Ученые из США выяснили, что повышенное содержание белка Miro1 в скелетных мышцах может быть причастно к формированию инсулинорезистентности при диабете 2-го типа. В экспериментах на животных удаление этого белка усиливало реакцию мышц на инсулин, а у людей его уровень уменьшался после регулярных физических нагрузок. Как взаимосвязаны энергетические процессы в клетках, физическая активность и регуляция уровня глюкозы, и какое значение это открытие может иметь для терапии диабета, разбирались «Известия».

Почему мышцы важны для контроля сахара

При сахарном диабете 2-го типа тело менее эффективно реагирует на инсулин — гормон, вырабатываемый поджелудочной железой, который обеспечивает проникновение глюкозы в клетки и ее использование как источника энергии. В связи с этим высокий уровень сахара в крови может объясняться либо нехваткой инсулина, либо снижением чувствительности тканей к его влиянию.

Пониженную реакцию на гормон называют инсулинорезистентностью. Она проявляется в мышцах, жировой ткани и печени. Когда поджелудочная железа со временем теряет способность вырабатывать нужное количество инсулина, уровень глюкозы в крови растет. Именно так описывает эту взаимосвязь Национальный институт диабета, болезней органов пищеварения и почек США.

Мышцы играют ключевую роль в этой системе: если их реакция на инсулин нарушается, это сказывается на способности организма усваивать глюкозу. Но за общим термином «снижение чувствительности» стоят конкретные внутриклеточные изменения. Ученые стремятся выяснить, какие из них сопутствуют болезни, а какие сами способствуют нарушению обмена веществ. Новая работа посвящена одному из возможных механизмов — накоплению белка на внешней мембране митохондрий, органелл, отвечающих за производство энергии.

Что обнаружили на поверхности митохондрий

Работу провела группа исследователей под руководством Джона Кирвана. Исследование выполнялось в Пеннингтонском центре биомедицинских исследований Университета штата Луизиана. В настоящее время Кирван руководит Диабетическим центром Гарольда Хэмма при Университете Оклахомы.

Основное внимание было уделено Miro1 — белку, расположенному на внешней мембране митохондрий. У пациентов с диабетом 2-го типа ученые зафиксировали повышенную концентрацию этого белка в скелетных мышцах. Чтобы понять значение данного открытия, они совместили анализ образцов человеческих тканей с опытами на клеточных культурах и животных.

В сравнительном этапе исследования приняли участие люди с нормальным весом, с лишним весом или ожирением без диабета, а также пациенты с диабетом. При этом накопление Miro1 было отмечено именно в группе с заболеванием.

Исследователи также связали этот процесс с нарушением взаимодействия между Miro1 и AKT — белком, задействованным в передаче инсулинового сигнала. Согласно их данным, ослабленное взаимодействие этих белков на митохондриальной мембране частично объясняет, почему Miro1 накапливается в мышечной ткани.

«Инсулинорезистентность мышц лежит в основе диабета второго типа, а ее молекулярные причины до сих пор остаются недостаточно ясными. Это исследование, ставшее результатом многолетней работы, показывает, что Miro1 — важная часть ответа», — отметил Кирван.

Как проверяли роль белка

Повышенный уровень белка при болезни сам по себе не доказывает, что именно он вызывает нарушение. Такое явление может быть результатом других процессов. Поэтому ученые решили проверить, как изменится реакция мышц на инсулин, если удалить Miro1.

В опытах на мышах белок удаляли из скелетных мышц, а некоторые эксперименты выполняли на клетках. Уменьшение его концентрации повышало чувствительность к инсулину и улучшало способность митохондрий поддерживать энергетические процессы.

Такой метод дал возможность перейти от простого наблюдения к функциональной проверке: воздействие на Miro1 изменяло изучаемые параметры. Это укрепляет гипотезу о том, что накопление белка непосредственно участвует в ухудшении инсулинового ответа.

«Проследив роль Miro1 от клеток до доклинических моделей и пациентов, мы показали, что его накопление ухудшает ответ мышц на инсулин, а удаление восстанавливает этот ответ в наших моделях», — пояснил Кирван.

Что изменилось после тренировок

Клиническая часть исследования была посвящена физической нагрузке. С этой целью организовали рандомизированное контролируемое испытание с участием пациентов с ожирением и диабетом 2-го типа. Участников разделили на группу, занимавшуюся аэробными упражнениями, и группу, получавшую стандартную медицинскую помощь.

Программа длилась 12 недель. Участники из тренировочной группы ходили или бегали на беговой дорожке пять раз в неделю по одному часу под контролем специалистов. До начала и после завершения программы ученые измеряли чувствительность к инсулину и брали биопсию мышечной ткани.

В группе, выполнявшей физические упражнения, уровень Miro1 в мышцах уменьшился. Параллельно повысилась чувствительность к инсулину и улучшились показатели энергетической функции митохондрий. Этот этап работы связывает лабораторное открытие с изменениями, наблюдаемыми у людей. Ученые продемонстрировали, что накопление белка можно скорректировать с помощью тренировок, а уменьшение его содержания сопровождается улучшением метаболических показателей.

В то же время исследование физических нагрузок само по себе не определяет, какая часть их полезного эффекта связана именно с Miro1. Тренировки запускают множество процессов в организме, поэтому совпадение нескольких положительных изменений еще нуждается в проверке конкретного механизма.

Как находка может помочь в лечении

Исследователи считают Miro1 потенциальной мишенью для терапии — белком, влияние на который может улучшить реакцию мышц на инсулин. Суть такого подхода заключается в воздействии на конкретный клеточный механизм, участвующий в нарушении метаболизма глюкозы.

Однако в данной работе пациентам не вводили препарат, уменьшающий уровень Miro1. Клинический этап был связан только с тренировками, а прямое воздействие на белок испытывали на доклинических моделях. Поэтому полученные результаты пока не позволяют судить, насколько действенным и безопасным окажется медикаментозное влияние на эту мишень у людей.

Прежде чем говорить о терапии, необходимо выяснить, возможно ли контролировать этот процесс у пациентов и даст ли такое вмешательство стабильную пользу. Отдельная задача — подтверждение обнаруженных эффектов при дальнейших исследованиях болезни.

Сами ученые отмечают важность дальнейших исследований. Кирван планирует развивать это направление в Диабетическом центре Гарольда Хэмма, сочетая лабораторные опыты с клиническими наблюдениями.

«Для науки это новая терапевтическая мишень. Для пациентов — более глубокое понимание того, почему физические упражнения столь эффективны, и путь к методам лечения, которые однажды смогут их дополнить», — заявил он.