С остеопорозом и возрастной потерей костной массы сталкиваются миллионы людей по всему миру. По данным ВОЗ, примерно каждая третья женщина и каждый пятый мужчина старше 50 лет переносят переломы, возникающие из-за снижения плотности костной ткани. Для пожилых людей и людей с хроническими заболеваниями переломы часто означают длительную боль, потерю подвижности и независимости.
Специалисты Гонконгского университета обнаружили биологический механизм, который наконец-то объяснил связь между физическими нагрузками и прочностью костей. Открытие может стать основой для разработки лекарств, которые будут имитировать эффекты физических упражнений — особенно такие лекарства необходимы тем, кто не может двигаться.
Ученые обнаружили белок Piezo1, расположенный на поверхности мезенхимальных стволовых клеток в костном мозге. Этот белок работает как механический сенсор, улавливающий физическое напряжение, которое возникает при движении и нагрузках.
Внутри костного мозга находятся стволовые клетки, которые могут превращаться либо в костную ткань, либо в жировые клетки. При активном росте в детстве и юности большинство таких клеток становятся именно костными, но с возрастом баланс постепенно смещается: все больше клеток превращаются в жировые вместо костных. Жир накапливается в костном мозге, вытесняя здоровую костную ткань, что еще сильнее ослабляет костную ткань. Так формируется цикл постепенного снижения плотности и качества костей, который трудно остановить современными методами.
Эксперименты на мышах и человеческих стволовых клетках показали: когда Piezo1 активируется благодаря физической нагрузке, он ограничивает накопление жира в костном мозге и способствует образованию новой костной ткани. Когда же этот белок отсутствует, стволовые клетки охотнее превращаются в жировые, ускоряя потерю костной массы. Отсутствие Piezo1 также запускает выброс воспалительных сигналов, которые дополнительно направляют клетки к производству жира и мешают росту костей.
«Мы по сути расшифровали, как тело превращает движение в более крепкие кости, — говорит руководитель исследования, профессор Сюй Аймин. — Мы определили молекулярный датчик физической активности Piezo1 и сигнальные пути, которые он контролирует. Это дает нам четкую мишень для вмешательства: активируя путь Piezo1, мы можем имитировать пользу от упражнений, фактически заставляя тело думать, что оно тренируется, даже при отсутствии реального движения».
«Это открытие особенно важно для пожилых людей и пациентов, которые не могут заниматься физическими упражнениями из-за слабости, травм или хронических заболеваний», — отмечает соавтор работы, доктор Ван Байлэ.
Теперь ученые планируют разработку препаратов для активации сигнального белка, которые можно будет применять в клинической практике.
Ранее ученые выяснили, что кишечные бактерии «впрыскивают» белки прямо в клетки человека.
