Ученые Университета Женевы демонстрируют, что воздействие тепла улучшает прочность костей, и объясняют роль микробиоты кишечника в этом явлении. Это открывает новые перспективы в лечении остеопороза, — пишет eurekalert.org.

Остеопороз — заболевание костей, связанное со старением, которое характеризуется потерей плотности костей, ухудшением микроархитектуры костей и повышенным риском переломов. Поскольку этим заболеванием страдает одна треть женщин в постменопаузе, это серьезная проблема общественного здравоохранения. С помощью эпидемиологического анализа, лабораторных экспериментов и новейших инструментов метагеномики и метаболомики исследовательская группа из Женевского университета в Швейцарии обнаружила, что воздействие более высоких температур окружающей среды (34°C) увеличивает прочность костей, предотвращая при этом потерю плотности костей, характерную для остеопороза. Более того, это явление, связанное с изменением состава кишечной микробиоты, вызванным теплом, можно воспроизвести путем трансплантации микробиоты мышей, живущих в теплой среде, мышам, страдающим остеопорозом. Действительно, после пересадки их кости стали крепче и плотнее. Эти результаты, которые будут обнаружены в клеточном метаболизме, позволяют вообразить эффективные и новаторские методы профилактики и лечения остеопороза.

Многие биологи знакомы с правилом Аллена натуралиста XIX века Джоэла Асафа Аллена, согласно которому животные, живущие в теплых районах, имеют большую площадь поверхности по сравнению с их объемом, чем животные, живущие в более холодной среде. Действительно, большая поверхность кожи позволяет лучше отводить тепло тела. «В одном эксперименте мы поместили новорожденных мышей в условия температуры 34°C, чтобы минимизировать тепловой шок, связанный с их рождением. Мы обнаружили, что у них были более длинные и крепкие кости, что подтверждает, что рост костей зависит от температуры окружающей среды», — объясняет Мирко Трайковски — профессор кафедры клеточной физиологии и метаболизма и Диабетического центра медицинского факультета Университета Женевы, который руководил исследованием. А как насчет взрослой жизни?

Поместив несколько групп взрослых мышей в теплую среду, ученые заметили, что, хотя размер костей остался неизменным, прочность и плотность костей значительно улучшились. Затем они повторили свой эксперимент с мышами после овариэктомии, моделирующей постменопозный остеопороз. «Эффект был очень интересным», — говорит Клэр Шевалье, в то время исследователь лаборатории профессора Трайковски и первый автор этой работы. «Простой факт обогрева среды обитания наших мышей защитил их от потери костной массы, типичной для остеопороза!»

А как насчет людей? Команда исследователей проанализировала глобальные эпидемиологические данные о заболеваемости остеопорозом в зависимости от средней температуры, широты, потребления кальция и уровня витамина D. Они обнаружили, что чем выше температура, тем меньше переломов бедра — одного из основных последствий остеопороза — независимо от других факторов. «Мы обнаружили четкую корреляцию между географической широтой и переломами бедра: в северных странах заболеваемость выше по сравнению с южными, — говорит Мирко Трайковски. — Нормализация анализа известных факторов, таких как витамин D или кальций, не изменила эту корреляцию. Однако, когда мы исключили температуру в качестве детерминанты, корреляция была потеряна. Это не означает, что кальций или витамин D не играют роли по отдельности или в комбинации. Однако определяющим фактором является тепло или его отсутствие».

Как адаптируется микробиота

Специалисты по микробиоте, женевские ученые хотели понять ее роль в этих метаболических изменениях. С этой целью они пересадили микробиоту мышей, живущих в среде с температурой 34°, остеопорозным мышам, качество костей которых после этого быстро улучшилось. — Эти результаты могут подразумевать расширение правила Аллена, предполагая, что влияние тепла не зависит от удлинения, которое преимущественно способствует плотности и прочности костей во взрослом возрасте за счет изменений микробиоты», — говорит Мирко Трайковски.

Благодаря современным метагеномным инструментам, разработанным в их лаборатории, ученым удалось понять роль, которую играет микробиота. Когда она адаптируется к теплу, это приводит к нарушению синтеза и деградации полиаминов — молекул, которые участвуют в старении и, в частности, в здоровье костей. «При нагревании синтез полиаминов увеличивается, а их разложение уменьшается. Таким образом, они влияют на активность остеобластов (клеток, которые строят кости) и уменьшают количество остеокластов (клеток, разрушающих кости). С возрастом и в период менопаузы нарушается прекрасный баланс между активностью остеокластов и остеобластов, — объясняет Клэр Шевалье. — Однако тепло, воздействуя на полиамины, которые, как мы обнаружили, частично регулируются микробиотой, может поддерживать баланс между этими двумя группами клеток».

Таким образом, эти данные показывают, что воздействие тепла может быть стратегией профилактики остеопороза.

Разработка новых методов лечения

Влияние микробиоты на метаболизм становится все более понятным. Однако, чтобы иметь возможность использовать эти знания для разработки терапевтических стратегий, ученые должны точно определить роль конкретных бактерий в конкретных заболеваниях. В контексте своей работы по остеопорозу команда профессора Трайковски смогла идентифицировать некоторые важные бактерии. «Нам все еще необходимо уточнить наши анализы, но нашей относительно краткосрочной целью будет выявление бактерий-кандидатов и разработка нескольких «бактериальных коктейлей» для лечения метаболических и костных нарушений, таких как остеопороз, а также, например, для повышения чувствительности к инсулину», — заключают авторы.