Откуда берётся жир
Патологии, связанные с повышенной массой тела, — диабет, сердечно-сосудистые заболевания, нарушения метаболизма липидов и т.д. — стали самыми опасными болезнями человека, обогнав по количеству преждевременной смертности последствия употребления табака.
Недавние открытия учёных, проливающие свет на происхождение жировых клеток, обещают в ближайшем будущем новые подходы к предотвращению и лечению тучности, а значит, и связанных с ней патологий.
Почти все животные сохраняют энергию в форме жира, но при этом их жировые ткани расположены в различных частях тела. Например, червь Caenorhabditis elegans хранит жир в кишечном эпителии, а акулы — в печени. Но у большинства видов животных жир сохраняется в белой жировой ткани. У взрослого человека нормального веса жировая ткань составляет 10—29% от общей массы тела, что делает её самым большим человеческим «органом». При избыточном весе жировая масса критически увеличивается, и на сегодняшний день мы переживаем настоящую международную «эпидемию» тучности. Например, две трети американского населения (и больше 1 млрд. человек во всём мире) страдают ожирением или имеют избыточный вес.
На сегодняшний момент учёные детально представляют, каким образом предшественники жировых клеток превращаются в собственно жировые клетки, называемые адипоцитами. В то же время до сих пор очень немногое известно о происхождении самих этих предшественников, которых принято называть преадипоцитами.
Мезодерма (от «мезо» и «дерма») — средний зародышевый листок у многоклеточных животных. Из мезодермы формируются хрящевой и костный скелет, мышцы, почки, кровеносные сосуды.
По существующим представлениям, жировая ткань происходит из мезодермы. Соответственно данной модели мезодерма эмбриона даёт начало соответствующим стволовым клеткам (см. вставку), которые становятся «ранними предшественниками». При соответствующих условиях эти «ранние предшественники» развиваются в соответствующие белые и коричневые преадипоциты и, на завершающем этапе этой цепочки, в «зрелые» адипоциты.
Стволовые клетки — особые клетки живых организмов, которые способны впоследствии получать специализацию и превращаться в клетки со строго определёнными функциями, например клетки сердечной мышцы или инсулин-синтезирующие клетки поджелудочной железы.
В дополнение к белому жиру млекопитающие обладают коричневой жировой тканью, известной как «жир новорождённого ребенка». Эта жировая ткань участвует в выработке тепла для поддержания постоянной температуры тела, а новорождённым помогает адаптироваться к новым условиям жизни, уже без связи с материнским организмом.
Коричневая жировая ткань, так же как и белая, происходит из мезодермы, однако маркеры (так называются уникальные молекулы белковой природы, расположенные на поверхности клеточной мембраны), сопровождающие процесс её развития, сильно отличаются от тех, что проявляются при развитии белой жировой ткани.
Происхождение жировой ткани оказывается тем более сложным для исследования процессом, так как, что стало известно недавно, стволовые клетки, изолированные из жировой фракции, могут под внешним воздействием дифференцироваться не только в жировые клетки, но также и в клетки мускул, костей, хрящей, в клетки, выстилающие кровеносные сосуды, и даже в нейронные клетки! Эта возможность трансформироваться в различные типы клеток подобна способности, присущей стволовым клеткам, которые можно получить из костного мозга.
Серьезный прорыв в наших представлениях о происхождении жировой ткани совершили учёные из Техасского университета, которые, проведя исследования на генетически маркированных мышах, показали, что большинство клеток жировой ткани происходят из общего резерва клеток-прародителей, который был передан или ещё до рождения, или в самый ранний период послеродовой жизни. Эти «прародители», которые впоследствии перерождаются в белую жировую ткань (то есть в адипоциты), широко представлены в стенках кровеносных сосудов, обеспечивающих питание жировой ткани, и отсутствуют в кровеносных сосудах, относящихся к другим тканям. Таким образом, как полагают учёные, сосудистая сеть жировой ткани функционирует как «убежище» для клеток-предшественников и к тому же генерирует сигналы, запускающие развитие адипоцитов.
Жировая ткань, находящаяся в различных частях организма, весьма гетерогенна: отложения белой жировой ткани в зависимости от расположения демонстрируют каждое свой, присущий только ему временной график развития и проявляют различные физиологические эффекты. Самым поразительным фактом в этом плане является связь между висцеральной, то есть относящейся к внутренним органам, тучностью и диабетом и другими заболеваниями обмена веществ, тогда как между подкожным ожирением и вышеописанными патологиями такой связи не наблюдается. Адипоциты и преадипоциты из различных отложений белой жировой ткани демонстрируют работу разных наборов специфичных генов, связанных с развитием.
Несмотря на полученные американскими учёными результаты, проясняющие загадку происхождения жировой ткани, на многие вопросы ещё нет ответов. Например, недавние исследования показали, что популяция жировых клеток является гораздо более динамичной, чем казалось ранее. У человека количество адипоцитов резко увеличивается в течение первых 20 лет жизни и продолжает нарастать приблизительно на 10% ежегодно в течение последующих десятилетий жизни. Люди, страдающие с раннего возраста ожирением, демонстрируют повышенное количество адипоцитов и более высокие показатели их годового прироста по сравнению со среднестатистическим.
Идентифицировать клетки — предшественники адипоцитов удалось группе молекулярных генетиков из Рокфеллеровского университета во главе с Джеффри Фридманом, которая использовала комбинированный подход, для того чтобы определить ранних предшественников адипоцитов, находящихся в белой жировой ткани. Клетки были предварительно отсортированы, помечены с помощью флуоресцентных красителей и трансплантированы живым мышам. Чтобы определить, могли ли бы выделенные в результате сортировки клетки развиться в жировые клетки в условиях живого организма, учёные вводили предполагаемые клетки-предшественники в жировые отложения мышей. Для эксперимента были использованы специально «сконструированные» трансгенные мыши с общей нехваткой жировой ткани. С помощью этих мышей учёные имитировали состояние липодистрофии, приводящей к диабету.
В ходе эксперимента была определена популяция клеток (с белком-маркером CD24), способная восстановить жировую ткань в мышах. В норме таких клеток — всего 0,8% от всех клеток жировой ткани, не являющихся адипоцитами. Через две недели после введения этих клеток в участки, расположенные у лишённых жировых тканей мышей, в те места, где в норме развивается жировая ткань, сформировались жировые отложения нормальных размеров. Более того, введение этих клеток-предшественников скорректировало состояние диабета у лишённых жировой ткани мышей.
Насколько эта модель применима к человеку, остаётся пока неясным. Однако учёные полагают, что такие же клетки-предшественники имеются и в человеческом организме. Если эта гипотеза подтвердится, их можно будет использовать для лечения различных нарушений жирового обмена, а уточнение деталей процесса образования адипоцитов жировой ткани поможет предложить новые способы, препятствующие развитию ожирения ещё до его начала.