Добавление аминокислоты серина облегчает невропатию у мышей с диабетом

Добавление аминокислоты серина облегчает невропатию у мышей с диабетом

Ученые из Солка обнаружили, что измененный метаболизм серина при диабете приводит к периферической невропатии — открытие, которое может предоставить новый способ выявления людей с высоким риском и потенциальный вариант лечения.

LA JOLLA — Приблизительно половина людей с диабетом 1 или 2 типа страдают периферической невропатией — слабостью, онемением и болью, преимущественно в руках и ногах. Состояние возникает, когда высокий уровень сахара, циркулирующего в крови, повреждает периферические нервы. Теперь, работая с мышами, исследователи Института Солка определили еще один фактор, способствующий развитию периферической нейропатии, связанной с диабетом: измененный метаболизм аминокислот.

Команда обнаружила, что диабетические мыши с низким уровнем двух родственных аминокислот, серина и глицина, подвержены более высокому риску периферической невропатии. Более того, исследователи смогли облегчить симптомы невропатии у мышей с диабетом, добавив в их рацион серин.

Исследование, опубликованное 25 января 2023 г. в Природа, добавляет к растущему количеству доказательств того, что некоторые часто недооцениваемые «заменимые» аминокислоты играют важную роль в нервной системе. Полученные данные могут предоставить новый способ выявления людей с высоким риском периферической невропатии, а также потенциальный вариант лечения.

«Мы были удивлены, что увеличение и уменьшение количества заменимой аминокислоты оказало такое сильное влияние на метаболизм и диабетические осложнения», — говорит старший автор. Кристиан Металло, профессор лаборатории молекулярной и клеточной биологии Солка. «Это просто показывает, что то, что мы считаем догмой, может меняться при различных обстоятельствах, например, при заболеваниях». Металло руководил исследованием вместе с первым автором Михалом Хандзликом, исследователем с докторской степенью в его лаборатории.

Аминокислоты являются строительными блоками, из которых состоят белки и специальные молекулы жира, называемые сфинголипидами, которых в изобилии содержится в нервной системе. Низкий уровень аминокислоты серина заставляет организм включать в сфинголипиды другую аминокислоту, что меняет их структуру. Затем эти атипичные сфинголипиды накапливаются, что может способствовать повреждению периферических нервов. В то время как команда наблюдала это накопление у мышей с диабетом, такое же переключение аминокислот и изменения сфинголипидов происходят при редком генетическом заболевании человека, характеризующемся периферической сенсорной невропатией, что указывает на то, что это явление характерно для многих видов.

Чтобы определить, вызывает ли долгосрочный хронический дефицит серина периферическую невропатию, команда Металло кормила мышей либо контрольной диетой, либо диетой без серина в сочетании с диетой с низким или высоким содержанием жиров на срок до 12 месяцев. Исследователи были удивлены, обнаружив, что низкий уровень серина в сочетании с диетой с высоким содержанием жиров ускоряет развитие периферической невропатии у мышей. Напротив, добавление серина мышам с диабетом замедляло прогрессирование периферической невропатии, и мыши чувствовали себя лучше.

Исследователи также протестировали соединение мириоцин, которое ингибирует фермент, который заменяет серин на другую аминокислоту при сборке сфинголипидов. Лечение мириоцином уменьшало симптомы периферической невропатии у мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров и без серина. Эти данные подчеркивают важность метаболизма аминокислот и продукции сфинголипидов в поддержании здоровья периферической нервной системы.

Дефицит серина также связан с различными нейродегенеративными расстройствами. Например, Металло и его сотрудники ранее обнаружили связь между измененным метаболизмом серина и сфинголипидов у пациентов с макулярной телеангиэктазией 2 типа, состоянием, вызывающим потерю зрения. У мышей пониженное содержание серина приводило к повышению уровня атипичных сфинголипидов сетчатки и снижению зрения. В настоящее время серин проходит клинические испытания на безопасность и эффективность при лечении макулярной телеангиэктазии и болезни Альцгеймера.

Периферическую невропатию обычно лечат диетическими изменениями для снижения уровня сахара в крови, а также болеутоляющими средствами, физиотерапией и средствами передвижения, такими как трости и инвалидные кресла. Продукты, естественно богатые серином, включают соевые бобы, орехи, яйца, нут, чечевицу, мясо и рыбу, а добавки серина недороги и доступны без рецепта.

Тем не менее, исследователи говорят, что преждевременно советовать людям с диабетом принимать добавки серина для предотвращения невропатии.

«Вам, вероятно, придется принимать много, чтобы изменить ситуацию, и не всем нужен дополнительный серин», — говорит Металло. «Нам нужно больше времени, чтобы понять физиологию серина у людей и изучить потенциальные недостатки пищевых добавок».

С этой целью Metallo и Handzlik в настоящее время разрабатывают тест на толерантность к серину, аналогичный тесту на толерантность к глюкозе, используемому для диагностики диабета.

«Мы хотим выявить тех, кто подвергается наибольшему риску периферической невропатии, чтобы мы могли лечить только тех, кто может получить наибольшую пользу», — говорит Хандзлик.

Среди других авторов: Дживани М. Генгатаран, Грейс Х. МакГрегор и Кортни Р. Грин из Института Солка и Калифорнийского университета в Сан-Диего; Кэти Э. Фриззи, Кэмерон Мартино, Джибраан Рахман, Антонио Гонсалес, Ана М. Морено, Люси С. Гернси, Прашант Мали, Роб Найт и Найджел А. Калькатт из Калифорнийского университета в Сан-Диего; Терри Лин, Патрик Ценг и Сатчидананда Панда из Института Солка; Ёичиро Идегучи из Scripps Research; Регис Дж. Фэллон и Марин Л. Гантнер из Института медицинских исследований Лоуи; Амандин Чайкс из Университета Юты; и Мартина Уоллес из Университетского колледжа Дублина в Ирландии.

Работа финансировалась Национальным институтом здравоохранения (гранты R01CA234245, DK076169, R01AG065993, P30 DK120515), премией Камиллы и Генри Дрейфуса для учителей и ученых, Институтом медицинских исследований Лоуи и Американской кардиологической ассоциацией (грант 18CDA34110292).

DOI: 10.1038/s41586-022-05637-6