Роль оси "кишечник — бурая жировая ткань" в регуляции метаболизма глюкозы

Новое исследование лаборатории профессора Джона Спикмана в Институте генетики и биологии развития Китайской академии наук пролило свет на важную роль оси "кишечник — бурая жировая ткань" в регуляции метаболизма глюкозы.

За последние два десятилетия стало ясно, что бактерии в нашем кишечнике не просто помогают переваривать пищу, но и играют важную роль в различных физиологических процессах. Интригующее наблюдение, сделанное несколько лет назад, показало, что уничтожение кишечных бактерий у мышей с помощью коктейля антибиотиков (ABX) фактически улучшает их способность утилизировать болюс глюкозы. Поскольку плохая способность к клиренсу глюкозы связана с риском развития диабета, это наблюдение рассматривалось как потенциальный путь для понимания механизмов улучшения метаболизма глюкозы.

У мышей, как и у большинства млекопитающих, есть два типа жировой ткани — бурая и белая. Бурый жир сжигает энергию, а белый — запасает. Однако существуют клетки, способные "переключаться" между белым и бурым фенотипом. Теоретически, чем больше клеток в белой жировой ткани становятся бурыми, тем выше её способность утилизировать глюкозу. Предыдущие работы показали, что при уничтожении кишечной микробиоты белая жировая ткань становится более "бурой". Другое исследование предположило, что повышенный клиренс глюкозы может происходить в печени.

Проблема этих предыдущих исследований заключалась в том, что они не измеряли напрямую поглощение глюкозы разными тканями. Изменения лишь выводились из изменений экспрессии генов в тканях. Кроме того, исследования были избирательны в выборе тканей для анализа.

В новом исследовании лаборатория Спикмана использовала изотопные трассеры для изучения поглощения глюкозы во всех тканях и сравнила, какие из них меняются при уничтожении микробиоты.

Исследователи использовали ¹³C-глюкозу в сочетании с масс-спектрометрией для трассировки глюкозы. Результаты показали, что в печени и белой жировой ткани наблюдались лишь очень незначительные изменения в поглощении глюкозы, в то время как наибольший эффект был зафиксирован именно в депо бурой жировой ткани.

Далее учёные исследовали важность ключевого гена, экспрессируемого в бурой жировой ткани, который разобщает дыхание и приводит к генерации тепла — разобщающего белка 1 (UCP1).

Используя мышей без UCP1 (UCP1-нокаутные мыши), исследователи обнаружили, что обработка антибиотиками не оказывает эффекта на улучшение клиренса глюкозы. Это говорит о том, что улучшение клиренса и поглощения глюкозы при удалении микробиоты кишечника не связано с теплопродуцирующей функцией бурой жировой ткани.

Наконец, исследователи использовали мышей с рецептором дифтерийного токсина на клетках, экспрессирующих UCP1. Эксперимент показал, что хотя нокаут UCP1 не влиял на улучшение, фактическое уничтожение самих бурых адипоцитов (с помощью токсина) этот эффект устраняло. Это указывает на незаменимую роль бурых адипоцитов в улучшении клиренса глюкозы, вызванном антибиотиками.