Костите – новият ендокринен орган

Доскоро костите се смятаха за силния, тих стожер на организма, но скорошни проучвания показват, че те могат и да „говорят”.

В допълнение към предоставянето на структурна опора, скелетът се оказва и един гъвкав бъбривко. Наскоро проведени експерименти върху мишки показват, че костите произвеждат хормони, които могат да комуникират с други органи и тъкани, включително мозъка, бъбреците и панкреаса.

„Доскоро разглеждани като мъртви органи, костите могат да се окажат почти с жлезиста природа” твърди Beate Lanske, изучаваща костната и минерална структура в Харвардския университет. „Толкова много неща се случват между костта, мозъка и всички други органи, че в момента това се оказва най- желаната тъкан на изучаване.”

Проучванията отбелязват поне четири костни хормона, които имат функция на „куриери”, но може да съществуват и повече. Учените едва сега започват да разчитат какво може да означава това послание за здравето. Каталогизирането и изследването на хормоните би трябвало да предложи и по-разнообразен начин, по който ще започне да се гледа на регулацията на захарта, енергията и мазнините в организма.


РЕКЛАМА:

***

От известните костни хормони посредници – стеокалцин, склеростин, фибробластен растежен фактор 23 и липокалин 2, последният привлича най-голямо внимание. Физиологът Stavroula Kousteni от Медицинският център към Колумбийския университет, заедно със свои колеги, през март тази година публикува статия в Nature, в която екипът твърди, че липокалин 2 се освобождава от костите, когато в организма има настъпила бактериална инфекция. Освен това, той влияе на мозъка при контрола на апетита.

Изследователи преди това са смятали, че мастните клетки са били в голяма степен отговорни за продукцията на липокалин 2 (LCN2). Kousteni и колеги установяват, че в опитни мишки костите продуцират до 10 пъти повече от хормона, отколкото мастните клетки. След хранене, костите на мишките са синтезирали достатъчно LCN2, за да повишат нивата на кръвна захар до 3 пъти повече, отколкото преди хранене. „Това е нова роля, в която виждаме костната тъкан, а именно като ендокринен орган”, казва Kousteni.

Clifford Rosen, скелетен ендокринолог в Центъра за Молекулярна Медицина в Скарбъроу, Мейн, е особено развълнуван за новооткритата костно-мозъчна връзка. „Физиологично има смисъл в това да съществува двустранна взаимовръзка между костта и другите тъкани”, казва Rosen. „Трябва да съществуват механизми, които да регулират костната формация.”

Костите непрекъснато се обновяват чрез енергийно-интензивно ремодулиране. Клетки, познати като остеобласти, са предшествениците на новите кости, други клетки, остеокласти, унищожават остарелите костни тъкани. Ако наистина се докаже този обрат, „скелетът трябва да притежава фино регулиран механизъм, който позволява на цялото тяло да бъде в синхронизация с това, което се случва на скелетно ниво”, твърди Rosen. Остеобластите и остеокластите изпращат хормонални сигнали, за да се изпълнят техните повели.

Учените започват да се занимават с костните молекулярни пратеници още преди десетилетие. Генетикът Gerard Karsenty от Медицинския център към Колумбийския университет, открил, че остеокалцин, произведен от остеобласти, помага за регулирането на кръвната захар. Остеокалцинът циркулира с кръвта и събира калций и други минерали, които са нужни за костите. Когато хормонът достигне до панкреаса, той сигнализира инсулин-произвеждащите клетки да увеличат продукцията си, показват експерименти с мишки. Остеокалцинът, също така, изпраща сигнали към мастните клетки да освободят хормон, който увеличава чувствителността на организма към инсулин, съобщават Karsenty и колеги през 2007 в Cell. Ако тези резултати се докажат и в човешкия организъм, казва Karsenty, остеокалцинът може да се разработи като потенциален компонент при лечението на диабет и затлъстяване.

хормон функция Предполагаема функция Влияние върху
Липокалин 2 (LCN2) Спира разпространяването на бактериални инфекции Регулира апетита Мозък
Остеокалцин Регулира костната минерализация и калциевия метаболизъм Регулира:

Кръвната захар и инсулиновия метаболизъм;

Паметта и настроението;

Синтезата на тестостерон

 

Панкреас и мастна тъкан

 

Мозък

 

Тестиси

Склеростин Регулира костния растеж Участва в енергийния метаболизъм Мастна тъкан

 

„Получените данни при експериментите с животни са достатъчно убедителни”, казва Sundeep Khosla, костен биолог в Клиниката Майо в Рочестър, Минесота. „Но данните при хора са по-малко убедителни.” При наблюдателни изследвания на хора е трудно да се каже, че остеокалцинът може директно да повлияе върху нивата на кръвната захар, когато има включени и много други фактори.

По-скорошни данни при изследване върху мишки показват, че остеокалцинът може да заема роля при регулация на енергийния метаболизъм. След инжектиране на хормона, стари мишки започват да бягат наравно с млади такива. Стари мишки, които не са били инжектирани, са два пъти по-неиздръжливи, докладват Karsenty и колеги през 2016 в Cell Metabolism. Хормонът увеличава издръжливостта, а това позволява на мускула да абсорбира повече хранителни вещества. В отговор, мускулът отговаря на костта да освободи повече остеокалцин.

Credit: Eric Sonstroem, Flickr
Credit: Eric Sonstroem, Flickr

Има основание да се смята, че тази обратна връзка работи и при хората. Женските кръвни нива на остеокалцин се увеличават по време на упражнения, съобщава колективът.

Според резултати, получени от лабораторията на Karsenty, остеокалцинът може да има далеч по-големи ефекти върху организма. Той стимулира клетките в тестисите да продуцират повече тестостерон – с изключително важно значение за репродукцията и костната здравина. А също така може да повлиява върху паметта и настроението. Костите могат дори да използват хормоните си, за да „говорят”с ембриона още преди раждане. Остеокалцин е изолиран от костите на бременна мишка и е доказано, че може да проникне през плацентата и да участва в развитието на ембрионалния мозък, установяват Karsenty и колеги през 2013 в Cell. Какво получават в замяна костите, от това, че повлияват върху развитието на мозъка, си остава загадка.

Друг изучаван костен пратеник е склеростин. Неговата всекидневна работа е да поддържа растежа на костите в норми като командва остеобластите кога да забавят развитието си и кога да го спрат. Но костите могат да пренасочат функцията на този хормон като му зададат да управлява важен енергиен източник – мастните клетки. В мишки, хормонът помага бялата („лошата”) мастна тъкан да се трансформира в използваем енергиен източник, докладва Keertik Fulzele и колеги от Болтънския университет във февруарския брой на Journal of Bone and Mineral Research.

Остеокалцинът, склеростинът и LCN2 поставят малките следи към голямата картина – костите могат да комуникират. Друг такъв хормон е фибробластният растежен фактор 23 (FGF-23). Той може да има по-своевременно медицинско приложение.

Костите използват FGF-23 да „кажат” на бъбреците да складират допълнителния фосфат, който не може да се абсорбира. При хора с бъбречна недостатъчност, рак или някаква генетична болест, нивата на FGF-23 са високи, което рязко понижава нивата на фосфат. Костите започват да гладуват, поради недостига на този минерал, стават слаби и деформирани.

Остеокалцинът, склеростинът и LCN2 някой ден могат да бъдат използвани при лечение на широк кръг от заболявания, ако резултатите, получени при животни, са приложими и при хората. В скорошно проучване, публикувано в Nature, екипът на Kousteni разкрива, че увеличаването нивата на LCN2 в мишки, чийто LCN2 ген е премахнат, понижава наблюдаваната ненаситност в храненето. Дори при мишки, с работещ LCN2 ген, допълнителното вкарване на този хормон, понижава дневните дажби, подобрява нивото на кръвната захар и увеличава чувствителността на клетките към инсулин.

Изследователите проследили пътя на хормона от скелета до хипоталамуса – структура в мозъка, която поддържа нивата на кръвната захар, телесната температура и регулира много други процеси. Инжектирането на LCN2 в миши мозък потиска апетита и видимо намалява теглото. Веднъж преминал кръвно-мозъчната бариера и достигнал до хипоталамуса, хормонът се свързва с нервните клетки, които регулират апетита, предполага екипът.

Мишки с дефектни места за закрепяне на LCN2 в мозъчните клетки, преяждат и трупат тегло, по идентичен начин с мишки, които не могат да синтезират хормона. Инжектиране на LCN2 не променя хранителните навици на такива мишки.

Направено е изследване на малка група от хора, които имат диабет тип 2. Учените установили, че хората, които тежали повече имали по-малко LCN2 хормон в кръвта си. Някои от хората имали дефектни места за закрепване на хормона и съответно по-високи нива от него в кръвта си.

Ако хормонът наистина може да потиска апетита при хора, Rosen твърди, че може да се използва при лечение на затлъстяването. Въпреки това, все още е твърде рано да се правят точни изказвания за LCN2 и другите хормони и да се говори за медицински последици. „Тепърва откриваме много нови неща, които сме игнорирали досега”, казва Rosen.

Но едно нещо е ясно: Ерата на костта като мълчалив наблюдател приключи.

Превод: Антония Паскалева

Източник: Science News


Европейска нощ на учените 2022 г.: