Это открытие может позволить костям получать пользу от упражнений без движения.

Команда обнаружила, что определенный белок действует как внутренний «датчик упражнений» организма, позволяя костям реагировать на физическое движение. Это открытие открывает возможность разработки лекарств, которые повторяют преимущества физических упражнений, предлагая новую надежду пожилым людям, лежачим пациентам и людям с хроническими заболеваниями, которые сталкиваются с более высоким риском переломов. Результаты были опубликованы в журнале Трансдукция сигнала и таргетная терапия.

«Остеопороз и возрастная потеря костной массы затрагивают миллионы людей во всем мире, часто делая пожилых и прикованных к постели пациентов уязвимыми к переломам и потере независимости», — сказал профессор Сюй Айминь, директор Государственной ключевой лаборатории фармацевтической биотехнологии и профессор кафедры медицины Школы клинической медицины HKUMed, возглавлявший исследование. «Современные методы лечения в значительной степени полагаются на физическую активность, которую многие пациенты просто не могут выполнять. Нам необходимо понять, как наши кости становятся сильнее, когда мы двигаемся или тренируемся, прежде чем мы сможем найти способ воспроизвести преимущества упражнений на молекулярном уровне. Это исследование является важным шагом на пути к этой цели».

Почему потеря костной массы становится более серьезной с возрастом

Переломы костей, вызванные остеопорозом, являются широко распространенной глобальной проблемой здравоохранения. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно каждая третья женщина и каждый пятый мужчина старше 50 лет получают перелом из-за ослабления костей. В Гонконге это воздействие особенно значимо по мере старения населения: остеопорозом страдают 45% женщин и 13% мужчин в возрасте 65 лет и старше. Эти переломы часто приводят к длительной боли, ограничению подвижности и потере независимости, а также создают серьезную нагрузку на системы здравоохранения.

С возрастом кости естественным образом теряют плотность и становятся более пористыми. Внутри костного мозга находятся мезенхимальные стволовые клетки, которые могут развиваться как в костную ткань, так и в жировые клетки. Эти клетки сильно реагируют на физические силы, такие как движение и давление. Однако со временем старение меняет этот баланс, в результате чего большее количество стволовых клеток превращается в жировые клетки, а не в костные.

Когда жир накапливается внутри костного мозга, он вытесняет здоровую костную ткань. Этот процесс еще больше ослабляет кости и создает цикл ухудшения, который трудно повернуть вспять с помощью современных методов лечения.

Piezo1 действует как датчик нагрузки кости

В ходе экспериментов с использованием моделей мышей и стволовых клеток человека исследователи идентифицировали белок под названием Piezo1, расположенный на поверхности мезенхимальных стволовых клеток в костном мозге. Этот белок действует как механический сенсор, определяя физические силы, возникающие во время движения и физических упражнений.

Когда Piezo1 активируется посредством физической активности у мышей, он ограничивает накопление жира в костном мозге и способствует образованию новой кости. Когда белок отсутствует, происходит обратное. Стволовые клетки с большей вероятностью превращаются в жировые клетки, ускоряя потерю костной массы. Отсутствие Piezo1 также вызывает высвобождение воспалительных сигналов (Ccl2 и липокалин-2), которые еще больше подталкивают стволовые клетки к выработке жира и препятствуют росту костей. Было показано, что блокирование этих сигналов помогает восстановить более здоровое состояние костей.

Имитация упражнений для людей, которые не могут двигаться

«Мы, по сути, расшифровали, как тело преобразует движение в более сильные кости», — сказал профессор Сюй Айминь. «Мы идентифицировали молекулярный датчик физических упражнений Piezo1 и сигнальные пути, которые он контролирует. Это дает нам четкую цель для вмешательства. Активируя путь Piezo1, мы можем имитировать преимущества упражнений, эффективно заставляя организм думать, что он тренируется, даже при отсутствии движения».

Доктор Ван Бэйл, доцент того же факультета и соруководитель исследования, подчеркнул важность результатов для уязвимых групп населения. «Это открытие особенно важно для пожилых людей и пациентов, которые не могут заниматься спортом из-за слабости, травмы или хронического заболевания. Наши результаты открывают дверь для разработки «миметиков упражнений» — препаратов, которые химически активируют путь Piezo1, чтобы помочь сохранить костную массу и поддержать независимость».

Профессор Эрик Оноре, руководитель группы Института молекулярной и клеточной фармакологии Французского национального центра научных исследований и соруководитель исследования, подчеркнул более широкое потенциальное воздействие. «Это предлагает многообещающую стратегию, выходящую за рамки традиционной физиотерапии. В будущем мы потенциально сможем обеспечить биологические преимущества физических упражнений посредством целенаправленного лечения, тем самым замедляя потерю костной массы у уязвимых групп, таких как лежачие пациенты или люди с ограниченной подвижностью, и существенно снижая риск переломов».

Переход к новым методам лечения остеопороза

Сейчас исследовательская группа сосредоточена на воплощении этих результатов в клиническое применение. Их цель — разработать новые методы лечения, которые сохранят прочность костей и улучшат качество жизни пожилых людей и тех, кто прикован к постели.

Совместное исследование возглавляли профессор Сюй Айминь, молодой профессор эндокринологии и метаболизма Рози Т.Т., заведующий кафедрой и директор, и доктор Ван Бэйл, доцент-исследователь Государственной ключевой лаборатории фармацевтической биотехнологии медицинского факультета HKUMed. В проекте также участвовал профессор Эрик Оноре из Института молекулярной и клеточной фармакологии, Национального центра научных исследований Франции (CNRS), Университета Лазурного берега (UniCA) и Национального института здравоохранения и медицинских исследований Франции (Inserm), который также является приглашенным профессором кафедры фармакологии и фармацевтики HKUMed.

Это исследование было поддержано Схемой областей передового опыта и Общим исследовательским фондом Совета по исследовательским грантам; Фонд здравоохранения и медицинских исследований при Бюро здравоохранения правительства Гонконга, специального административного района Китайской Народной Республики; Национальная программа ключевых исследований и разработок Китая; Национальный фонд естественных наук Китая; Программа человеческих передовых наук; Французское национальное исследовательское агентство; Фонд Франции; Фонд медицинских исследований; и Фонд развития науки и технологий Макао.