Скелет и реакция на стресс

Когда животное сталкивается с хищником или внезапной опасностью, частота сердечных сокращений повышается, дыхание становится более быстрым, а топливо в форме глюкозы перекачивается по всему телу, чтобы подготовить животное к борьбе или бегству.

Считается, что эти физиологические изменения, которые представляют собой реакцию «бей или беги», частично вызваны гормоном адреналином.

Но новое исследование ученых из Колумбийского Университета предполагает, что позвоночные не могут получить такой ответ на опасность без скелета. Исследователи обнаружили у мышей и людей, что почти сразу после того, как мозг распознает опасность, он инструктирует скелет, чтобы наполнить кровоток гормональным остеокальцином, происходящим из костей, который необходим для включения реакции на бой или бегство.

«У позвоночных реакция на острый стресс невозможна без остеокальцина», — говорит старший автор исследования Жерар Карсенти, доктор медицинских наук, заведующий кафедрой генетики Колумбийского университета. «Это полностью меняет наше представление о том, как возникают острые стрессовые реакции».

«Представление о костях как о просто окаменелых частях организма глубоко укоренилось в нашей биомедицинской культуре», — говорит Карсенти. Но около десяти лет назад его лаборатория выдвинула гипотезу и продемонстрировала, что скелет оказывает скрытое влияние на другие органы.

Исследование показало, что скелет выделяет остеокальцин, который проходит через кровоток, влияя на функции биологии поджелудочной железы, мозга, мышц и других органов.

С тех пор ряд исследований показал, что остеокальцин помогает регулировать обмен веществ, увеличивая способность клеток поглощать глюкозу, улучшает память и помогает животным быстрее бегать с большей выносливостью.

Если остеокальцин помогает вызвать острую стрессовую реакцию, он должен работать быстро, в первые несколько минут после обнаружения опасности. В новом исследовании ученые искали изменения в кровотоке при стрессовой ситуации, которую они проворировали у мышей. Через 2-3 минуты они увидели резкий скачок уровня остеокальцина.

Точно так же у людей исследователи обнаружили, что остеокальцин проявляется, когда они подвергаются стрессу публичных выступлений или перекрестного допроса. Когда уровни остеокальцина увеличивались, частота сердечных сокращений, температура тела и уровень глюкозы в крови у мышей также возрастали по мере того, как начиналась реакция на бой или бегство.

Напротив, мыши, которые были генетически специально сконструированы так, что они не могли вырабатывать остеокальцин или его рецептор, были полностью безразличны к стрессу. «Без остеокальцина они не реагировали сильно на предполагаемую опасность», — говорит Карсенти. «В дикой природе у них будет короткая жизнь».

В качестве заключительного теста, исследователи смогли вызвать острую стрессовую реакцию у мышей без стресса, просто вводя большое количество остеокальцина.

Полученные данные могут также объяснить, почему у животных без надпочечников и пациентов с недостаточностью надпочечников — без средств выработки адреналина или других надпочечниковых гормонов — может развиться острая реакция на стресс.

У мышей эта способность исчезла, когда мыши не могли продуцировать большие количества остеокальцина. «Это показывает нам, что уровень остеокальцина в крови достаточен для стимулирования реакции на острый стресс», — говорит Карсенти.

Физиология — новый рубеж биологии

Физиология может звучать как старомодная биология, но новые генетические методы, разработанные за последние 15 лет, установили ее как новый рубеж в науке.

Способность инактивировать отдельные гены в определенных клетках внутри животного и в определенное время привела к выявлению многих новых межорганных связей. Скелет — только один пример; сердце и мышцы также оказывают влияние на другие органы.

«Я не сомневаюсь, что есть еще много новых сигналов между органами, — говорит Карсенти, — и эти взаимодействия могут быть такими же важными, как те, что были обнаружены в начале 20-го века».

«Mediation of the acute stress response by the skeleton,» Cell Metabolism (2019). DOI: 10.1016/j.cmet.2019.08.012 , https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(19)30441-3