В исследовании, опубликованном на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, Амита Сегал, доктор философии, профессор нейробиологии в Медицинской школе Перельмана в Университете Пенсильвании и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза, вместе с соавторами. Аалим М. Велджи, доктор философии, доцент кафедры системной фармакологии и трансляционной терапии, и Питер Меерло, доктор философии из Университета Гронингена, Нидерланды, обнаружили общие молекулы, свидетельствующие о нарушении метаболизма в ответ на ограничение сна, в комплексном метаболическом профиле крови обоих пациентов. крысы и люди. Их результаты указывают на общий сдвиг в метаболизме липидов и свидетельства системного окислительного стресса из-за снижения сна у обоих видов.
Окислительный стресс и метаболизм липидов являются важными факторами метаболических заболеваний, хотя необходимо провести дополнительную работу, чтобы установить механистическую связь между обнаруженными маркерами и конкретными заболеваниями, подчеркивают исследователи.
«Одна из возможностей состоит в том, что сон стимулирует клиренс метаболитов и, таким образом, действует как репаративный процесс на метаболическом уровне», – говорит Сегал. "Влияние ограничения сна на циркадную биологию особенно актуально, учитывая то, что мы теперь знаем о том, как метаболиты также колеблются у людей на ежедневной основе.«Метаболиты – это химические промежуточные продукты или конечные продукты метаболизма, поэтому, хотя они образуются в результате расщепления жиров, углеводов и белков, их функция не ограничивается этими процессами.
Они также играют роль в передаче сигналов, регуляции ферментативной активности, роста и развития.
Крыс и людей
Команда подвергала крыс и людей хроническому ограничению сна в течение пяти дней. Ограничение сна, в отличие от лишения сна, сокращает время сна, но не устраняет его. «Ограничение сна более точно отражает реальные ситуации у людей, и это состояние, с которым ежедневно сталкиваются миллионы людей», – отмечает Сегал.
В обоих исследованиях уровни метаболитов сравнивались в крови, которая была собрана после адекватного сна у крыс и людей, чтобы установить исходный уровень, а затем после ограничения сна. Затем команда создала подробный профиль метаболитов из крови крыс и людей с ограниченным сном.
Из 38 метаболитов, которые они обнаружили уникальными у крыс с ограниченным сном, половина была известными липидами. Большинство метаболитов участников-людей с ограниченным сном также были липидами или соединениями, связанными с жирными кислотами.
Семь типов фосфолипидов, называемых плазмалогенами, связанных с окислительным стрессом, были повышены у крыс с ограниченным сном. В целом, они обнаружили значительный сдвиг в метаболизме липидов с ограничением сна, с более высокими уровнями фосфолипидов как у крыс, так и у людей.
Команда обнаружила, что некоторые нейротрансмиттеры и метаболиты кишечника (возможно, из кишечных микробов) также изменены из-за ограничения сна.
«Хотя мы еще не знаем, почему липиды изменяются у обоих видов, эти сдвиги очень интригуют, учитывая эпидемиологические связи между ограниченным сном и метаболическими нарушениями, такими как диабет, ожирение и метаболомный синдром», – говорит Велджие. "Я уверен, что есть связь."
Когда они сравнили список значительно измененных метаболитов у крыс и людей по сравнению с исходным уровнем до ограничения сна, они обнаружили, что два метаболита – щавелевая кислота и диацилглицерин 36: 3 – истощались в условиях ограничения сна и восстанавливались после восстановительного сна в оба вида. Щавелевая кислота – это отходы переработки пищевых продуктов, таких как растения, в первую очередь из-за распада витамина С и некоторых аминокислот. Диацилглицерин – это молекула-предшественник в производстве триглицеридов, молекула, в которой большая часть жира хранится в организме, а также выполняет функцию передачи сигналов в клетках. Исследователи предполагают, что эти две молекулы могут служить потенциальными биомаркерами, поскольку они присутствуют у обоих видов.
«Эти межвидовые маркеры интересны по нескольким причинам», – добавляет Велджи. «Во-первых, необходимы количественные маркеры недосыпания и качества сна, и этот подход предполагает, что метаболиты могут быть полезны в этом отношении. Во-вторых, поскольку мы обнаружили одни и те же метаболиты у людей и крыс, это открывает нам возможность исследовать механистические вопросы, касающиеся метаболических эффектов сна у крыс, которые могут иметь клиническое и терапевтическое применение."
В целом, эта работа обеспечивает потенциальную связь между известными патологиями сокращения продолжительности сна и метаболической дисфункцией. "Это согласуется с другими исследованиями, которые предполагают, что одна из функций сна является восстановительной, включая удаление метаболитов в головном мозге и восстановление антиоксидантного баланса в периферических тканях. С другой стороны, потеря сна вызывает окислительный метаболизм », – говорит Сегал.
Намни Гоэль, Арджун Сенгуптаа, Мэтью С. Кайзер, Тед Абель, Моррис Дж. Бирнбаум (теперь с Pfizer, Inc.), и Дэвид Ф. Динджес, все из Пенсильвании, являются соавторами.
Авторы благодарят участников экспериментов и сотрудников отдела сна и хронобиологии, которые помогли получить материал для метаболомного анализа.
Это исследование было поддержано HHMI, Управлением военно-морского ведомства за военно-морские исследования (N00014-11-1-0361), Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NNX14AN49G, NCC 9-58), Национальными институтами медицинских исследований (NR004281). ), Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов и Исследовательское управление армии США (W911NF1010093).