Итоги № 45 (2013)

Время есть / Общество и наука / Здоровье

Время есть

/ Общество и наука / Здоровье

Генетические суточные часы есть у каждой клетки нашего тела. Так что не забудьте регулярно заводить ваш будильник

Недавно ученые из Гарвардской медицинской школы в США и университета Мурсии в Испании опубликовали в авторитетном журнале Nature исследование 420 участников программы снижения веса. Две группы испытуемых ели одинаковую пищу с одинаковым количеством калорий. Они выполняли одинаковые физические упражнения, спали равное количество часов и даже выделяли одни и те же гормоны, связанные с голодом. Единственное, что их различало, — время еды. У одних участников исследования основной прием пищи приходился на время до 3 часов дня, другие ели позже. В результате ранние едоки быстрее сбрасывали вес и достигали оптимального результата. Невероятно, но факт: время еды влияло на их обмен веществ.

Об этом факте давным-давно подозревали диетологи. Сколько лет поговорке «Завтрак съешь сам, обед раздели с другом, ужин отдай врагу»? Нас постоянно убеждают: чтобы быть стройным и подтянутым, мало ограничить калорийность еды. Нужно вовремя ложиться и вставать, хорошо спать и много двигаться, не переедать на ночь… Однако теперь ученые нашли для этих советов поистине неоспоримые аргументы. В том, что ритмы нашей жизни связаны с ритмами вращения Земли вокруг Солнца, ни у кого нет сомнений. Однако недавно выяснилось, что время еды и сна буквально записано на генетических скрижалях внутри каждой клетки организма. Что происходит, когда эти клеточные будильники вовремя не звонят?

Двадцать лет назад исследователи считали, что суточные часы организма регулируются группой примерно из 20 тысяч клеток, находящейся в гипоталамусе — части мозга, контролирующей деятельность эндокринной системы. Думали, что эти 20 тысяч, как авангард огромного войска, ведут за собой остальные клетки организма, задавая ритмы жажды и голода, сна и бодрствования, изменения температуры тела и поведения человека. Однако эта стройная теория начала подвергаться сомнению в конце 90-х, когда ученые стали открывать так называемые часовые гены. Сейчас известно, что сигналы биологических часов нашего организма идут не только из мозга. Они сидят буквально в каждой клетке организма. Собственные «периферические часы», управляемые специальными генами, есть в поджелудочной железе, печени и легких, в соединительной и мускульной ткани. Известно, что сократительная способность кишечника и его свойства абсорбции изменяются в зависимости от времени суток. Как это происходит? «Гены часов» дают сигналы, запускающие производство белков в клетке. Белки принимаются за работу, обеспечивая те или иные функции. Несмотря на то что биологических часов в человеческом организме много, они синхронизируются с сигналами главных часов, идущими из мозга, а не тикают вразнобой, как в мастерской часовщика. Их работу приводят в порядок внешние стимулы: клетки гипоталамуса реагируют на смену темноты и света, но существуют и другие сигналы. Ученые показали: «гены часов» в пищеварительном тракте млекопитающих работают по-разному в зависимости от времени еды. Более того: если по какой-то причине главные часы организма, находящиеся в мозгу, не могут ориентироваться на сигналы света, но кормежка поступает как обычно, пищеварительная система сумеет определить время дня. А вот если сигналы света и еды вступают в противоречие, что случается, если поесть в неурочное время, «периферические часы» сбиваются. И это может повлиять на обмен веществ.

Взять, например, белок pCREB, регулирующий высвобождение глюкозы из печени в процессе углеводного обмена, — он работает только во время сна или когда животное голодает. Ученые провели эксперимент: кормили лабораторных мышей и днем, и ночью — в урочное и неурочное время. В результате белок pCREB работал круглосуточно, и уровень сахара в крови животных возрастал. Чтобы проверить влияние испорченных «периферических часов» на обмен веществ, ученые исследовали специальных лабораторных мышей с поломками соответствующих генов. Одни мутации приводили к ожирению, другие — к нарушению выработки инсулина и диабету. Когда исследователи использовали в экспериментах мышей с «нокаутным» геном HDAC3, который кодирует энзим, связанный с одним из ключевых регуляторных компонентов «периферических часов», то получили ошеломительный результат. Печень грызунов буквально наполнялась жиром. Так ученым удалось объяснить факт, о котором они догадывались уже давно: жировой обмен связан с ритмами чередования дня и ночи. Во время сна организм сжигает жиры, а в период бодрствования печень запасает их вновь. Мыши — ночные животные, они спят днем. HDAC3 активно работает у них именно в это время, помогая организму использовать жиры. Ночью же, когда они едят, печень должна делать запасы. Сбои этого механизма заставляют ее откладывать жир круглосуточно.

Не происходит ли подобное, когда сбиваются внешние сигналы, идущие к организму? Например, чередование света и темноты говорит ему о том, что пора ложиться спать и сжигать жиры, высвобождать глюкозу. В то же время еда, которую только что принесли, намекает клеткам организма: время просыпаться, за работу! И печень начинает запасать жиры, а в крови растет уровень сахара… Рукой подать до ожирения и диабета. Впрочем, это касается не только жирового и углеводного обмена. Ученые из филиала Калифорнийского университета в Ирвайне показали, что содержание более 600 различных продуктов метаболизма в печени колеблется в зависимости от суточного ритма. Они даже создали специальный каталог метаболитов печени, зависящих от суточного ритма, — CircadiOmics. И впереди создание таких же каталогов для мускульной ткани и других органов. Получается, что суточные ритмы влияют на работу множества генов. «Наш геном находится в разном состоянии в разное время суток, — говорит открывший «часовые гены» исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и профессор Техасского университета Джозеф Такахаши. — Мы очень разные животные днем и ночью».

Работа по изучению связи суточных ритмов с работой генов только начинается. Для этого придется провести множество экспериментов. «Однако сейчас уже ясно, что понимание этих процессов может пролить свет на природу многих болезней, — говорит заведующий лабораторией «Хрономедицина и новые технологии в клинике внутренних болезней» Первого МГМУ имени И. М. Сеченова Семен Рапопорт. — В первую очередь это, конечно, метаболический синдром: различные нарушения обмена веществ, которые в развитых странах встречаются почти у 30 процентов населения. Однако теперь уже ясно, что синхронизацию суточных ритмов надо учитывать при лечении практически всех заболеваний».

Впрочем, похоже, человечество не стало дожидаться, когда ученые закончат свои опыты. Сегодня мы являемся свидетелями грандиозного эксперимента, который жители больших городов ставят прямо на себе. Мы недосыпаем, работаем при искусственном освещении, за полночь смотрим телевизор и просиживаем у компьютера, к нашим услугам полные холодильники с круглосуточной возможностью вкусно поесть жирного и сладкого… А значит, наши клетки то и дело среди ночи получают новые и новые сигналы: время действовать, не спать! И они запасают в печени жир, выбрасывают в кровь сахар… Это приводит в полное замешательство наш организм, адаптированный к тому, чтобы есть днем и спать в темное время суток. Неудивительно, что, согласно данным ВОЗ, число людей, имеющих, например, высокий риск развития сахарного диабета второго типа, составляет в Европе 40—60 миллионов человек.

Но это еще не все. С отменой в России зимнего времени отдельную возможность поставить на себе опыт получили жители нашей страны. «Лишний час зимней утренней темноты, который мы имеем в результате этой реформы, является источником мощнейшего десинхроноза, — считает Рапопорт. — В соответствии с суточными ритмами человеческий организм запрограммирован просыпаться с восходом солнца. Основная еда и физическая активность тоже, естественно, должны происходить, когда светит солнце, в первой половине дня. Однако теперь мы вынуждены просыпаться и завтракать фактически ночью». Чем это чревато, можно догадаться, вспомнив печальную судьбу лабораторных мышек. Ожирение и диабет — не единственные следствия такого неестественного режима дня. Ведь собственные «периферические часы» есть и у сердца, и у почек, и у соединительной ткани. Например, доказано, что у людей, работающих в ночную смену, на 40 процентов чаще встречаются кардиологические проблемы. Впрочем, это уже совсем другая история.