типа. Чистый эффект состоял в том, чтобы предотвратить развитие клеток в зрелые мышечные клетки.

«Стволовые клетки, которым не хватает VPS39 из-за измененных эпигенетических механизмов, не могут изменить свой метаболизм так же, как мышечные стволовые клетки из контроля — поэтому клетки остаются незрелыми или разрушаются и умирают», — говорит соавтор исследования Йоханна Салл Серневи (Johanna Säll Sernevi).

Исследователи дополнительно проверили эту идею, изучив генетически модифицированных мышей, у которых был дефицит белка. Это имитирует эпигенетические изменения, которые происходят у людей с диабетом 2 типа. Действительно, в мышечной ткани животных произошли аналогичные изменения, включая снижение поглощения глюкозы, а также изменения в регуляции аутофагии и созревания мышечных клеток.

Авторы исследования с оптимизмом смотрят на то, что их открытие может вдохновить на новые виды лечения диабета 2 типа. 

«Такое лечение, вероятно, могло бы улучшить как поглощение глюкозы мышечными клетками, так и регенерацию мышц за счет лучшей способности мышечных стволовых клеток дифференцироваться в зрелые мышечные волокна», — сказал профессор Линг.  «Наш следующий шаг — изучить влияние негенетических факторов риска диабета 2 типа на эпигенетику мышечных стволовых клеток», — добавила она.

Они могут включать в себя влияние факторов образа жизни, таких как диета и физические упражнения.

В своей статье исследователи подчеркивают, что они обнаружили различия между людьми с диабетом 2 типа и здоровыми контрольными группами в экспрессии нескольких генов в дополнение к VPS39. Хотя они сосредоточились на роли VPS39 в этом исследовании, они признают, что другие гены также способствуют мышечной дисфункции и резистентности к инсулину при диабете 2 типа.

Авторы другого исследования утверждают, что сардины помогают предотвратить риск развития диабета.