Давно известно, что люди, живущие на больших высотах, где воздух разрежен, реже страдают диабетом по сравнению с жителями равнин. Хотя эта закономерность была хорошо задокументирована, ее биологическое объяснение до сих пор оставалось неясным. Теперь ученые из Институтов Гладстона заявляют, что нашли причину. Их исследование показывает, что в условиях низкого содержания кислорода красные кровяные тельца – эритроциты – начинают активно поглощать глюкозу из кровотока, действуя как своего рода «сахарные губки».
В статье, опубликованной в журнале Cell Metabolism, команда продемонстрировала, как эритроциты меняют свой метаболизм при падении уровня кислорода. Изначально этот сдвиг позволяет клеткам более эффективно доставлять кислород к тканям на большой высоте. Однако у этого процесса есть и побочный эффект – снижение уровня сахара в крови, что и объясняет уменьшение риска диабета.
Лаборатория под руководством старшего автора исследования Иши Джайн посвятила годы изучению гипоксии – состояния пониженного содержания кислорода в крови – и ее влияния на обмен веществ. В ходе ранних экспериментов команда заметила, что у мышей, дышавших воздухом с низким содержанием кислорода, резко падал уровень глюкозы. Животные быстро выводили сахар из крови после еды, что обычно связано с низким риском диабета. «Когда мы давали сахар мышам в условиях гипоксии, он почти мгновенно исчезал из их кровотока, – говорит Иоланда Марти-Матеос, первый автор нового исследования. – Мы проверили мышцы, мозг, печень – всех обычных „подозреваемых“, – но ни один из этих органов не мог объяснить происходящее».
Используя другой метод визуализации, исследователи обнаружили, что недостающим «поглотителем глюкозы» были именно эритроциты. Это стало неожиданностью, поскольку традиционно эти клетки рассматривались лишь как пассивные переносчики кислорода. Последующие эксперименты на мышах подтвердили открытие: в условиях гипоксии организм животных производил больше эритроцитов, и каждая отдельная клетка поглощала больше глюкозы по сравнению с клетками, сформированными при нормальном уровне кислорода.
Работая в сотрудничестве с учеными из Медицинского кампуса Аншутц Университета Колорадо и Университета Мэриленда, группа доктора Джайн выяснила молекулярные детали. Оказалось, что при нехватке кислорода эритроциты используют глюкозу для создания особой молекулы, которая помогает им высвобождать кислород в тканях. «Что меня больше всего удивило, так это масштаб эффекта, – отмечает соавтор исследования Анджело Д’Алессандро. – Мы обнаружили, что на эритроциты может приходиться значительная часть потребления глюкозы всем организмом, особенно в условиях гипоксии».
Исследователи также обнаружили, что метаболические преимущества длительной гипоксии сохранялись у мышей в течение нескольких недель и даже месяцев после возвращения к нормальному уровню кислорода. Основываясь на этом, команда протестировала препарат HypoxyStat, который имитирует условия низкого содержания кислорода. У мышей с моделью диабета лекарство полностью устранило высокий уровень сахара в крови, превзойдя существующие методы лечения. «Это открывает дверь к принципиально иному подходу в лечении диабета – задействованию эритроцитов в качестве поглотителей глюкозы», – заключает Иша Джайн. Открытие может найти применение и за пределами диабетологии, например, в спортивной физиологии и при лечении травм.
