Нужна ли нам «устаревшая» способность снижать температуру тела?
29-10-2013
Температура тела тесно связана с циркадным, или 24-часовым, ритмом, с пиком днем и снижением ночью. Ученым этот факт известен уже почти 300 лет. С эволюционной точки зрения, по их мнению, эта связь, вероятно, давала организму определенные преимущества – позволяла сохранять энергию во время сна, так как поддержание температуры тела выше температуры окружающей среды требует выработки тепла за счет активности обменных процессов. Но не менее важна и способность адаптироваться к изменениям температуры окружающей среды, независимо от времени суток.
Однако механизм, ответственный за координацию суточного ритма температуры тела и адаптации к изменяющимся условиям внешней среды, оставался неизвестным. Лаборатория Митчелла Лазара (Mitchell Lazar), MD, PhD, директора Института диабета, ожирения и метаболизма (Institute for Diabetes, Obesity, and Metabolism) при Школе медицины Перельмана Университета штата Пенсильвания (Perelman School of Medicine at University of Pennsylvania) объясняет в журнале Nature, как суточный ритм температуры тела синхронизируется с реакцией организма на изменение температуры окружающей среды независимо от времени суток.
«Сегодня мы живем в условиях пищевого изобилия, и большинству людей сохранение калорий в ночное время вряд ли даст какое-либо преимущество», – считает доктор Лазар. «Поэтому, если такой же механизм существует у людей и его можно сделать мишенью, не нанося вреда организму, мы могли бы использовать его для борьбы с ожирением и связанными с ним заболеваниями, такими как диабет и болезни сердца».
Доктор Лазар и его коллеги установили, что в течение суток способность мышей противостоять низким температурам меняется. В 5 часов утра, когда мыши бодрствуют, она проявляется в большей степени, чем в 5 часов вечера, когда эти животные, как правило, спят. Эта ранее неизвестная циркадная восприимчивость к холоду, как оказалось, контролируется белком Rev-erb alpha – молекулярным компонентом биологического часового механизма организма.
Действительно, у генетически модифицированных мышей с отсутствием белка Rev-erb alpha устойчивость к холоду на протяжении суток остается неизменной. Кроме того, они теряют физиологический циркадный ритм температуры тела.
Ученые пришли к выводу, что белок Rev-erb alpha выступает в качестве координационного центра повышения и понижения температуры тела и необходим для установления и поддержания основного ритма ее изменения. В то же время этот центр предоставляет механизмам адаптации возможность реагировать на факторы окружающей среды – в данном случае на непредсказуемые изменения температуры.
Эффекты Rev-erb alpha опосредуются главным образом циркадной регуляцией активности бурой жировой ткани, обычно называемой бурым жиром. Клетки бурого жира, в отличие от клеток белого жира, вырабатывают тепло. В процессе эволюции, по мнению ученых, бурый жир развился у млекопитающих как механизм адаптации к низким температурам. Но его способность к выработке тепла может быть использована и в борьбе с ожирением и диабетом. В отличие от клеток белого жира, запасающих энергию, клетки бурого жира, как полагают, противостоят ожирению, сжигая избыток энергии, запасенной в липидах. Так, клетки бурого жира содержат множество мелких капель липидов и наибольшее из всех типов клеток количество митохондрий, содержащих пигментные цитохромы, связывающие железо, что собственно и делает их бурыми. (Митохондрии – клеточные энергетические центры, вырабатывающие энергию в виде молекул АТФ.)
В условиях холода мыши чувствуют себя значительно лучше рано утром, когда Rev-erb alpha вырабатывается в минимальных количествах, чем в конце дня, когда белок экспрессируется в изобилии: утром температура их тела понижается меньше. Удаление гена Rev-erb-alpha заметно улучшает устойчивость к холоду в 5 часов вечера, указывая на то, что особенность противостоять низким температурам связана с более низким уровнем этого белка.
В частности, в клетках бурого жира включению низкими температурами разобщающего белка 1 (uncoupling protein 1, UCP1) предшествует быстрое подавление Rev-erb alpha. Белок Rev-erb alpha подавляет UCP1 клеточно-автономным образом – эффект наблюдается непосредственно в буром жире, – а не опосредуется нервной системой. У мышей без Rev-erb alpha уровни UCP1 в клетках бурого жира остаются высокими, даже когда окружающая температура остаются постоянной. Таким образом, генетическая потеря Rev-erb alpha отменяет нормальные ритмы температуры тела и активности бурого жира.
Недавнее открытие бурой жировой ткани в организме человека предполагает, что и у нас в основе суточных колебаний температуры тела может лежать тот же механизм. Хотя способность к снижению температуры тела, возможно, давала преимущества для выживания в ходе эволюции за счет запасания энергии, когда пищи не хватало, в наше время более низкая температура тела и, следовательно, более низкий уровень метаболизма и пониженное сжигание накопленных жиров во время сна могут способствовать развитию ожирения. Понимание механизма, снижающего температуру тела ночью, может подсказать ученым способ заставить организм сжигать калории, даже когда мы спим.