Клетки нашего тела окружены сложной сетью из сахаров. Эта сладкая оболочка, называемая гликокаликсом, играет ключевую роль в защите клеток, их взаимодействии и даже в том, как мы стареем.
Изменения в «сахарной броне» связаны с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, и аутоиммунными расстройствами, вроде ревматоидного артрита.
Давайте разберёмся, как работает гликозилирование и почему оно так важно для нашего здоровья.
Что такое гликозилирование и чем оно отличается от гликирования
Это процесс прикрепления сахарных молекул, или гликанов, к белкам и липидам. Он происходит постоянно, и в здоровом организме, и при болезнях (например, диабете).
Гликаны помогают клеткам распознавать друг друга и защищают их от внешних угроз.
С возрастом эта система дает сбои: гликаны могут прикрепляться не туда или изменяться по структуре. Это связано с рядом возрастных проблем — от ослабления защитных барьеров мозга до хронических воспалений и ухудшения иммунного ответа.
Не путаем гликозилирование с гликированием!
Представьте, что в теле есть два способа «приклеить» сахар к белкам:
Гликозилирование — аккуратный работник с клеем. Делает всё по инструкции. В результате белки и липиды работают правильно.
Гликирование — малыш с вареньем вместо клея. Мажет им белки как попало. В результате происходит случайное «склеивание» глюкозы с белками.
Избыточное потребление простых сахаров ведёт к гликированию, и может нарушать баланс гликозилирования, активируя воспалительные пути.
Исследования, проведённые в Стэнфорде и других научных центрах, показывают, что гликозилирование может быть ключом к пониманию старения и даже к разработке новых методов лечения.
«Это как приземлиться на новой планете», — говорит лауреат Нобелевской премии Кэролин Бертоцци, профессор химии и директор Baker Family в Sarafan ChEM-H. «Мы впервые выходим за пределы и пытаемся понять, что там».
Гликокаликс: сладкая защита мозга
Мозга окружён защитным гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). Этот барьер фильтрует вещества, поступающие из крови, пропуская только необходимые и «отсекая» вредные.
Ключевую роль в его работе играет гликокаликс — слой сахаров, покрывающий клетки сосудов мозга.
София Ши, аспирантка Стэнфордского университета, сравнивает гликокаликс с лесом:
«В молодом, здоровом мозге этот лес пышный и процветающий. Но в стареющем мозге он становится редким, неровным и разрушенным».
Её исследование, опубликованное в журнале Nature 26 февраля, показало, что с возрастом в гликокаликсе мышей уменьшается количество муцинов — белков, покрытых сахарами.
Это приводит к тому, что ГЭБ становится «дырявым», и вредные вещества проникают в мозг. В результате возникают воспаления, которые могут ускорять когнитивный спад и способствовать развитию болезней, таких как Альцгеймер.
Когда учёные восстановили уровень муцинов у пожилых мышей, ГЭБ стал прочнее, воспаление уменьшилось, а когнитивные функции улучшились.
«Модуляция гликанов оказывает большое влияние на мозг — как отрицательное при старении, когда эти сахара теряются, так и положительное, когда они восстанавливаются», — отмечает Ши.
А могут ли подобные изменения происходить и в человеческом мозге? Ответ на этот вопрос может открыть новые пути для лечения нейродегенеративных заболеваний.
Понимая роль гликокаликса, ученые могут открыть лучшие способы доставки лекарств в мозг, что даст надежду на лечение заболеваний от рассеянного склероза до рака мозга.
Как изменяется гликозилирование в молодости и старости
У молодых здоровых людей гликаны работают «как часы», обеспечивая точную настройку клеточных взаимодействий. Они участвуют в иммунных реакциях, помогают клеткам прикрепляться к тканям и даже регулируют воспаление.
Но в пожилом организме происходят изменения в структуре гликанов:
- уменьшается количество галактозилированных и сиалированных форм, а агалактозилированные структуры, наоборот, накапливаются.
- Это влияет на функции белков, таких как иммуноглобулин G (IgG), который играет важную роль в иммунной системе.
«Уменьшение галактозилированных гликанов напрямую связано со старением и активацией иммунитета», — отмечают учёные, изучающие состав сыворотки крови.
Эти изменения влияют на способность клеток поддерживать гомеостаз, восстанавливаться после повреждений и противостоять болезням.
Например, снижение галактозилирования IgG связано с усилением воспалительных процессов, которые могут подпитывать такие заболевания, как ревматоидный артрит или диабет 2-го типа.
Но как именно гликозилирование связано с этими процессами? Чтобы ответить, нужно заглянуть внутрь клетки, в её «производственный цех» — эндоплазматический ретикулум.
Гликаны и возрастные заболевания: от артрита до Альцгеймера
С возрастом изменения в гликозилировании затрагивают не только мозг, но и другие системы организма.
Рассмотрим несколько ключевых примеров:
Ревматоидный артрит (РА): у пациентов с РА наблюдается снижение галактозилирования IgG, что коррелирует с тяжестью заболевания. Более того, изменения в гликозилировании начинаются за годы до появления симптомов, что делает их потенциальным маркером для ранней диагностики.
Болезнь Альцгеймера (БА): это нейродегенеративное заболевание, при котором нейроны постепенно погибают, приводя к потере памяти и когнитивных функций. С возрастом сахарная оболочка клеток гематоэнцефалического барьера истончается.
Вредные молекулы проникают в мозг, вызывая воспаление, которое подпитывает прогрессирование БА.
Диабет 2-го типа: у пациентов снижен уровень агалактозилированных гликанов. А уровень высоковетвистых и трисиалированных гликанов повышен. Это подтверждает, что гликаны могут быть маркерами не только старения, но и метаболических нарушений.
Метаболический синдром (высокое давление, лишний вес, нарушение обмена сахара) также связан с гликозилированием. У женщин с этим синдромом повышен уровень агалактозилированных и триантенных гликанов, а моногалактозилированных — снижен. Физическая активность помогает частично исправить эти изменения.
Эти изменения в гликозилировании отражают возрастные изменения в работе клеток. Они постепенно теряют способность эффективно справляться со стрессом и восстанавливаться. Но есть ли способ замедлить эти процессы?
Гликозилирование: роль образа жизни
Питание, минимизирующее окислительный стресс и воспаление, может замедлить возрастные изменения гликанов.
Диеты
- Средиземноморская диета: включает оливковое масло, орехи, жирную рыбу, овощи и фрукты, богатые полифенолами.
- Диета с высоким содержанием флавоноидов: цитрусовые, ягоды, зеленый чай и какао.
- Продукты, богатые витамином C и E: болгарский перец, шпинат, миндаль и авокадо.
Диета влияет на микробиом кишечника, который также участвует в метаболизме гликанов. Исследования показали, что в кишечнике долгожителей (старше 100 лет) доля биосинтеза N-гликанов выше, чем у обычных пожилых и взрослых людей.
«Биосинтез N-гликанов может быть связан со стабильностью микробиома кишечника у долгожителей», — отмечают исследователи.
Диета, богатая клетчаткой (например, цельнозерновые продукты, бобовые, овощи), поддерживает здоровый микробиом, который способствует синтезу гликанов, важных для иммунной регуляции и регенерации тканей.
Физическая активность
- Умеренные аэробные нагрузки: ходьба, плавание, езда на велосипеде помогают снижать воспаление и улучшать метаболизм.
- Умеренные силовые тренировки способствуют регуляции уровня сахара в крови и поддержанию мышечной массы.
- Йога и растяжка помогают снизить уровень стресса, который также влияет на процессы гликозилирования.
Рекомендуется уделять физической активности не менее 150 минут в неделю, разделенных на 5 тренировок.
Заключение
Гликозилирование — это сложная система, которая влияет на старение, здоровье мозга и иммунную систему. Возрастные изменения в этой системе приводят к ослаблению защитных барьеров, усилению воспаления и развитию заболеваний, от Альцгеймера до ревматоидного артрита.
Исследования показывают, что поддержание правильного гликозилирования — через питание, физическую активность или новые терапевтические подходы — может замедлить эти процессы.
Например, анализ гликанов IgG уже используется для оценки риска РА и эффективности терапии, а маркеры вроде GlycoAgeTest помогают определять биологический возраст.
В будущем манипуляции с гликокаликсом могут улучшить доставку лекарств в мозг, а восстановление нормального гликозилирования — замедлить прогрессирование возрастных болезней.