A kevesebb kalóriabevitel segíti a sérülés utáni regenerációt

Ismert, hogy a szükséges tápanyagokat biztosító, de a normál kalóriamennyiséghez képest 40%-kal csökkentett kalóriabevitel állatkísérletekben növeli az élettartamot és csökkenti a korral összefüggő krónikus betegségek előfordulását. Napjainkra az is bebizonyosodott, hogy ha az állatokat sérülések után a csökkentett kalóriamennyiségű élelemmel táplálják, számos szövetféleségük jobban regenerálódik. A University of Pennsylvania kutatóinak sikerült kimutatniuk, hogy milyen mechanizmus áll a bél szöveteinek a kalória-restrikció hatására megnövekedett regenerációs képessége mögött.

A csökkent kalóriabevitel hatására a DNS-károsító sérülések – amik radio- és kemoterápia hatására is bekövetkeznek – egy speciális őssejt-féleség révén (rezerv őssejtek) hatékonyabban regenerálódnak, így a kezelés előtti csökkent kalóriabevitel enyhíti az ilyen típusú rákellenes terápiák mellékhatásait is. Mint a Stem Cell Reports című szaklapban megjelent tanulmány (Maryam Yousefi és munkatársai: Calorie Restriction Governs Intestinal Epithelial Regeneration through Cell-Autonomous Regulation of mTORC1 in Reserve Stem Cells) szerzői megjegyzik: eredményüknek azonnali következménye kell legyen a DNS-károsító ágensekkel kezelt betegek diétájára nézve.

A kutatók kifejtik: a kalóriacsökkentés jótékony hatása nem kérdéses, de eddig még nem volt tisztázott a hatás mögött álló celluláris és molekuláris mechanizmus. Korábbi kutatások a kalóriarestrikció hatását a napi szövetmegújulásért felelős, aktív intesztinális őssejteken vizsgálták, azonban ezek a sejtek maguk is nagyon érzékenyek a DNS-károsító ágensekre, így a University of Pennsylvania kutatói azt feltételezték, hogy nem ezek a sejtek mediálják a kalóriacsökkentés regenerációt elősegítő hatását.

Yousefi és munkatársai az aktív őssejtek helyett a normális viszonyok között alvó állapotban lévő – és így a kemo- és radioterápia hatásának nem kitett – rezerv őssejtek vizsgálatába kezdtek. Ezek a tartalék őssejtek az aktív őssejteket elpusztító behatások után „ébrednek fel”, és belőlük indul meg a sérülések regenerálódása. A kutatók egérkísérletekben hasonlították össze átlagosan etetett, illetve kalóriarestrikciónak kitett állatok bélnyálkahártyájának besugárzás utáni regenerálódását: a 40%-kal csökkentett kalóriabevitel után az egerek bélrendszerében ötször annyi őssejtet lehetett kimutatni, mint a normál módon táplált egerekben. Amikor a kutatók a kalóriacsökkentett egerek szervezetében szelektív módon elpusztították a rezerv őssejteket, a bélnyálkahártya regenerációs képessége felére csökkent, ami a kutatók szerint bizonyítja, hogy a kalóriarestrikció pozitív hatásában a rezerv őssejtek játszanak fontos szerepet.

A mechanizmus tisztázása érdekében a továbbiakban a kutatók összehasonlították, hogy mely gének aktívak a normál, illetve a kalóriacsökkentett állatok rezerv őssejtjeiben. Az eredmény szerint a kalóriacsökkentett állatok őssejtjeiben gátolva voltak a legismertebb tápanyag-érzékelő rendszer, az mTOR fehérjekomplex által szabályozott útvonalak (a rezerv őssejtekben eleve alacsony volt az mTOR aktivitás, ami a kalóriarestrikció hatására tovább csökkent). A kutatók korrelációt is kimutattak: minél alacsonyabb volt az őssejtekben az mTOR-aktivitás, az állat annál inkább képes volt ellenállni a sérülésnek.

Mint a kutatók kifejtik: a káros behatás elmúltával a regenerációhoz szükség van az mTOR-komplex aktiválódására, és a kalóriacsökkentett táplálékot fogyasztó állatok esetében ez az aktiválódás nagyobb mértékű, mint normálisan etetett társaikban. Vagyis a kalóriacsökkentés hatására a rezerv őssejtek még inkább alvó állapotba kerülnek, ez megvédi őket a DNS-károsító hatástól, majd a káros hatás elmúltával nagyobb mértékben képesek aktiválódni, mint azok a rezerv őssejtek, amelyeket nem tettek ki kalóriarestrikciónak.

A kutatók az mTOR-t aktiváló aminosav, a leucin, továbbá az mTOR-t gátló rapamicin alkalmazásával igazolták, hogy valóban az mTOR szabályozza a rezerv őssejtek aktiválódását: leucin hatására az őssejtek szaporodni kezdtek, míg a rapamicin gátolta aktiválódásukat, továbbá leucinnal előkezelt állatok esetében a rezerv őssejtek érzékenyebbé váltak a besugárzás hatásaira, és a sérülést követően szöveteik rosszabbul regenerálódtak, míg a rapamicin megvédte az őssejteket, mivel rapamicin-előkezelés hatására azok nagyobb valószínűséggel maradtak alvó állapotban.

Mindazonáltal, a rapamicin nem használható a kalória-csökkentés alternatívájaként, mivel az általa kiváltott őssejt-gátlás a sérülés bekövetkezte után is fennmarad, azaz nem tud végbemenni a regeneráció. A kalória-csökkentés által kiváltott mTOR-gátlás azonban reverzibilis, sőt a sérülés után gyorsabb regenerációt eredményez, ezért hatékony eszköz lehet a DNS-károsító ágenseknek kitett tumoros betegek terápiájában, továbbá mikrobiom-diszbiózis és a bél ischaemia-reperfúziós sérülésének kezelésében.