Костите произвеждат хормони, които комуникират с мозъка и други органи

Скелетната структура не само защитава важните органи на тялото, но и контактува с тях, показват тестове върху лабораторни мишки.

Костната конструкция се е смятала за „тих” орган, осигуряващ сновно опора на тялото, но сега костите проговарят.

В допълнение към свойството на костната система да поддържа тялото, скелетът се оказва  динамичен комуникатор. Костите произвеждат хормони, чрез които си взаимодействат с други органи и тъкани, включително мозъка, бъбреците и панкреаса, показват експерименти с мишки.

“Костите, се смятаха за мъртъв орган, но реално те са се превърнали почти в жлеза”, казва Beate Lanske, изследовател в областта на костите и минералите в Харвардското училище по дентална медицина. “Толкова много неща се случват между костите, мозъка и всички останали органи, а скелетната структура се е превърнала в една от най-активно проучваните тъкани днес.”


РЕКЛАМА:

***

Открити са най-малко четири костни хормона, които играят ролята на „куриери”, но скорошни проучвания показват, че  може да има и други. Учените едва сега започват да осъзнават каква стойност имат за здравето тези хормони. Но картотекирането и изследването на хормоните трябва да предложи по-детайлно разбиране за това как организмът регулира захарта, енергията и мазнините, наред с другите неща.

Сред хормоните в списъка на костните комуникатори – остеокалцинът, склеростинът, фибробластният растежен фактор 23 и липокалин-2, последният е най-новият привлякъл внимание. Освен че липокалин-2 огранича бактериалните инфекции и работи в мозъка, той притежава и свойството да контролира апетита, съобщават физиологът Ставрула Кустени (Stavroula Kousteni) и неговите колеги от медицинския център на Колумбийския университет в доклад от 16 март.

Връзката между костите и мозъка: Според скорошно проучване, след като мишките се нахранят, костноформиращите им клетки абсорбират хранителни вещества и освобождават хормон, наречен липокалин-2 (LCN2), в кръвта. LCN2 се придвижва до мозъка, където се захваща към регулиращите апетита нервни рецептори, като казват на мозъка да изпрати команда към организма да  спре да се храни.
Връзката между костите и мозъка:
Според скорошно проучване, след като мишките се нахранят, костноформиращите им клетки абсорбират хранителни вещества и освобождават хормон, наречен липокалин-2 (LCN2), в кръвта. LCN2 се придвижва до мозъка, където се захваща към регулиращите апетита нервни рецептори, като казват на мозъка да изпрати команда към организма да спре да се храни.

Изследователите смятали, че мастните клетки са най-вече отговорни за производството на липокалин-2 или LCN2. Но при лабораторните мишки, костите произвеждат до 10 пъти повече от хормона, в сравнение с мастните клетки, разказват Кустени и колегите му. След хранене костите на мишките изпомпват достатъчно LCN2, за да увеличат кръвните нива три пъти спрямо нивата преди хранене. “Това е нова роля за костите като ендокринни органи”, казва Кустени.

Клифърд Розен (Clifford Rosen), костен ендокринолог в Центъра за молекулярна медицина в Скарбъроу, Мейн, е развълнуван от новата връзка между костите и мозъка. “Има физиологичен смисъл, има двупосочни взаимодействия между костите и другите тъкани” казва Розен. „Трябва да имате неща, които да регулират източниците на гориво, необходими за образуването на костите.”

Костите непрекъснато се обновяват посредством енергоемки процеси. Клетките известни като остеобласти, са отговорни за създаването на нова кост, други клетки – остеокласти, отговарят за разграждането и унищожаването на старата кост. При този оборот “скелетът трябва да притежава механизъм за фино регулиране, който механизъм позволява на цялото тяло да бъде в синхрон с това, което се случва на скелетното ниво”, казва Розен. Остеобластите и остеокластите изпращат хормони, за да осъществят този процес.

Учените са започнали да се занимават с костни комуникатори преди десетилетие (SN: 8/11/07, стр. 83). Генетикът Джерард Кърси от медицинския център на Колумбийския университет установил, че остеокалцинът, произведен от остеобласти, помага за регулирането на кръвната захар. Остеокалцинът циркулира в кръвта, събирайки калций и други минерали, които са необходими на костите. Експерименти с лабораторни мишки са показали, че когато хормонът достигне панкреаса, подава сигнал да се ускори синтезът на инсулинови клетки. Остеокалцинът сигнализира и на мастните клетки да отделят хормон захарен модератор за инсулин, който повишава чувствителността на организма към инсулин. Това са публикували Карсенти и екипът му през 2007 в списание Cell. Ако този механизъм работи по същия начин при хората, казва Карсенти, остеокалцинът дава потенциал за лечението на заболявания като диабет и затлъстяване.

Костите произвеждат хормони, които мигрират в други органи, където изпълняват  определени функции. Някои от тези роли са известни, но изследователите откриват и нови начини, по които тези хормони действат:

Хормон Функция Допълнителна  функция Място на действие на допълнителната функция
Липокалин 2 (LCN2) Спира разпространението на бактериална инвазия Регулира апетита мозък
Остеокалцин Регулира костната минерализация и калциевия метаболизъм Регулира:

Кръвната захар и инсулиновия метаболизъм

Памет и настроение

Синтез на тестостерон

Панкреас и мастна тъкан

 

мозък

тестиси

Склеростин Поддържа контролиран растеж на костната система Участва в енергийния метаболизъм Мастна тъкан

 

“Тези данни са доста убедителни”, казва Сандиб Косла, костен биолог в Mayo Clinic в Рочестър, Минесота. “Но резултатите от тестове върху хора са неубедителни.” При изследванията, проведени върху хора, е трудно да се каже, че остеокалцинът директно повлиява метаболизма на кръвната захар, когато има толкова много намесени фактори.

По-нови данни от тестове върху мишки показват, че остеокалцинът може да играе роля в енергийния метаболизъм. След инжектиране на хормона, възрастните мишки могат да се движат толкова бързо, колкото по-младите мишки. Старите мишки, които не са получили повишена доза остеокалцин, са два пъти по-бавни, докладват  Карсенти и екипът му миналата година в Cell Metabolism. Тъй като хормонът увеличава издръжливостта, той помага на мускулите да абсорбират повече хранителни вещества. В замяна на това, мускулите връщат обратно към костите информация, като им казват да синтезират  повече остеокалцин.

Има предположения, че тази обратна връзка работи и при хората. Екипът докладва, че по време на  упражнения и тренировки, кръвните нива на остеокалцин при жените се увеличават.

Убедителни доказателства от лабораторията на Карсенти има и за това, че остеокалцинът притежава и други значителни ефекти. При тестове с мишки, учените доказали че хормонът стимулира клетките в тестисите да изпомпват тестостерон, което е от решаващо значение за процесите на възпроизвеждане, повлиява костната плътност, може да подобри паметта и настроението.

Костите дори могат да използват хормона, за да комуникират с мозъка на плода преди раждането. Остеокалцинът от костите на бременни мишки може да проникне в плацентата и да помогне на мозъчното развитие на плода, съобщават Карсенти и колегите му  през 2013 г. в Cell. Какви са ползите за костната система от това да повлияват развиващия се мозък на плода, остава неясно.

Друг, станал известен костен комуникатор е склеростинът. Неговата работа е да поддържа растежа на костите, като казва на остеобластите (играещи роля във формирането на костите) да се забавят или да спрат. Но костите могат да изпратят хормона и за да повлияят един важен източник на гориво – мазнините. При мишките хормонът подпомага  превръщането на белите (или “лоши”) мазнини в по-полезната изгаряща енергия „бежова” мазнина, за което са докладвали молекулярният биолог Кеертик Фулзеле и екипът му от Бостънския университет във февруарския брой на Journal of Bone and Mineral Research.

Остеокалцинът, склеростинът и LCN2 предоставят неопровержими доказателства за комуникационните умения на костите. Друг хормон, фибробластният растежен фактор 23 или FGF-23 може да има по-конкретно медицинско приложение.

Костите използват FGF-23, за да кажат на бъбреците да не отделят допълнително количество фосфат, поради което той не се абсорбира от костите. При хора с бъбречна недостатъчност, рак или някои генетични заболявания, включително наследствена форма на рахит, наречена Х-свързана хипофосфатемия, нивата на FGF-23 са повишени, което води до спад в нивата на фосфатите. Костите, лишени от този минерал, стават слаби, трошливи  и склонни към деформации.

В случая на X-свързана хипофосфатемия или XLH, липсващият или уведен ген в костите причинява хормоналния поток. Поддържането на молекулярната комуникация може да бъде по-лесно от поправката на увредения ген.

През март изследователите, в сътрудничество с фармацевтичната компания Ultragenyx, приключиха последния тест за лекарство преди федералното одобрение от FDA – фаза III на първата част на клинични изпитваня при възрастни с XLH. Учените са изпитвали антитяло, което се захваща за излишния FGF-23, преди той да достигне бъбреците. Антитялото е структурно подобно на бъбречните протеини, за които се залавя FGF-23, антитялото е “като примамка в кръвта”. Веднъж свързано, дуото се разгражда от тялото.

Традиционно лекуването на пациентите с XLH е било като да се опитваш да напълниш вана без запушалка. “Бъбреците извеждат фосфора от организма, а ние го набавяме през устата толкова бързо, колкото можем, за да осигурим минерализиране на костите”, казва Сузан Ян Де Бър (Suzanne Jan De Beur), водещ изследовател на клиничното изпитване и директор на ендокринологията към медицинския център на Джонс Хопкинс. Успехът не е постоянен и често в дългосрочен план води до нежелани реакции и инвалидизиране, допълва тя. Целта на терапията с антитела е да се възстанови способността на организма да абсорбира фосфат.

Непубликувани първоначални резултати показват, че терапията с антитела работи. От 68 души, които приемат лекарството по време на експеримента, над 90% са достигнали и задържали нормални нива на фосфат в кръвта след 24 седмици лечение, съобщи Ultragenyx през април. Хората, приемащи антитела, съобщават за по-малко болка и скованост от тези, които не са приемали медикамента.

Остеокалцинът, склеростинът и LCN2, някой ден също могат да се включат в лечението на болести, ако резултатите от тестове проведени с животни са съотносими към хората.

В изследването, публикувано неотдавна в Nature, екипът на Кустени съобщава, че повишаването на нивата на LCN2 при мишки, които не разполагат с LCN2 гена, са овладели  своите неконтролируеми хранителни навици. Дори при мишки с работещи LCN2 гени, вливането на хормона води до намаляване приема на храна, подобрява нивата на кръвната захар и повишава инсулиновата чувствителност.

Изследователите проследяват пътя на хормона от скелета до хипоталамуса – мозъчна структура, която поддържа нивата на кръвната захар, телесната температура и регулира други процеси. Инжектирането на LCN2 в мозъка на мишки потиска апетита и намалява наддаването на тегло. Екипът предполага, че след като хормонът премине кръвно-мозъчната бариера и достигне хипоталамуса, той се прикрепя към повърхността на нервните клетки, които регулират апетита.

Мишките с дефектни LCN2 рецепторни окончания в мозъчните клетки нарастват и натрупват тегло, точно като мишки, които не могат да произвеждат сами хормона. Инжекциите с LCN2 не са ограничили храненето или увеличаването на теглото.

(Друго изследване върху мишки, проведено  от друга изследователска група и публикувано през 2010 г., обаче, показва, че LCN2 няма ефект върху апетита. Кустени и екипът му твърдят, че несъответствието може да е в резултат от различните видове лабораторни мишки, които двата екипа са ползвали в проучванията си. Допълнителни експерименти в лабораторията на Кустени все още откриват връзка между LCN2 и апетита.)

Изследователите са установили, че при малка група хора с диабет тип 2, тези, които тежат повече, имат по-малко LCN2 в кръвта си. Някои хора, в чийто мозък има дефектни рецептори за LCN2, имат по-високи нива на хормона в кръвта.

Ако хормонът потиска апетита при хората, може да бъде чудесно лекарство против затлъстяване, казва Розен. Все още е твърде рано да се правят някакви окончателни твърдения за LCN2 и другите свойства на хормоните, да не говорим за приложение в медицината. “Има много неща, които разбрахме, че сме пренебрегвали”, казва Розен. Но едно нещо е ясно, казва той: ерата на костта като мълчалив наблюдател е свършила.

Превод: Наталия Горова

Източник: Science News


Европейска нощ на учените 2022 г.: