Otyłość jest coraz częściej występującym zaburzeniem metabolicznym. Globalna liczba osób otyłych potroiła się od lat 70. i w roku 2016 osiągnęła 650 milionów (około 13 proc. całkowitej światowej populacji). Jak powszechnie wiadomo otyłość powoduje szkodliwe skutki w wielu narządach i liczne choroby przewlekłe, takie jak cukrzyca, nadciśnienie, stłuszczenie wątroby i miażdżyca.

U otyłych pacjentów często obserwuje się spowolnienie metabolizmu tłuszczów i spadek wytrzymałości, jednak przyczyny tego zjawiska nie zostały dobrze poznane. Metabolizm tłuszczów w mięśniach szkieletowych pacjentów otyłych jest wolniejszy niż zdrowych ludzi, co według naukowców jest konsekwencją nieprawidłowego działania mitochondriów, dostarczających komórkom energii. Nie jest jednak jasne, jak otyłość wpływa na mitochondria.

Zespół badawczy kierowany przez dr Chi Bun Chana, biologa z University of Hong Kong (HKU), odkrył nowy mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób otyłość zagraża funkcjom mięśni szkieletowych, a także znalazł potencjalną terapię.

Aby zbadać funkcjonalny wpływ otyłości na mięśnie szkieletowe, zespół dr Chana opracował specjalny model myszy z otyłością, usuwając gen neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego (BDNF) wyłącznie z ich mięśni szkieletowych. BDNF jest uważany przede wszystkim za czynnik wzrostu ważny dla utrzymania przeżycia i aktywności neuronów. Ostatnie badania sugerują, że jest on również białkiem wydzielanym przez mięśnie (miokina), ale jego fizjologiczne znaczenie nie było znane.

Nowe badanie wykazało, że otyłość zmniejsza ilość BDNF w mięśniach szkieletowych myszy. Ponadto myszy bez BDNF w mięśniach, zwane „MBKO” (mięśniowo-specyficzny nokaut BDNF), przybrały na wadze i stały sie bardziej oporne na działanie insuliny, gdy były karmione dietą wysokotłuszczową. Ponadto zespół badawczy odkrył, że myszy MBKO mają mniejszy wydatek energetyczny niż kohorta kontrolna.

Korzystając z szeregu analiz biochemicznych, histologicznych, metabolomicznych i molekularnych, zespół badawczy wykazał ponadto, że mitochondria w mięśniach myszy MBKO nie były w stanie się regenerować, a to prowadziło do gromadzenia się uszkodzonych mitochondriów w tkankach. W konsekwencji metabolizm lipidów w mięśniach myszy MBKO był spowolniony i gromadziło się więcej lipidów, co zakłócało wrażliwość na insulinę.

„Wyraźnie widać, że BDNF pochodzący z mięśni jest białkiem kontrolującym wagę poprzez zwiększenie wydatku energetycznego i utrzymywanie wrażliwości na insulinę – powiedział dr Chan. - BDNF od dawna uważany jest za peptyd zlokalizowany w mózgu, a jego znaczenie w tkankach obwodowych jest niedoceniane. Nasze badanie dostarcza nowego wglądu w ten obszar” – dodał dr Chan.

Oprócz badań na zwierzętach zespół dr Chana wykorzystał również hodowane modele komórkowe, aby wskazać mechanizm molekularny wadliwego działania mitochondriów w komórkach mięśniowych z niedoborem BDNF. Naukowcy odkryli, że BDNF wydzielany przez mięśnie wykorzystywał kinazę białkową aktywowaną przez AMPK, dobrze znany czujnik energii w komórkach, do wyzwalania w mięśniach szkieletowych szlaku Parkin/PINK1 w celu wywoływania mitofagii (wysoce regulowany mechanizm recyklingu materiałów w komórkach w odpowiedzi na różne wyzwania).

Szukając potencjalnych metod leczenia, naukowcy sprawdzili, czy przywrócenie sygnalizacji BDNF w mięśniach naprawi wywołane otyłością uszkodzenie mitochondriów. Karmili otyłe myszy 7,8-dihydroksyflawonem, mającą działanie podobne do BDNF substancją naturalnie występującą w liściach Godmania aesculifolia, rośliny występującej w Ameryce Południowej. Jak się okazało, związana z otyłością dysfunkcja mitochondriów została złagodzona.

Już w roku 2018 ten sam zespół wykazał, że 7,8-DHF skutecznie zmniejsza masę ciała i poprawia wrażliwość na insulinę u otyłych myszy. Obecne badania zapewniają nowe wyjaśnienie szkodliwej natury otyłości i sugerują, że substancja wzmacniająca sygnalizację BDNF, taka jak 7,8-DHF może być potencjalnym lekiem stosowanym w otyłości u ludzi.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ ekr/