Защита суставного хряща может обеспечиваться умеренными физическими нагрузками благодаря изменению молекулярных сигналов, которыми клетки обмениваются друг с другом. Исследователи из системы Mass General Brigham выяснили, что после тренировок в крови меняется состав внеклеточных везикул — крошечных частиц, способных транспортировать биологически активные молекулы. В экспериментах такие частицы улучшали состояние хрящевых клеток и снижали признаки возрастного повреждения хряща у мышей. О том, как движение воздействует на суставы и почему открытие может быть полезно людям с ограниченной подвижностью, — в материале «Известий».
Почему суставам нужно движениеОстеоартрит (его также именуют остеоартрозом либо артрозом) представляет собой болезнь, поражающую весь сустав и прилегающие ткани. Для нее характерны боль, скованность, отечность и уменьшение подвижности. Наиболее часто поражаются коленные, тазобедренные суставы и суставы кистей рук.
Возраст считается фактором риска, но заболевание не всегда становится неизбежным итогом старения. Важны и другие условия: ранее полученные травмы, избыточный вес и повторяющиеся чрезмерные нагрузки.
Боль может заставить человека сократить физическую активность. Однако снижение подвижности часто ведет к ослаблению мускулатуры, из-за чего выполнение повседневных задач затрудняется еще сильнее. Всемирная организация здравоохранения отмечает, что физические упражнения способствуют укреплению мышц и сохранению подвижности у пациентов с остеоартритом.
О положительном влиянии физической активности на таких пациентов известно давно. Но ученым еще нужно до конца выяснить, какие биологические механизмы лежат в основе защитного действия упражнений. Авторы нового исследования сосредоточили внимание на одном из вероятных путей — передаче сигналов с кровью.
Как клетки передают сигналы после тренировкиКлетки производят внеклеточные везикулы — мельчайшие мембранные пузырьки. Они способны переносить разные молекулы и передавать их другим клеткам. Проще говоря, их можно сравнить с транспортными контейнерами: важно не только наличие самой частицы, но и ее внутреннее содержимое.
Исследователи предположили, что тренировки изменяют этот молекулярный «груз». В таком случае часть полезных эффектов физических упражнений может быть связана с сигналами, доставляемыми к тканям этими частицами.
Работу выполнили Хиротака Иидзима, Фабрисия Амбросио и их коллеги из Центра восстановления опорно-двигательной системы Mass General Brigham. Команда совместила анализ везикул, клеточные эксперименты, опыты на пожилых мышах и тренировочную программу для пожилых людей.
«Нас мотивирует простой, но важный вопрос: почему и как работают физические упражнения?» — отметили исследователи в сообщении об исследовании.
Что проверили у людей и в лабораторииПожилые добровольцы в течение трех месяцев занимались по структурированной программе аэробных тренировок. Ученые забирали образцы крови до начала занятий и после их окончания и анализировали состав циркулирующих везикул.
Далее специалисты изучали влияние полученных частиц на хрящевые клетки и ткани суставов в лабораторных условиях. Это дало возможность установить связь между изменениями после тренировок и клеточным ответом.
Отдельный этап исследования выполнялся на пожилых мышах. Везикулы, выделенные после тренировок, вводили прямо в суставы грызунов. Это позволило выяснить, могут ли данные частицы защищать хрящ без самой физической активности.
Итак, у людей исследователи анализировали изменения крови после тренировочной программы, а влияние выделенных частиц на хрящ оценивали на клеточных и животных моделях. Работа не являлась клиническим испытанием нового метода лечения артроза у пациентов.
Какая молекула оказалась важнойУмеренные физические нагрузки меняли молекулярный состав везикул. Среди выявленных сигналов особый интерес вызвала микроРНК-29.
Справка «Известий»МикроРНК представляют собой короткие молекулы РНК, задействованные в регуляции активности генов. После трехмесячного курса аэробных упражнений уровень микроРНК-29 в везикулах повысился относительно исходных значений.
В экспериментах на клетках частицы, извлеченные после тренировок, помогали хондроцитам — клеткам хряща — возвращаться к более молодому состоянию. Этот эффект был связан с изменением регуляции гена KL, кодирующего белок α-Klotho, который исследуется в контексте старения.
Кроме того, исследователи синтезировали везикулы, обогащенные микроРНК-29. Они повторяли часть благоприятных эффектов, что укрепило гипотезу о значимости данной молекулы. Инъекции везикул, выделенных после физической нагрузки, в суставы пожилых мышей улучшали состояние хрящевой ткани.
Можно ли воспроизвести пользу тренировокПолученные результаты могут способствовать созданию методов терапии для пациентов, которым сложно выполнять достаточные физические упражнения из-за боли, инвалидности или иных ограничений. Ученые рассматривают перспективу применения либо самих везикул, либо транспортируемых ими молекул. Предполагается, что подобные подходы дадут возможность имитировать некоторые биологические эффекты тренировок и поддерживать ткани суставов.
В настоящее время это лишь направление для будущих исследований. Улучшение состояния хряща в экспериментальных моделях не гарантирует, что аналогичный подход окажется безопасным и действенным для людей. Исследование также не подтверждает, что молекулярная терапия способна воспроизвести все преимущества физической активности.
Авторы полагают, что анализ подобных сигналов может пригодиться и для улучшения реабилитационных программ: он позволит определить, какие комплексы упражнений вызывают наиболее позитивный биологический отклик.