Физиологические процессы в организме человека и его поведение организованы в 24-часовой цикл. Циркадные ритмы характерны практически для всех организмов и, предположительно, представляют собой эволюционное преимущество. Так, человек физиологически приспособлен для активности и приема пищи на протяжении дневного времени и для голодания и восстановления сил — на протяжении ночи.
Циркадные ритмы являются эндогенными, устойчивыми к изменениям окружающей среды или поведения на протяжении дня и ночи. Силу циркадных ритмов наилучше всего демонстрирует тот пример, когда поведение человека следует «ошибочному» времени в соответствии с внутренними часами. К примеру, при смене часового пояса человек вынужден есть и спать в несвойственное время циркадной фазы, что часто вызывает тошноту и чувство усталости. У лиц, работающих ночью, практически всегда выявляют симптомы хронического нарушения циркадного ритма, которые могут включать бессонницу, болезни сердечно-сосудистой системы, артериальную гипертензию и сахарный диабет (Suwazono Y. et al., 2008). Тем не менее ряд недавних исследований показывает, что синтетические агенты могут изменять циркадные ритмы (Solt L.A. et al., 2012).
У млекопитающих центральный водитель суточного ритма расположен в супрахиазменных ядрах гипоталамуса, ответственных за большинство циркадных ритмов в физиологических процессах и поведении. Молекулярные часы этой структуры вовлечены в последовательность событий, формирующих транскрипционно-трансляционный механизм обратной связи (механизм, в котором трансляция белка ингибирует при помощи прямых или непрямых механизмов транскрипцию гена, кодирующего данный белок). Эта последовательность событий продолжительностью приблизительно 24 ч включает колебание экспрессии ключевых белков, таких как CLOCK, BMAL1, PER, CRY и NPAS2. Существуют 2 ядерных рецептора, известные как REV-ERB-α и REV-ERB-β, помогающие регулировать колебания BMAL1 и CLOCK, тем самым модулируя циркадную ритмику. Периферические клетки и ткани содержат те же самые молекулярные часы и периферические ритмы и обычно согласованы с центральным водителем ритма через неспецифические нервные, гуморальные и температурно-зависимые влияния. Как эта синхронизация работает в организме, до конца не выяснено.
Циркадные метаболические ритмы являются одними из наиболее важных для млекопитающих. В вышеприведенном исследовании L.A. Solt и соавторов (2012) показано, что связывание REV-ERB лигандами приводит к изменению экспрессии генов, регулирующих обмен липидов и глюкозы, а блокирование REV-ERB вызывает гипергликемию. Исходя их этого, исследователи разработали компоненты под кодовыми названиями SR9009 и SR9011 (оба — синтетические антагонисты REV-ERB-α и REV-ERB-β). Результаты были подобны для SR9009 и SR9011. В большой серии экспериментов in vitro показано, что данные антагонисты влияют на молекулярные часы (через ингибирование экспрессии BMAL1) и уменьшают амплитуду циркадно-ритмических колебаний в супрахиазменных эксплантах и фибробластах. Перинатальные инъекции этих антагонистов мышам во время темноты сильно угнетали локомоторную активность на протяжении биологической ночи, когда мыши в норме должны быть активны (оба антагониста выявлены в крови и мозгу после инъекции). Исследователи также обнаружили четкое изменение амплитуды и фаз циркадных ритмов в различных механизмах обратной регуляции транскрипции-трансляции в гипоталамусе. Авторы заметили, что эффект SR9009 и SR9011 в отношении локомоторной активности и функций молекулярных часов гипоталамуса были сильно смягчены, если мыши находились в нормальных условиях дня и ночи, что дало возможность предположить, что солнечный свет нивелирует либо оказывает влияние на эффект введенных средств.
Что самое интересное, исследователи показали, что антагонисты способны снижать массу тела мышей в результате уменьшения жировых отложений (впоследствии это было подтверждено в исследовании с применением плацебо). В процессе исследования авторы вводили инъекции антагонистов страдающим ожирением мышам на протяжении 12 дней. Это привело к снижению массы тела на 60% по сравнению с мышами, получавшими плацебо, уменьшению жировой ткани и улучшению метаболического профиля, включая снижение уровня триглицеридов в плазме крови, общего холестерина, неэстерифицированных жирных кислот, глюкозы и инсулина. Также зафиксировано снижение уровня лептина (гормон, который вырабатывается в жировой ткани и, воздействуя на структуры гипоталамуса, вызывает чувство насыщения) на 80%. В дальнейшем обнаружено, что инъекции синтетических REV-ERB-антагонистов уменьшают уровень триглицеридов и общего холестерина даже у мышей с нормальной либо сниженной массой тела. Снижение массы тела, вероятно, достигалось путем увеличения базального метаболизма, при этом имело место даже с учетом того, что активность мышей снизилась на 15%, а потребление пищи выросло на 10%.
Впоследствии авторы определили экспрессию молекулярных часов и метаболических генов отдельно в мышцах, печени и белой жировой ткани после однократной инъекции синтетических REV-ERB-α- и REV-ERB-β-антагонистов. Они выявили эффект снижения уровня экспрессии липогенных генов в печени и повышения уровня ферментов, ответственных за окисление глюкозы и жирных кислот, и транспорта жирных кислот в мышечную ткань. В белой жировой ткани экспрессия генов, вовлеченных в накопление жиров, была сравнительно низка. Эти результаты согласуются с супрессией синтеза жиров, холестерина и желчных кислот в печени, повышением окисления глюкозы и жирных кислот в скелетной мускулатуре и снижением синтеза триглицеридов в белой жировой ткани.
Фактически, авторы предложили ясную модель фармакологической регуляции избыточной массы тела с использованием субстанций, влияющих на циркадный ритм. Физиологический эффект предполагает захватывающие потенциалы использования этих субстанций у человека, хотя на сегодняшний день остается много нерешенных вопросов. Прежде всего, динамика фармакоэффекта в разных тканях, вероятно, будет нелинейной. Также важно определить — будут ли получены такие же или различные эффекты при инъекциях в различное время дня и ночи. Помимо этого, практически нет данных о влиянии препаратов при нарушениях циркадного ритма при ночной работе или смене часовых поясов во время авиапутешествия. Кроме того, мыши — ночные животные, в то время как человек проявляет дневную активность, поэтому, предположительно, REV-ERB-α и REV-ERB-β могут оказывать различное действие на них. Остается открытым и вопрос о побочных эффектах. Так, отмечено, что у мышей введение синтетических антагонистов снизило ночную активность, поэтому непонятно, каких побочных эффектов применения подобных препаратов можно ожидать у человека. Наконец, неизвестны механизмы передачи сигналов от центральных молекулярных часов к периферическим тканям.
- Solt L.A., Wang Y., Banerjee S. et al. (2012) Regulation of circadian behaviour and metabolism by synthetic REV-ERB agonists. Nature, 485(7396): 62–68.
- Suwazono Y., Dochi M., Sakata K. et al. (2008) A longitudinal study on the effect of shift work on weight gain in male Japanese workers. Obesity (Silver Spring), 16(8): 1887–1893.
Евгений Гордейчик
