Исследователи ETH обнаружили неизвестный до сих пор молекулярный механизм, который управляется фруктозой и может привести к увеличению сердца и сердечной недостаточности.
«Пройдите по любому супермаркету и посмотрите на этикетки на пищевых продуктах, и вы увидите, что многие из них содержат фруктозу, часто в форме сахарозы (столового сахара)», – так Вильгельм Крек, профессор клеточной биологии в Институт молекулярного здоровья ETH Цюриха резюмирует проблему сегодняшнего питания. В частности, готовые продукты и безалкогольные напитки, но даже якобы здоровые фруктовые соки содержат фруктозу в качестве искусственной добавки – часто в больших количествах.В последние десятилетия фруктоза распространилась по пищевым рынкам из-за репутации менее вредной, чем глюкоза. В отличие от глюкозы, фруктоза практически не увеличивает уровень глюкозы в крови и секрецию инсулина. Это позволяет избежать частых всплесков инсулина после любого потребления глюкозы, которые считаются вредными. Кроме того, фруктоза на вкус слаще.
Но есть и обратная сторона: печень очень эффективно превращает фруктозу в жир. Люди, которые потребляют слишком много продуктов с высоким содержанием фруктозы, со временем могут набрать лишний вес и развить высокое кровяное давление, дислипидемию с ожирением печени и инсулинорезистентность – симптомы, которые врачи объединяют под названием метаболический синдром.
Неконтролируемый рост сердечной мышцы
В новой статье Крека и члена его команды Питера Мирчинка описывается еще один, более тревожный побочный эффект фруктозы. Исследователи обнаружили ранее неизвестный молекулярный механизм, указывающий на то, что фруктоза является ключевым фактором неконтролируемого роста сердечной мышцы, состояния, которое может привести к сердечной недостаточности со смертельным исходом. Их исследование недавно было опубликовано в журнале Nature.
Когда у человека высокое кровяное давление, сердце должно расти, так как ему труднее перекачивать кровь через систему кровообращения. Эти растущие клетки сердечной мышцы требуют значительного количества кислорода. Однако, поскольку недостаточно кислорода для адекватного обеспечения усиленного роста, клетки переключаются на альтернативный источник энергии. Вместо того, чтобы извлекать энергию из жирных кислот, они больше полагаются на анаэробный процесс, называемый гликолизом – буквально «расщепление сахаров». Если клетки сердечной мышцы могут получить доступ к фруктозе помимо глюкозы, это может вызвать фатальную цепную реакцию.
Переключатель метаболизма фруктозы
В исследовании исследовательская группа Крека демонстрирует, что недостаток кислорода в клетках сердца указывает на появление молекулы HIF. Это универсальный молекулярный переключатель, который переключается всякий раз, когда происходит патологический процесс роста, например, увеличение сердца или рак. HIF заставляет клетки сердечной мышцы вырабатывать кетогексокиназу-C (KHK-C), центральный фермент в метаболизме фруктозы. KHK-C имеет высокое сродство к фруктозе и поэтому может очень эффективно ее перерабатывать. Производство KHK-C также оказывает усиливающее действие на гликолиз. Поскольку метаболизм фруктозы не связан с регулированием отрицательной обратной связи, запускается порочный круг, который может привести к сердечной недостаточности.
Для изучения этого механизма исследователи использовали не только модели мышей, но и биологические образцы пациентов с патологическим увеличением сердца, сопровождающимся сужением аортального клапана. Образцы клеток сердечной мышцы, взятые хирургами во время операций на сердце, предоставили исследователям ETH средства для доказательства того, что такие клетки действительно содержат больше молекул HIF и KHK-C. У мышей, страдающих хроническим высоким кровяным давлением, исследователи отключили фермент KHK, который действительно подавлял увеличение сердца.
Один ген, два фермента
Еще один факт, заслуживающий внимания, заключается в том, что в организме также содержится KHK-A, фермент, очень похожий на KHK-C, за исключением того, что он плохо предпочитает фруктозу. Оба эти фермента имеют одинаковый генетический код; разница между ними заключается в том, как молекулярный режущий инструмент адаптирует их конструктивный план – их информационную РНК, которая является транскриптом соответствующего гена. В зависимости от требований, из одного и того же гена может быть сгенерирован один из двух чертежей для производства любого из двух разных ферментов. Экспертный термин для этого процесса – «альтернативное сращивание». Крек объясняет: «Около 95 процентов всех генов человека альтернативно сращиваются. Это основной способ создания необычайного разнообразия белков, ферментов и регуляторов в организме человека.’
Обычно в первую очередь клетки печени производят фермент KHK-C, благоприятный для фруктозы; другие органы производят почти исключительно KHK-A. Теперь исследователи ETH впервые показывают, что даже такой орган, как сердце, способен вырабатывать KHK-C, более эффективный из двух ферментов, если он подвергается воздействию патогенных стрессовых факторов. В процессе HIF активирует молекулярный режущий инструмент или фактор сращивания SF3B1. Эта молекула часто генетически изменена при многих типах рака, что, возможно, указывает на то, что фруктоза может повлиять даже на рост рака.
Нормальное потребление фруктов безопасно
Большое количество фруктозы добавляют во многие продукты, но особенно в сладкие и безалкогольные напитки. Эта практика привела к увеличению потребления кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы на душу населения в США в период с 1970 по 1997 год с 230 граммов в год до более 28 килограммов.
Но Мирчинк заверяет, что ежедневное употребление нормального количества фруктов безопасно и полезно. «Помимо фруктозы, фрукты содержат множество важных микроэлементов, витаминов и клетчатки», – говорит он. Однако людям следует избегать излишне сладких безалкогольных напитков и фруктовых соков – в них часто добавляют сахар, – а также готовых блюд и других продуктов, в которые добавлено большое количество фруктозы в качестве носителя вкуса. «Именно этот избыток фруктозы может помочь запустить описанный нами механизм, если присутствует один из стрессовых факторов, например, заболевание сердечного клапана или высокое кровяное давление», – подчеркивает Мирчинк.