Физическая активность способствует укреплению костей — это знание существует уже долго. Однако механизм, по которому движение преобразуется в более крепкую костную ткань на молекулярном уровне, оставался неразгаданным.
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 лиц с хроническими заболеваниями переломы часто приводят к длительной боли, утрате подвижности и независимости.
Исследователи Гонконгского университета выявили биологический механизм, который наконец-то пролил свет на связь между физическими упражнениями и прочностью костей. Это открытие может послужить основой для создания медикаментов, имитирующих эффекты физических нагрузок — такие препараты особенно нужны тем, кто не может быть активным.
Ученые обнаружили белок Piezo1, находящийся на поверхности мезенхимальных стволовых клеток в костном мозге. Этот белок функционирует как механический сенсор, улавливающий физическое напряжение, возникающее при движении и нагрузках.
Внутри костного мозга располагаются стволовые клетки, которые могут дифференцироваться либо в костную ткань, либо в жировые клетки. Во время активного роста в детстве и юности большинство таких клеток становятся костными, однако с возрастом баланс начинает смещаться: все больше клеток превращаются в жировые, а не в костные. Жир накапливается в костном мозге, вытесняя здоровую костную ткань, что еще больше ослабляет костную структуру. Это создает цикл постепенного снижения плотности и качества костей, который сложно прервать современными методами.
Эксперименты на мышах и человеческих стволовых клетках продемонстрировали: активация Piezo1 в результате физической нагрузки ограничивает накопление жира в костном мозге и способствует образованию новой костной ткани. В отсутствии этого белка стволовые клетки с большей охотой превращаются в жировые, что ускоряет потерю костной массы. Кроме того, отсутствие Piezo1 вызывает выброс воспалительных сигналов, которые дополнительно направляют клетки к производству жира и препятствуют росту костей.
«Мы по сути расшифровали, как организм преобразует движение в более крепкие кости, — комментирует 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 организм думать, что он тренируется, даже без реального движения».
«Это открытие имеет особое значение для пожилых людей и пациентов, которые не могут заниматься физическими упражнениями из-за слабости, травм или хронических заболеваний», — добавляет соавтор работы, доктор Ван Байлэ.
В настоящее время ученые планируют разработать препараты для активации сигнального белка, которые можно будет использовать в клинической практике.
Фото: hi-tech.mail.ru