Биологи Массачусетского технологического института обнаружили неожиданный эффект кетогенной или богатой жирами диеты: они доказали, что высокие уровни кетоновых тел (молекул, образующихся при расщеплении жира) помогают кишечнику поддерживать большой пул взрослых стволовых клеток, которые имеют решающее значение для поддержания здоровой слизистой оболочки кишечника.
Исследователи также обнаружили, что кишечные стволовые клетки производят необычно высокий уровень кетоновых тел даже при отсутствии диеты с высоким содержанием жиров. Эти кетоновые тела активируют хорошо известный сигнальный путь, называемый Notch, который, как ранее было доказано, помогает регулировать дифференцировку стволовых клеток .
«Кетоновые тела являются одним из первых примеров того, как метаболит определяет судьбу стволовых клеток в кишечнике», — говорит Омер Йилмаз ( Omer Yilmaz ), профессор биологии Айзена и Чанга по развитию карьеры и член Института интеграционных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте.
«Кетоновые тела, которые играют важную роль в поддержании энергии во время стресса при питании, используя путь Notch для улучшения функции стволовых клеток. Изменения уровней кетоновых тел при различных состояниях питания или диетах позволяют стволовым клеткам адаптироваться к разной физиологии.»
В исследовании на мышах было обнаружено, что кетогенная диета дала кишечным стволовым клеткам регенеративный импульс, который позволил им лучше восстанавливаться после повреждения слизистой оболочки кишечника, по сравнению со стволовыми клетками мышей на обычном питании.
Неожиданная роль
Взрослые стволовые клетки, которые могут преобразовываться в различные типы клеток, обнаруживаются в тканях по всему организму. Эти стволовые клетки особенно важны в кишечнике, поскольку слизистая оболочка кишечника обновляется каждые несколько дней. Лаборатория Йилмаза (Yilmaz) ранее доказала, что голодание улучшает функцию стволовых клеток у старых мышей и что кето диета (диета с высоким содержанием жиров) может стимулировать быстрый рост популяций стволовых клеток в кишечнике.
В этом же исследовании группа хотела изучить возможную роль метаболизма в функции стволовых клеток кишечника. Анализируя данные экспрессии генов, Ченг ( Chia-Wei Cheng ) обнаружил, что некоторые ферменты, участвующие в производстве кетоновых тел, более распространены в стволовых клетках кишечника, чем в других типах клеток.
Когда мы питаемся продуктами с высоким содержанием жиров, клетки используют ферменты для расщепления жира на кетоновые тела, которые организм может использовать в качестве топлива в отсутствие углеводов. Но, поскольку эти ферменты настолько активны в стволовых клетках кишечника, что эти клетки имеют необычайно высокий уровень кетоновых тел, даже когда потребляется нормальная еда без высокого количества жиров.
К их удивлению, исследователи обнаружили, что кетоны стимулируют сигнальный путь Notch, который, как известно, имеет решающее значение для регуляции функций стволовых клеток, таких как регенерация поврежденной ткани.
«Кишечные стволовые клетки могут генерировать кетоновые тела сами по себе и использовать их для поддержания своих собственных стволовых клеток путем точной настройки проводного пути развития, который контролирует клеточную линию и судьбу», — говорит Ченг.
На мышах исследователи доказали, что кетогенная диета усиливает этот эффект, и мыши на такой диете лучше способны регенерировать новые ткани кишечника.
Когда исследователи накормили мышей рационом с высоким содержанием сахара, они увидели противоположный эффект: производство кетонов и функция стволовых клеток снизились.
Функция стволовых клеток
Это исследование помогает ответить на некоторые вопросы, поднятые в предыдущей работе Йилмаза, и доказало, что как голодание, так и кето диета или диета с высоким содержанием жира улучшает функцию стволовых клеток кишечника. Новые данные свидетельствуют о том, что стимулирование кетогенеза с помощью любой диеты, которая ограничивает потребление углеводов, способствует распространению стволовых клеток.
«Кетоновые тела становятся высокоиндуцированными в кишечнике в периоды дефицита пищи и играют важную роль в процессе сохранения и повышения активности стволовых клеток», — говорит Йилмаз.
«Когда пища недоступна, кишечник должен сохранить функцию стволовых клеток, чтобы, когда питательные вещества вновь станут поступать, у вас был пул очень активных стволовых клеток, которые могут продолжать выстилать клетки кишечника».
Полученные данные свидетельствуют о том, что кетогенная диета , которая будет стимулировать выработку кетоновых тел в кишечнике, может быть полезна для восстановления повреждений слизистой оболочки кишечника, которые могут возникнуть у больных раком, получающих лучевую или химиотерапию, говорит Йилмаз.
В настоящее время исследователи планируют изучить, используют ли взрослые стволовые клетки в других типах тканей кетоновые тела для регулирования их функции. Другой ключевой вопрос заключается в том, может ли кетон-индуцированная активность стволовых клеток быть связана с развитием рака, потому что есть доказательства того, что некоторые опухоли в кишечнике и других тканях возникают из стволовых клеток.
«Если вмешательство стимулирует пролиферацию стволовых клеток, популяцию клеток, которые служат источником некоторых опухолей, может ли такое вмешательство повысить риск заболевания раком? Это то, что мы хотим понять», — говорит Йилмаз. «Какую роль играют кетоновые тела на ранних этапах образования опухоли, и могут ли они слишком сильно влиять на этот путь, будь то диета или миметики малых молекул, влиять на формирование рака? Мы пока не знаем ответа на эти вопросы».
Йилмаз ( Yilmaz ) является старшим автором этого исследования, которое было опубликовано 22 августа 2019 года в журнале Cell .
