Автор: Келли из Pexels
В исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Immunology, исследователи из Центра медицинских наук по исследованию сна, циркадных ритмов и нейронауки Университета Аризоны изучили влияние нарушения циркадного ритма на легкие. Они обнаружили, что почти каждая клетка в организме отслеживает время.
«У нас есть главные часы в середине мозга, но у нас также есть генные часы почти в каждой клетке тела», — сказал Сайрам Партасарати, доктор медицины, директор Центра исследований сна, циркадных ритмов и нейронауки при Университете Аризоны. «У каждого типа клеток свой ритм. Это касается клеток печени, клеток мозга, белых кровяных телец и так далее. Мы начинаем лучше понимать молекулярные механизмы, стоящие за всем этим, и это захватывающе».
Ритм, о котором говорит Партасарати, — это циркадный ритм, физические, умственные и поведенческие изменения, которые происходят в естественном 24-часовом цикле. Циркадный ритм координирует многие биологические процессы, включая выработку гормонов, пищеварение и температуру тела.
Поддержание всего в синхронизации
Циркадный ритм помогает синхронизировать системы органов тела и регулировать иммунную систему. Это как симфонический оркестр, где все отдельные ноты музыкантов работают вместе, создавая классическую музыку. Если один из них выходит из ритма, последствия могут повлиять на всю группу.
На циркадный ритм влияют несколько факторов, включая стресс, физическую активность и прием пищи; однако свет и темнота играют самую большую роль.
Нарушение циркадного ритма происходит, когда внутренние часы организма не синхронизированы с окружающей средой. Больницы, и особенно отделения интенсивной терапии, являются основным источником нарушения циркадного ритма из-за постоянного освещения и частых визитов врачей, медсестер и медицинских ассистентов. Это может быть вызвано привычками сна, сменной работой или поездками.
«Смена часовых поясов оскорбляет циркадные часы нашего организма, летая быстрее, чем наше тело может адаптироваться», — сказал Партасарати, профессор и руководитель отделения пульмонологии, аллергии, интенсивной терапии и медицины сна на медицинском факультете Медицинского колледжа Университета Альберты в Тусоне. «Тело теряет синхронизацию с окружающей средой и с самим собой, потому что разные системы возвращаются в нормальное состояние с разной скоростью. В течение нескольких дней желудочно-кишечная система, иммунная система, печень и другие системы работают в разных ритмах и не взаимодействуют друг с другом нормально».
Предыдущие исследования Северо-Западного университета выявили связь между нарушением циркадных ритмов и барьерной функцией кишечника. Партасарати, пульмонолог, чьи научные интересы включают нарушение дыхания во сне и неинвазивную вентиляцию легких, хотел узнать, можно ли увидеть подобный эффект в легких.
Рассинхронизация
Для исследования ученые использовали графики освещения, чтобы нарушить циркадный ритм мышей, по сути, вызывая у них джетлаг. Они также использовали липополисахариды, которые являются частью внешней мембраны некоторых типов бактерий, чтобы имитировать острое повреждение легких.
Когда они вызывали нарушение циркадного ритма, первое, что они наблюдали, было усиление острого воспаления легких из-за обострения иммунного ответа. Воспаление — это иммунный ответ на такие вещи, как травма или токсины, и Партасарати сказал, что иммунно-циркадная связь особенно сильна.
«Когда мы просыпаемся и готовимся ко сну, вокруг больше иммунных клеток», — сказал Партасарати, добавив, что клеточный аппарат циркадного ритма также включает части клеток, которые регулируют воспаление. «Это исследование показывает, что даже просто из-за смены часовых поясов ваши легкие могут быть более воспаленными и более уязвимыми к травмам».
Помимо усиления воспаления, это исследование стало первым случаем, когда исследователям удалось показать повышенную проницаемость легких из-за циркадной дезорганизации и определить нарушение регуляции генов, вовлеченное в этот процесс.
У клеток есть цитоскелет, который придает клетке ее форму и структуру. В эпителиальных клетках легких, которые помогают создавать легочный барьер, гены регулируют белки цитоскелета, которые играют важную роль во многих клеточных функциях, включая поддержание формы клеток и регулирование подвижности клеток. Исследователи обнаружили, что определенные гены, участвующие в регуляции цитоскелета, были значительно изменены во время нарушения циркадного ритма и моделей острого повреждения легких.
«Мы обнаружили, что эти гены актин-цитоскелета по-разному экспрессируются в присутствии липополисахарида, который вызывает проницаемость легочных капилляров и острое повреждение легких, и они изменяются в избытке из-за нарушения циркадного ритма», — сказал Партасарати.
Когда эти гены были изменены, структура и форма эпителиальных клеток легких, вероятно, изменились, создав щели в легочном барьере, через которые жидкость проникала в легкие.
«Мы знаем, что острое повреждение легких вызывает утечку легочного барьера и воспаление. При наличии нарушения циркадного ритма оно еще больше усугубляется», — сказал Партасарати. «Увеличивается утечка и усиливается воспаление. Это означает, что при определенном уровне повреждения легких мы будем больше затапливать легкие и сильнее их воспалять, создавая нарушение циркадного ритма просто по времени освещения».
Результаты исследования в конечном итоге могут привести к изменениям в подходах к уходу за пациентами в больницах. В то же время это исследование продвигает понимание клеточных последствий, возникающих в результате нарушения циркадного ритма.
«Изучая молекулярные механизмы, мы, возможно, однажды найдем лекарственные мишени, которые смогут защитить пациентов от последствий нарушения циркадного ритма и позволят им более эффективно выздоравливать», — сказал Партасарати.
Партасарати находится на ранних стадиях разработки исследования, в ходе которого исследователи воспроизведут среду отделения интенсивной терапии в Центре исследований сна, циркадных ритмов и нейронауки, чтобы определить, какая часть нарушения циркадного ритма обусловлена окружающей средой, а какая может быть отнесена к основному заболеванию.
Дополнительная информация: Нэнси Г. Казанова и др., Циркадное нарушение нарушает регуляцию экспрессии генов в легких, связанную с воспалительным повреждением легких, Frontiers in Immunology (2024). DOI: 10.3389/fimmu.2024.1348181
Информация о журнале: Frontiers in Immunology Предоставлено Университетом Аризоны
