Регулювання метаболічного здоров’я та старіння за допомогою чутливих до поживних речовин сигнальних шляхів

Ніколь Е. Каммінгс

1 Медичний факультет, Університет штату Вісконсін-Медісон, штат Медісон, штат Вісконсин, США

регулювання

2 Меморіальна лікарня ветеранів Вільяма С. Міддлтона, Медісон, штат Вісконсин, США

3 Програма підготовки фахівців з ендокринології та репродуктивної фізіології, Університет штату Вісконсін-Медісон, Медісон, штат Вісконсин

Дадлі В. Ламінг

1 Медичний факультет, Університет штату Вісконсін-Медісон, штат Медісон, штат Вісконсин, США

2 Меморіальна лікарня ветеранів Вільяма С. Міддлтона, Медісон, штат Вісконсин, США

3 Програма підготовки фахівців з ендокринології та репродуктивної фізіології, Університет штату Вісконсін-Медісон, штат Медісон, штат Вісконсин

Анотація

Усі організми повинні бути здатними адаптуватися до змін у доступності та складі поживних речовин. Понад 75 років тому дослідники виявили, що дієта з обмеженим вмістом калорій (CR) може значно продовжити тривалість життя щурів, і з тих пір було доведено, що дієта CR підвищує тривалість життя та здоров’я модельних організмів, починаючи від дріжджів і закінчуючи приматами. У цьому огляді ми обговорюємо вплив дієти із застосуванням КР на обмін речовин та тривалість здоров’я та висвітлюємо нові докази, які свідчать про те, що дієтичний склад - точні макроелементи, що складають дієту - можуть бути не менш важливими, ніж калорійність. Зокрема, ми обговорюємо останні дані, які свідчать про те, що якість білка може впливати на стан метаболізму. Нарешті, ми обговоримо ключові метаболічні шляхи, які можуть впливати на реакцію на дієти з КР та змінений склад макроелементів. Розуміння молекулярних механізмів, відповідальних за вплив CR та дієтичного складу на здоров'я та довголіття, може дозволити розробці нових терапевтичних підходів до вікових захворювань.

Обмеження калорій сприяє здоров’ю та довголіття

Обмеження калорій (CR) - дієтичне втручання, при якому калорії знижуються при збереженні належного рівня мікроелементів, вперше було виявлено для продовження життя щурів більше 75 років тому (McCay et al., 1935). З тих пір було показано, що дієта з КР продовжує тривалість життя у багатьох модельних організмах, включаючи дріжджі, глистів, мух, гризунів та приматів, які не є людьми (Colman et al., 2014; Greer and Brunet, 2009; Lin et al., 2000; Rogina and Helfand, 2004; Weindruch et al., 1986). Точний ступінь обмеження, а також точний склад макроелементів використовуваного режиму CR, який максимізує продовження тривалості життя, може варіюватися в залежності від особин та видів (Mair et al., 2005; Piper et al., 2005). Недавнє дослідження дієти з 40% CR, яке зазвичай застосовується в дослідженнях CR на мишах, серед 41 штаму рекомбінантних інбредних мишей виявило цілий ряд відповідей, включаючи штами зі зменшеною тривалістю життя, і було запропоновано, що відповідь на CR та/або оптимальний ступінь обмеження для сприяння довголіття може змінюватися залежно від генотипу (Liao et al., 2010; Mitchell et al., 2016). Хоча деякі стверджують, що сприятливий вплив CR на лабораторних тварин є наслідком перегодовування в лабораторії, CR продовжує максимальну тривалість життя і надійно інгібує рак у мишей дикого типу (Harper et al., 2006).

Поточні дослідження CR у приматів, які не є людьми, свідчать про те, що CR сприяє довголіття та запобігає віковим захворюванням, таким як рак, діабет 2 типу, серцево-судинні захворювання, атрофія мозку та остеопороз (Colman et al., 2014; Cruzen and Colman, 2009; Mattison та ін., 2012b). Дослідження CR, проведені у приматів, які не є людьми, також показують поліпшені метаболічні параметри, включаючи підвищену чутливість до інсуліну та толерантність до глюкози, а також зниження енергетичних витрат, подібно до їх аналогів на гризунах (Kemnitz, 2011). Незважаючи на те, що дизайн дослідження, вирощування та склад дієти впливають на вплив CR на тривалість життя приматів (Colman et al., 2014), CR очевидно сильно впливає на поширеність та тяжкість вікових захворювань (Colman et al ., 2009; Mattison et al., 2012a). Ці дослідження показують, що основні механізми, задіяні CR, зберігаються на всьому шляху від дріжджів до приматів (Colman and Anderson, 2011; Fontana and Partridge, 2015).

Незважаючи на те, що користь дієти з КР для тривалості життя людини невідома, фізіологічні та метаболічні ефекти КР у людей схожі на ті, що спостерігаються у приматів, які не є людьми. Люди, які споживали низькокалорійну, поживну дієту протягом приблизно двох років у біосфері 2, показали фізіологічні, гематологічні, гормональні та біохімічні зміни, що нагадують зміни гризунів та мавп на таких дієтах (Walford et al., 2002). Нещодавно було показано, що рандомізоване клінічне дослідження 25-процентної дієти для хворих на дорослих, які не страждають ожирінням, призвело до значної втрати ваги, головним чином, через втрату ожиріння через зменшення вісцерального жиру (Fontana et al., 2016b). Інші дослідження щодо впливу дієти з КР на людей показали, що КР може поліпшити вікові зміни артеріального тиску, системне запалення та фіброз міокарда (Meyer et al., 2006), захищаючи від атеросклерозу (Fontana et al., 2004 ), а також зменшити рівень серцево-судинних захворювань та ризик (Cruzen and Colman, 2009). Подібно до гризунів та приматів, які не є людиною, які перебувають на дієті CR, люди, які перебувають на дієті CR, також мають підвищений рівень адипонектину та покращену чутливість до інсуліну (Fontana et al., 2009). З огляду на ці сприятливі наслідки, хоча присяжні залишаються поза увагою впливу дієти із застосуванням КР на тривалість життя людини, представляється дуже ймовірним, що дієта з КР може покращити тривалість здоров’я і, можливо, запобігти чи затримати багато вікових захворювань.