Mózg potrafi włączyć „tryb awaryjny”, który zmusza organizm do spalania tłuszczu — choćby najbardziej opornego, np. w szpiku kostnym. Najnowsze badania pokazują, iż proces ten nie zależy wyłącznie od diety czy sportu, ale od precyzyjnych sygnałów z mózgu. To może tłumaczyć mechanizmy wyniszczenia w chorobie nowotworowej.
Tkanka tłuszczowa oporna na odchudzanie
Najnowsze badanie rzuca światło na mechanizmy regulujące stabilną tkankę tłuszczową, która w warunkach fizjologicznych jest odporna na standardowe sygnały odchudzania, takie jak dieta czy sport.
Przeprowadzono serię eksperymentów na genetycznie zmodyfikowanych myszach. Badacze chcieli lepiej zrozumieć, w jaki sposób mózg kontroluje spalanie tłuszczu zgromadzonego w szpiku kostnym. Kluczowym elementem badań było wszczepienie zwierzętom do mózgu specjalnych kaniul połączonych z mikropompami podającymi hormon leptynę. Dzięki temu badacze mogli sztucznie wywołać w organizmie sygnał do intensywnego spalania zapasów energii, jednocześnie ściśle kontrolując ilość spożywanego pokarmu. Pozwoliło to jednoznacznie wykazać, iż utrata masy ciała była efektem działania sygnałów wysyłanych przez mózg, a nie jedynie zmniejszonego apetytu.
Aby wykluczyć udział typowych mechanizmów odpowiedzialnych za odchudzanie, wykorzystano myszy pozbawione zdolności wytwarzania noradrenaliny oraz zwierzęta z chirurgicznie przerwanymi połączeniami nerwowymi prowadzącymi do wybranych tkanek. Zastosowano także nietypową metodę polegającą na przeszczepieniu fragmentów kości płodowych pod skórę dorosłych myszy. Tak przygotowany model pozwolił zaobserwować, iż tłuszcz znikał również z kości odciętych od bezpośrednich połączeń nerwowych. Oznacza to, iż sygnał inicjujący spalanie tłuszczu docierał do tkanek głównie za pośrednictwem krwi, a nie poprzez bezpośrednią komunikację nerwową.
Zmiany zachodzące w organizmach zwierząt monitorowano przy użyciu nowoczesnych technik obrazowania, takich jak mikro-tomografia komputerowa oraz rezonans magnetyczny. Badania te umożliwiają analizę wnętrza kości bez ich uszkadzania. Dodatkowo przeprowadzono badania na poziomie molekularnym, oceniając aktywność genów i białek odpowiedzialnych za magazynowanie oraz uwalnianie tłuszczu. Uzupełnieniem projektu były eksperymenty na myszach z nowotworem. Wykazały one, iż ten sam mechanizm spalania „opornego” tłuszczu uruchamia się także w przebiegu ciężkiej choroby, gdy organizm walczy jednocześnie z bardzo niskim poziomem cukru i insuliny.
„Awaryjny tryb” spalania tłuszczu a fizjologia
Badanie wykazało istnienie swoistego „trybu awaryjnego” spalania tłuszczu, który uaktywnia się w warunkach skrajnego deficytu energetycznego. Mechanizm ten umożliwia mobilizację choćby najbardziej opornych rezerw lipidowych (w tym tłuszczu zgromadzonego w szpiku kostnym). Tłuszcz ten w warunkach fizjologicznych pozostaje niewrażliwy na standardowe bodźce, takie jak dieta czy wysiłek fizyczny.
Uzyskane dane potwierdziły, iż inicjatorem tego procesu jest mózg. Co istotne, sygnał aktywujący spalanie tłuszczu nie jest przekazywany drogą bezpośrednich połączeń nerwowych, jak ma to miejsce w typowych mechanizmach regulacji metabolizmu. Zamiast tego dociera do tkanek za pośrednictwem krwi. choćby po chirurgicznym przerwaniu unerwienia wybranych struktur obserwowano dalszą utratę tłuszczu. Fakt ten jednoznacznie wskazuje na dominującą rolę czynników humoralnych.
Kluczowym warunkiem uruchomienia tego mechanizmu okazało się jednoczesne występowanie bardzo niskiego poziomu glukozy oraz obniżonego stężenia insuliny. Eksperymentalne podanie insuliny skutecznie hamowało proces spalania opornego tłuszczu. To natomiast dowodzi, iż niski poziom tego hormonu jest niezbędny do aktywacji „trybu awaryjnego”.
Na poziomie molekularnym wykazano, iż w warunkach fizjologicznych oporne rezerwy tłuszczu są chronione przez białko G0S2. Hamuje ono aktywność enzymów odpowiedzialnych za lipolizę. W sytuacjach skrajnego niedoboru energii lub ciężkiej choroby dochodzi do gwałtownego spadku poziomu tego białka. To natomiast znosi blokadę enzymatyczną i umożliwia szybkie uwolnienie oraz spalanie zgromadzonych lipidów.
Kacheksja: Dlaczego masa ciała spada podczas choroby nowotworowej?
Co istotne, analogiczny mechanizm zaobserwowano u myszy z chorobą nowotworową.
W przebiegu choroby nowotworowej organizm przechodzi w stan intensywnej mobilizacji wszystkich dostępnych rezerw energetycznych. Prowadzi to do głębokiej utraty masy ciała i skrajnego wycieńczenia.
Model eksperymentalny wykazał również, iż gwałtownej redukcji tkanki tłuszczowej towarzyszy selektywny zanik włókien mięśniowych typu II, odpowiedzialnych za generowanie siły i szybkości skurczu. Sugeruje to, iż „tryb awaryjny” spalania energii obejmuje nie tylko tkankę tłuszczową, ale także istotnie wpływa na strukturę i funkcję mięśni szkieletowych.
W kontekście choroby nowotworowej uzyskane wyniki dostarczają istotnego wyjaśnienia mechanizmu kacheksji, czyli zespołu wyniszczenia nowotworowego, którego nie można odwrócić wyłącznie poprzez zwiększenie podaży kalorii. Badanie wskazuje, iż w przebiegu choroby dochodzi do aktywacji centralnego „trybu awaryjnego”, w którym mózg inicjuje ogólnoustrojową mobilizację rezerw energetycznych.
Sygnał ten jest przekazywany drogą humoralną, za pośrednictwem krwi. Prowadzi do intensywnej lipolizy, obejmującej również tłuszcz zgromadzony w szpiku kostnym. Tłuszcz ten jest istotny dla prawidłowego funkcjonowania metabolizmu i homeostazy kostnej. W efekcie organizm przechodzi w stan nasilonego katabolizmu. Dochodzi wówczas nie tylko do gwałtownej utraty masy ciała, ale także do zaniku mięśni oraz pogorszenia jakości tkanki kostnej.
Zrozumienie tego mechanizmu otwiera nowe perspektywy terapeutyczne.Sugeruje to bowiem, iż skuteczne leczenie kacheksji może wymagać nie tylko wsparcia żywieniowego. najważniejsze może być również modulowanie centralnych sygnałów metabolicznych odpowiedzialnych za uruchomienie wyniszczającej odpowiedzi organizmu.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Nature Metabolism.
