По данным ВОЗ, сахарным диабетом страдают сотни миллионов обитателей нашей планеты. И по прогнозам экспертов, их число в ближайшие десятилетия заметно вырастет. Человечество знает о сахарном диабете больше трех тысяч лет (как известно, первый трактат, описывающий заболевание, египетский «Папирус Эрбес», датируется 1500г. д.н.э.), и вплоть до начала прошлого века эта болезнь считалась неизлечимой и ведущей к скорой смерти пациента. Сегодня существуют десятки лекарственных препаратов и стратегий лечения, сам диабет врачи делят на несколько типов (со своими подтипами у каждого). И, конечно, мы знаем об этом заболевании многое, правда, пока так и не научились его лечить (терапия сводится к продлению жизни пациента и поддержанию ее на приемлемом уровне качества). 

Не удивительно, что сахарный диабет стал темой очередной публичной лекции, прочитанной в ИЦиГ (мы не раз рассказывали об этом проекте, бессменным организатором которого является главный научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН, профессор Павел Бородин). Но докладчик – заместитель руководителя НИИ КЭЛ, профессор Вадим Климонтов – предложил взглянуть на это заболевание под непривычным углом, сосредоточившись на вопросе, почему люди вообще стали страдать от диабета.

Что интересно, рассуждения о природе диабета были известны очень давно. Во II в. Аретей Каппадокийский писал: «Диабет – состояние, при котором плоть и конечности «таят» в мочу. Если «таяние» быстрое, очень скоро наступает смерть». То есть, он не только точно описал симптомы заболевания, но и его суть – «растворение» плоти конечности в силу дефицита естественного анаболика-инсулина.

Он же отметил, что эта болезнь встречается довольно редко. И это – важная для нас деталь, поскольку она подтверждает: распространение диабета идет параллельно развитию человеческой цивилизации. Редкое заболевание античной эпохи сегодня стало самой быстро распространяющейся эпидемией неинфекционного характера. На конец 2019 года от него страдал каждый одиннадцатый человек на планете. А прогнозы специалистов относительно ситуации в будущем меняются исключительно в худшую сторону.

Как же связаны эти два процесса? Научный прогресс принес нам успехи в борьбе с инфекциями, сердечно-сосудистыми заболеваниями. Но почему-то пока он бессилен перед лицом диабета. И, по словам, Вадима Валерьевича, это не случайное совпадение, а результат совокупного влияния генетических, эволюционных и других факторов.

Начать распутывание этого сложного клубка он предложил с инсулина, дефицит которого и лежит в основе развития заболевания. Как известно, именно открытие инсулина в 1922 году (https://academcity.org/content/nobel-i-tehnologii) стало переломным моментом в лечении диабета. Однако, хоть гормон достаточно быстро вошел в клиническую практику, потребовались еще десятилетия исследований, чтобы разобраться с его природой и ролью в метаболизме. Все это время врачи, по сути, работали «в слепую»: они понимали, что инъекции инсулина помогают, но не совсем верно оценивали – почему.

Сначала считалось, что инсулин вырабатывает исключительно человек и крупные млекопитающие, но к концу прошлого века было доказано наличие инсулина или его аналогов практически у всех животных, начиная с простейших беспозвоночных – червей и т.п. Одновременно выяснилось, что функционал этих пептидов заметно менялся в ходе эволюции: от приоритета рост-стимулирующих факторов до выхода на первый план метаболической функции (у высших позвоночных).

Иначе говоря – инсулин способствует сохранению «излишков» энергетических субстратов, поступающих в наш организм с едой, чтобы потом их можно было использовать, когда еды не будет. Такой себе, универсальный анаболик.

Именно на этом основана и популярная в медицине концепция «инсулин резистентности», объясняющая развитие сахарного диабета 2-го типа именно этой причиной: у организма снижается чувствительность к инсулину, человек живет какое-то время с высоким уровнем инсулина, потом наступает декомпенсация, проявляющаяся в форме сахарного диабета. А главный «внешний» признак инсулин резистентности – это, когда окружность талии становится больше обхвата бедер (абдоминальное ожирение).

– Концепция красивая, но, на самом деле, у нас нет четких доказательств, что именно инсулин резистентность является «главным виновником» в развитии этого заболевания, - отметил профессор Климонтов.

Важный момент, даже критики концепции не отрицают связь этого синдрома с риском развития диабета, вопрос сводится к тому, считать ли ее корнем проблемы или еще одним проявлением.

Развитие генетических технологий в XXI веке (прежде всего, в области секвенирования и моделирования генома) принесло много важных данных о молекулярной природе сахарного диабета. Некоторые из них оказались весьма неожиданными.

Во-первых, выяснилось, что с этим заболеванием так или иначе связано несколько десятков генов, при этом, большая их часть ранее даже не рассматривалась в этом аспекте (в том числе, потому, что их функции ученым были неизвестны). Причем, большая их часть оказалась связана вовсе не с чувствительностью к инсулину, а с бета-клетками (которые, как считалось, играют в этом процессе второстепенную роль). И это поставило вопрос – а в чем вообще заключается генетическая составляющая самой инсулин резистентности?

А во-вторых, оказалось, что по отдельности каждый из генов вносит очень малый вклад в развитие диабета, что фактически похоронило надежды на создание простых систем прогноза риска развития заболевания или «универсальной таблетки от диабета». Поэтому врачи по-прежнему делают прогнозы с помощью обмера талии и вопросов про болезни родителей. Так оказалось и дешевле, и проще.

Но это не означает, что изучение молекулярной истории развития болезни было напрасным. С помощью биоинформатики строятся модели генной сети (сотни генов, объединенных в множество кластеров сигнальных путей), вовлеченной в этот процесс.

Эту работу ведут во многих научных центров мира, включая ФИЦ ИЦиГ СО РАН. В частности, новосибирцам удалось выделить несколько важных элементов этой сети, выступающих в роли ее суперрегуляторов. Далее ученые оценили «эволюционный возраст» этих ключевых генов, и оказалось, что они достаточно «стары» (то есть, встречается у гораздо более древних, с точки зрения эволюции, организмов).

– Дальше посмотрели, с какими еще болезнями человечества диабет соседствует на «эволюционном дереве», - продолжил Вадим Валерьевич.

И оказалось (что было вполне ожидаемо), что диабет 2-го типа близок к другим заболеваниям, связанным с нарушением энергетического обмена, например, к болезням Паркинсона и Альцгеймера. А вот диабет 1-го типа стоит особняком и в его развитие включены другие, более «молодые» (с точки зрения эволюции) гены. А самые «древние» гены, напротив, связаны с MODY диабетом (который по основным признакам схож с диабетом 2-го типа, но развивается у детей и подростков).

Главный вывод, который сделали ученые – в основе заболевания лежат древние механизмы, связанные с энергетическим обменом, которые возникли задолго до появления первых людей. И по-видимому, на протяжение долгого времени эти механизмы работали в основном исправно (вспоминаем утверждения античных авторов о том, что диабет – весьма редкое заболевание). Но затем, как говорится, что-то пошло не так.

А именно – существенно изменились ареал обитания, рацион и условия жизни людей. Первые люди обитали в достаточно теплых краях, были малорослыми, вели весьма подвижный образ жизни, питались довольно скудно, нерегулярно смешанной (животной и растительной пищей). По мере эволюции человека увеличивались его рост и объем мозга и потребность в высокоэнергетической пище (в том числе, чтобы обеспечить работу растущего организма). Еда требовала все большего количества инсулина и, тем самым, росла его роль в энергетическом обмене организма.

В итоге, у современного человека мозг потребляет от 10 % (сразу после еды) до 45 % (натощак) глюкозы, усвоенной организмом. С точки зрения эволюции, этот орган у нас очень несбалансированный в энергетическом плане. Кстати, современные исследования (на Ямайке) показали, что люди, пережившие в раннем детстве экстремальное голодание, имеют меньшую чувствительность к инсулину и потому сахарный диабет у них встречается гораздо чаще.

– Но на эту ситуацию можно взглянуть и по-другому, - отметил Климонтов. – В исследовании были задействованы выжившие после голода люди, но, может быть, они и выжили потому, что были менее чувствительны к инсулину.

На этом основана интересная концепция, которая рассматривает инсулин резистентность как защитный механизм, обеспечивающий развитие головного мозга даже в условиях пищевого дефицита. С ней связана гипотеза «перехода от сильного к умному». Ее сторонники отмечают, что резистентность к инсулину ведет к росту потребления глюкозы мозгом и, как следствие, снижению доли, приходящейся на мышцы. В пользу этого говорит и тот факт, что инсулин стимулирует важные когнитивные функции в мозге человека, а резистентность к нему снижает уровень тестостерона. Как известно, чем меньше тестостерона, тем ниже агрессивность и это, в свою очередь упрощает, социальное взаимодействие людей. Таким образом, резистентность к инсулину стала механизмом, упростившим движение предков человека к построению цивилизации (сделав их умнее и дружелюбнее). Она же могла стать одним из преимуществ, позволивших нашим предкам довольно быстро вытеснить неандертальцев (правда, попутно унаследовали от них некоторые гены). Но это даже не теория, а пока лишь гипотеза, требующая серьезных доказательств.

А вот что уже доказано – то, что в период т.н. неолитической революции (натуфийская культура, 15-11 тыс. лет до н.э.) в образе жизни человека и произошли изменения, которые стали прямо вести его «в объятья» диабета (к сожалению, изменения в геноме происходят куда медленнее, чем в образе жизни, и то, что ранее обеспечивало выживание, начинает играть обратную роль). В данном случае, речь о переходе к оседлому образу жизни и ведению сельского хозяйства. Питание стало более стабильным и сильно изменился рацион (резко возросла доля злаков и в него добавились молочные продукты).

Последствие перехода от палеолитической диеты к современной мы ощущаем до сих пор, непереносимость глютена и ряд пищевых аллергий происходят из того же источника. Ну а в случае с диабетом свою роль сыграл заметный рост доли «быстрых» углеводов в нашем рационе и сокращение потребления белка и клетчатки.

В итоге, почти 70% того, что мы едим сейчас, на более ранних этапах эволюции люди не кушали от слова вообще. Эти новые продукты (рафинированные растительные масла и молоко, к примеру) имеют свои особенности энергообмена, приспособиться к которым наш метаболизм до конца не сумел. Отсюда – сбои, ведущие к заболеваниям. Но и вернуться к прежнему образу жизни и рациону мы не можем, это не просто дорого и сложно, это противоречит требованиям выживания уже в условиях современного мира (не будем забывать и про продолжительность жизни охотников эпохи палеолита, и про ее качество). В итоге мы оказались в «эволюционной ловушке»: организм не адаптировался к слишком быстрым (с эволюционной точки зрения) переменам, но они уже приобрели необратимый характер. И теперь вся надежда на то, что выход из нее нам покажет наука. Правда, произойдет это нескоро. А пока можно лишь снижать риск развития сахарного диабета, изменениями в своем питании и образе жизни. Чтобы талия не росла в объемах чересчур быстро.

Сергей Исаев

Источники

Эволюционная ловушка
Академгородок (academcity.org), 01/06/2020

Похожие новости

  • 28/05/2020

    «Академгородок 2.0» — в борьбе с коронавирусом

    ​Ученые Новосибирского научного центра, «Вектора» и институтов СО РАН находятся на передовой в борьбе с коронавирусом. Например, 26 мая сотрудники Института цитологии и генетики продемонстрировали результаты своей работы над созданием трансгенных мышей для испытания вакцин и препаратов от COVID-19.
    373
  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    1773
  • 22/01/2020

    Академический час для школьников: лекция «Актуальные задачи на стыке нейробиологии, биофизики и компьютерного моделирования»

    ​22 января 2020 года в 15:00 в малом зале Дома ученых СО РАН состоится лекция директора Института систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН Андрея Юрьевича Пальянова «Актуальные задачи на стыке нейробиологии, биофизики и компьютерного моделирования».
    596
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    1874
  • 19/10/2018

    Картофель: когда Россия избавится от импортозависимости по семенам?

    Картофель - "второй хлеб", без которого сибиряк долго прожить не сможет. Обязательно соскучится. Но почему уже с февраля на прилавках магазинов лежит не свой, а египетский? Сейчас, осенью, собрав урожай, сибиряки часть закладывают на семена для будущего года.
    945
  • 20/11/2019

    В новосибирском Академгородке пройдет очередной Академический час для школьников

    ​20 ноября 2019 года в 15.00 в Малом зале Дома ученых СО РАН состоится лекция  кандидата биологических наук Сергея Викторовича Кулемзина (ИМКБ СО РАН) "Клеточная иммунотерапия: перспективы и проблемы".
    650
  • 31/03/2017

    Академик Николай Колчанов рассказал о развитии Селекционного центра

    30 марта на территории новосибирского Академпарка прошло очередное заседание членов Совета «Сибирской биотехнологической инициативы» (СБИ). СБИ – это программа, объединяющая объекты инновационной инфраструктуры и органы власти Сибирского федерального округа, в целях развития биотехнологий, медицины и фармацевтики.
    2457
  • 12/09/2019

    Объединенный ученый совет СО РАН по биологическим наукам поддержал кандидатов в члены РАН

    ​11 сентября 2019 года Объединенным ученым советом СО РАН по биологическим наукам поддержаны следующие кандидатуры. На вакансию академика РАН по специальности «физико-химическая биология» (вакансия – 1): 1.
    802
  • 19/11/2018

    В Новосибирской области возобновят работу по созданию агробиотехнопарка

    ​Разработка проекта по созданию в Новосибирской области агробиотехнопарка для новых технологий в сельском хозяйстве возобновится с 2019 года. Проект был приостановлен из-за реорганизации Министерства образования и науки РФ, сообщил в пресс-центре ТАСС в Новосибирске заместитель директора по инновационной деятельности Института цитологии и генетики СО РАН Петр Куценогий.
    1132
  • 27/11/2019

    В Томске состоялась научная конференция «Генетика человека и патология: Актуальные проблемы клинической и молекулярной цитогенетики»

    ​С 20 по 22 ноября 2019 года в Томске проходила XII научная конференция «Генетика человека и патология: Актуальные проблемы клинической и молекулярной цитогенетики». Конференция объединила 230 участников из ведущих научных учреждений генетического профиля и медико-генетических консультаций.
    915