Дейтерий, вода и кето-диета

Дейтерий – стабильный изотоп водорода. Водород состоит из 1 протона и 1 электрона, дейтерий же состоит из 1 протона, 1 нейтрона и 1 электрона. Он иногда образуется при взаимодействии двух атомов водорода.

Физические свойства дейтерия и воды с содержанием дейтерия (HDO, D2O) будут несколько отличаться.

Дейтерий обладает большей массой и иным спином, чем традиционный водород, поэтому вода, где вместо водорода у нас дейтерий связан с кислородом, будет отличаться по своим физических характеристикам.

За счёт иных физических параметров дейтерий будет воздействовать на метаболизм всего организма. Обычно это объясняется такими феноменами как кинетический изотопный эффект и химический изотопный эффект.

В частности, дейтерий образовывает более сильные гидрофобные связи, чем водород. Что прекрасно известно в фармацевтической промышленности, где дейтерий используют, например, для увеличения продолжительности действия лекарства (пример – мнн deutetrabenazine).

Дейтерий и продолжительность жизни

На скриншоте наш экс-соотечественник Роман Зубарев на примере кишечной палочки демонстрирует как дейтерий влияет на скорость роста организма.

Концентрация дейтерия в клеточной воде примерно 155 частиц на миллион (ppm) [частиц водорода].

Из его выступления можем сделать вывод, что у живой клетки есть некое оптимальное окно концентрации дейтерия. И при повышении концентрации дейтерия происходит скачек роста. Применительно к нам это означает более быструю смерть (хотя бы только за счет того, что теломеры могут делиться лишь конечное число раз, то есть наша ДНК не может реплицироваться вечно) и метаболические проблемы (вплоть до рака).

Основа всей выработки энергии: вращение АТФ-синтазы за счет H+ градиента. Более тяжелый D+ будет замедлять вращение АТФ-синтазы, соответственно снижая выработку АТФ. Снижение дыхательной функции митохондрий (то есть снижение выработки АТФ в процессе окислительного фосфорилирования) приводит нас прямиком к теме рака как метаболической болезни.

Дейтерий и метаболизм

Чтобы не растекаться мыслью по древу:

  • Дейтерий за счет иных физических свойств оказывает иной физический и химический эффект в том числе на ДНК и NADPH (мощный клеточный восстановитель, redox);
  • Соотношение D/H влияет химический связи и такие эффекты как протонный туннелинг, что в итоге имеет ряд последствий, начиная с немного отличных свойств D2O воды, заканчивая воздействием на структуру и функции сигнальных белков, отвечающих за рост;
  • Снижение концентрации дейтерия – замедление роста, повышение – ускорения роста;

Дейтерий, цикл Кребса, пентозо-фостатный пусть и кето-диета

дейтерий

Примечательно, что жировые кислоты содержат меньшее количество дейтерия [8, ссылки 42-44 в 2].

Цифра – цифра на картинке в красном блоке

  1. Очищение от дейтерия происходит за счет оксидации жировых кислот [с пониженным содержанием дейтерия]. Этот же эффект достигается при активации комплекса 2 митохондрий (голодание, кето).
  2. Повторное использование «легкой воды» происходит в цикле Кребса во время формирования цитрата, изоцитрата, малата;
  3. За счет изменения гидрофобных/гидрофильных взаимодействий дейтерий влияет на стабильность ДНК;
  4. Глюконеогенез также приводит к образованию углеродных соединений с пониженной концентрацией дейтерия;
  5. Когда клетка демонстрирует эффект Варбурга ([пре]раковая клетка, подавленное дыхание, которое компенсируется ферментацией), она теряет возможность самостоятельно «очищать» свою воду от дейтерия. Последствием может быть урон ДНК, например. Стратегий снижения концентрации дейтерия становится при подавленной бета-оксидации питье воды с низким содержанием дейтерия (в исследованиях 40-60 ppm).

Выводы:

  • Дейтерий, тяжелая вода и их влияние на метаболизм – интереснейшая и глубокая тема, которую я лишь немного поскреб; тема на стыке физики, химии и биологии, что усложняет ее понимание и потенциальную «популярность» в современной крайне специализированной науке;
  • Дейтерий в повышенной концентрации означает для нас более быстрое старение;
  • Жиры – источник пищи с пониженной концентрацией дейтерия;
  • Организм «очищает» воду матрикса митохондрий во время бета-оксидации, некоторых шагов цикла Кребса и глюконеогенеза.
  • В раковой клетке подобное очищение подавлено, а повышенная концентраций дейтерия будет способствовать росту злокачественной опухоли. Пить воду с низкой концентраций дейтерия (40-60 ppm) – альтернативная и дополнительная метаболическая терапия.

Источники:

  1. Impact of kinetic isotope effects in isotopic studies of metabolic systems
  2. Submolecular regulation of cell transformation by deuterium depleting water exchange reactions in the tricarboxylic acid substrate cycle
  3. Dipole moment of water from Stark measurements of H2O, HDO, and D2O
  4. Cancer, Ketogenic Diet, Deuterium Depletion & Metabolic Tracing – Dr. Laszlo G. Boros (видео)
  5. Deuterium Depletion Conference 2015. presentations (видео)
  6. Isotopic Resonance Hypothesis: Experimental Verification by Escherichia coli Growth Measurements
  7. H/D isotope effects in hydrogen bonded systems
  8. Natural deuterium distribution in fatty acids isolated from peanut seed oil: a site-specific study by quantitative 2H NMR spectroscopy
Поделиться:

NAD+ как основной клеточной механизм кето-диеты

NAD+ – это окисленная форма Никотин-амидаденин-динуклеотида (NAD), чья восстановленная версия обозначается как NADH, окисленная как NAD+. Сегодня обсудим:

  • Роль Сиртуина 1 (SIRT1), как мощнейшего регулятора метаболизма (в том числе и бета-оксидации);
  • NАD+ как способ активации SIRT1;
  • Роль кетогенной диеты в активации оси NAD+ > Sirt1 > метаболические изменения;

Сиртуин 1 – мощнейший регулятор клеточного метаболизма

Тему я аккуратно начал в заметке по миметики физической нагрузки. Разберу подробней SIRT1.

Рисунок выше, Сиртуин 1 состоит из 747 аминокислот. NLS – ядерная локализация, NES – ядерные эскпортационные сигналы, P – места фосфорилирования, S – место посттрансляционной модификации SUMO-белками.

Резюмирую выводы о структуре:

  • Белок SIRT1 может проявлять себя как в ядре, так и в цитоплазме клетки;
  • Каталитическая основа величиной в 240 аминокислот с N- и C-терминалами по всей поверхности говорят об значительном потенциале воздействия белка; Остальное разберем по ходу заметки.

SIRT1 – это NАD+ активируемая деацитилаза, действующая в ответ на сигнал недостатка нутриентов. SIRT1 запускает адаптации организма к голоду. Недостаток нутриентов – это несбалансированное соотношение АМФ/АТФ, что априори будет транслироваться повышенным соотношением NАD+/NADH.

Ядерные эффекты SIRT1 (деацетилирование целевых генов приводит к изменению их выраженности):

p53 – антиопухолевый ген, который снижает смертность от рака;

PGC-1α – который запускает процессы митохондриального биогенеза, переключения с углеводов на бета-оксидацию жиров, контролирует анаболизм жира, модулирует роль инсулина и многое другое – наш кето-проводник в контексте заметки; если которого, то стимуляция кислородного дыхания (окислительного фосфорилирования).

Ключевой механизм запуска бета-оксидации и сопутствующих адаптаций к голоду является ось: повышенное соотношение NАD+/NADH > SIRT1 > PGC-1α.

FOXO гены связаны с продолжительностью жизни, их деацетилирование увеличивает продолжительность жизни за счет адаптации к недостатку нутриентов;

CRT2С2 запускает процесс глюконеогенеза; при этом важно помнить, что глюконеогенез потребляет АТФ, что не самая лучшая долгосрочная стратегия, поэтому это саморегулирующийся процесс; Известные многим адептам кето PEPCK и G6P-гены, контролирующие глюконеогенез, активируются (и саморегулируются) осью NАD+ > SIRT1 > CRTCs

Liver C Receptor (LXR) и FOXO блокируют анаболизм жира; С анаболизма на катаболизм жира нас переключает сигнал NAD+ > SIRT1 > PGC1-α > LXP > SREBP-1

Цитозольный цели SIRT1:

AceCS-1 стимулирует расщепление ацетата до ацетил Кофермента А (субстрат для цикла Кребса);

eNOS – расширения кровеносных сосудов для улучшенной доставки нутриентов; То есть дефицит нутриент способствует доставки источников энергии в ткани;

Atgs белки – участвуют в процессе аутофагии.

Пара вещей, чтобы не растягивать заметку:

  • SIRT1 KO-мыши умирали после рождения;
  • У людей с ожирением концентрация SIRT1 снижена;
  • Посттрансляционная модификация (СУМО-илирование) SIRT1 происходит при УФ радиации или повышенной концентрации H2O2 (пероксид водорода, реактивный вид кислорода);

Промежуточный вывод: SIRT1 – ключевой [известный нам] регулятор клеточного метаболизма в ответ на недостаток нутриентов. Изменения белков митохондрий или внешнее воздействие активируют и деактивируют SIRT1, что значимо влияет на адаптацию организму к метаболическому стрессу.

Общие лейтмотивы: окисление жиров, биогенез митохондрий, долголетие, сниженная смертность от метаболических болезней.

NAD+ и кето-диета

SIRT1 активирует повышенное соотношение NAD+/NADH.

Хочу напомнить вам белковые структуры дыхательной цепи переноса электронов и путь жиров и углеводов в дыхательной цепи. В результате полной прокрутки цикла Кребса мы получаем 3 NADH, 1 FADH2. NADH начинают свой путь в Комплексе 1, FADH2 в комплексе II.

Соотношение создаваемых NADH/FADH2 у молекулы глюкозы 5:1, у жиров (в зависимости от длины) примерно 2:1. Повышенное образование NADH при метаболизме глюкозы требует восстановление NAD+. Глюкоза потребляет большее NAD+, мешая тем самым активации SIRT1 и других NAD+ зависимых белков. Глюкоза восстанавливает 111 молекул NAD+ на 1000 созданных АТФ, кетоны восстанавливают лишь 41 NAD+ на 1000 созданных АТФ.

В догонку к этому кето-диета со временем подавляет комплекс I, что как минимум не будет вредить аккумуляции NAD+.

NAD+ > SIRT1 метаболическая ось является основным механизмом действия кето-диеты.

Очевидный вывод: чтобы получить максимум «бонусов» кето-диеты надо недоедать, а совсем не нужно обжираться.

Периодическое голодание, ограничение питания по времени, некоторые фармацевтические препараты делают тоже самое – увеличивают соотношение NAD+/NADH, активируя SIRT1 и запуская каскад адаптаций, положительно сказывающихся на нашем здоровье.

NAD+: синтез, способы повышения, эффекты на здоровье

Ситуация фармакологической имитации голода звучит еще смешнее, чем имитация солнечного света, но с практической точки зрения исследователям надо как-то воздействовать на NAD+, чтобы от теории дойти до действенных рекомендаций.  Поэтому стоит рассмотреть синтез NAD+, на что мы можем влиять, и к чему это воздействие может привести.

Прекурсоры NAD+:

  • Никотинамид (NAM);
  • Никотиновая кислота (NA);
  • Триптофан (Trp);
  • Никотинамид рибосид (NR);
  • Никотинамид мононуклеотид (NMN);

NAM и NAM вместе это ниацин, витамин B3: Яйца, рыба, мясо, молочка, некоторые овощи и зерновые. Молоко источник NR. NMN есть в различной пище, в том числе брокколи, авокадо, говядина.

В еде самой по себе может быть NAD+, который расщепится до прекурсоров, которые будут затем положительно влиять на синтез NАD+. Микробиота в очередной раз говорит нам привет, потому что от нее во многом зависит усвоение NR и NMN.

С прекурсорами много вопросов. В разных тканях одни выражены сильнее других. Например, NA более стабильный прекурсор для почек, NAM для печени. И так как это активное поле исследований без четкого понимания дозировок/эффектов, но я позволю себе не говорить на тему усиления NAD+ > SIRT1 оси за счет добавок.

NAD+

Рисунок выше. Пути биосинтеза NАD+. Первый. De novo (с нуля) из триптофана. Второй Preiss-Handler pathway, также de novo. Из никотиновой кислоты. И третий. Разложение и повторное использование. Отсылаю всех к источнику [4] за большими подробностями.

Важно понимать, что NАD+ активирует не только Сиртуины. Но еще и:

  • ADP-ribosyltransferases, including poly(ADP-ribose) polymerases (PARPs);
  • cyclic ADP-ribose synthases (cADPRSs)

Одна из гипотетический стратегий поднятия NАD+ – уменьшение потребление NAD+ другими ферментами. Также можно блокировать комплекс I (метформин и другие бигуаниды) и, судя по всему, ресвератрол тоже мешает работе белковых комплексов митохондрий [5].

Но я не сторонник снижения эффективности дыхательной цепи переноса электронов, так как это может негативно сказаться, например, на мышечной массе. Потеря которой является одним из основных признаков старения.

Во время старения концентрация NАD+ снижается: за счет повышенного «спроса» организма на NАD+ и/или за счет ухудшенного синтеза. На текущий момент есть 2 признака здорового долголетия: низкое количество воспалительных процессов и недобор калорий. Ось NАD+ > SIRT1 вполне объясняет второй вариант.

В конце я хочу привести скрины исследования [4].

Известные положительные эффекты и механизмы действия NAD+ прекурсоров

NAD+ и отличительные признаки старения

Выводы

  • Ключевой клеточный механизм кето-диеты – ось NАD+ > SIRT1;
  • SIRT1 регулирует как выраженность тех или иных генов, так и процессы в цитозоле клетки: бета-оксидация жиров, анаболизм жира, глюконеогенез, биогенез митохондрий и многое-многое другое;
  • Чтобы получить все эти бонусы во время кето-диеты – надо недоедать;
  • Вне кето-диеты стратегия недоедания, периодического голодания и ограничения питания по времени дает схожий эффект;
  • Синтез NАD+ можно попытаться усилить прекурсорами, но пока это во многом terra incognita без четкого понимания принимаемого и эффектов.

Источники:

  1. Ketone-Based Metabolic Therapy: Is Increased NAD+ a Primary Mechanism?
  2. Targeting SIRT1 to improve metabolism: all you need is NAD+?
  3. NAD+ in aging, metabolism, and neurodegeneration
  4. NAD+ in Aging: Molecular Mechanisms and Translational Implications
  5. Effects of resveratrol on the rat brain respiratory chain
Поделиться:

Миметики физической нагрузки

Миметики физической нагрузки – это различные молекулы, чьи применение отчасти имитирует эффект физических упражнений.

Exercise Mimetics: Impact on Health and Performance

Вводная часть немного пересекается с заметкой про рак как метаболическую болезнь.

Физические упражнения известные своей способностью предотвращать и смягчать метаболические проблемы: диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания. Иногда нагрузка дает результат, превышающий по эффективности лекарства.

Механизм действия в данном случае – гормезис. Незначительный вред, который вызывает адаптацию организма к нагрузкам, что положительно сказывается на метаболической функции организма в целом.

Самый примечательный эффект физкультуры – биогенез митохондрий в мышцах (чтобы обеспечить их возросшую энергетическую потребность) и для аэробных нагрузок – это сдвиг метаболизма в сторону окисления жиров. Это перекликается с подходом Силуянова (и далеко не только его): гликолитическими и окислительными волокнами, где в последних значительно больше митохондрий.

Миметики физической нагрузки – это молекулы, принятие которых позволяет отчасти сымитировать подобные процессы мышечной адаптации.

Миметики могут быть полезны: людям с ограниченной подвижностью и [потенциально] для соревнующихся спортсменов.

Миметики физической нагрузки и сигналы клеточной адаптации к нагрузкам

миметики физической нагрузки

Во время упражнений мы расходуем АТФ. При переносе электрона с комплекса 1 NADH конвертируется в NAD+, что само по себе способствует насыщению клетки кислородом, а заодно и активирует метаболические стресс-сигналы. Допустим, АМФ-активируемую протеинкиназа (AMPK) и Сиртуин 1 (SIRT1), которые фосфорилируют и деацетилируют целевые белки, способствующие окислительной «трансформации» мышц. Не менее важный эффект имеют в этом процессе реактивные виды кислорода.

PCG1α (peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha) – регулятор биогенеза митохондрий и окислительного метаболизма, наиболее выражен в тканях с повышенной потребностью в энергии (мышцы (в том числе сердце), бурый жир). Физические нагрузки активируют этот белок.

Другие ко-факторы – транскрипторные подавляющие регуляторы RIP140 (receptor-interacting protein 140) и NCOR1 (nuclear receptor co-repressor 1). Во время физической нагрузки RIP140 перемещается из ядра в цитоплазму, тем самым снижая подавление транскрипции целевых генов этим белком. NCOR1 одинаково выражен как в окислительных, так и в гликолитических волокнах. Физическая нагрузка вызывает удаление NCOR1 из мышц, что способствует их «преображению». PCG1α и RIP140/ NCOR1 синергичны в своем воздействии на мышцы.

Мы получаем схему: стресс физической нагрузки – изменения ключевых белков – выраженность генов, способствующих окислительному ремоделингу мышц.

Транскрипторные факторы, влияющие на изменения мышц, PPARδ (peroxisome proliferator-activated receptor δ) и ERRα/γ ((estrogen-related receptor α/γ). PPARδ влияет на метаболизм жирных кислот. Чрезмерная выраженность этого фактора приводит к окислению жиров и митохондриальному биогенезу. Действие эстрогено-подобных рецепторов альфа и гамма подобно PPARδ.

Миметики упражнений воздействуют на те или иные белки. С картинкой и теорией закончили.

Миметики физической нагрузки. Примеры

Активаторы AMPK. Например, AICAR. AMPK – стресс-сигнал для клетки, означающий «голод». Способствует забору глюкозы клетками и запуску бета-оксидации.

Проблем с AICAR я вижу две. Очевидная – это допинг-список WADA. Второе – сигнал клеточного «голода», который противоречит анаболическим процессам (синтеза белка). В теории AICAR может мешать росту мышечной массы. Подтверждение нашлось. Activation of AMP-Activated Protein Kinase by AICAR Prevents Leucine Stimulated Protein Synthesis in Rat Skeletal Muscle. AICAR мешает лейцину стимулировать mTOR (рост мышц), и мешал росту мышц, где нагрузка имитировалась электростимуляцией.

PPARδ лиганды. Самый известный и скандальный – GW501516, на котором WADA ловила нашу Олимпийскую сборную по легкой атлетике (спортивной ходьбе). Эта молекула, действительно, заметно способствует окислению жирных кислот. Однако у этой молекулы проблемы с клиренсом (выведением) из мышц и печени, она слишком сильнодействующая, имеет свойство системно аккумулироваться – получаем действенный, но опасный препарат. PPARδ лиганды – действенный способ активировать окислительный ремоделинг мышц, но пока у нас нет безопасной молекулы, позволяющей это сделать.

SIRT1 активаторы. Ресвератрол. Замечательная молекула, бонусы для здоровья которой освещены в научной литературе. Как пример Resveratrol and exercise. Проблема, которую я вижу, это эффективная дозировка и последующая «цена курса». Эффективная дозировка у животных начиналась с 10 мг на 1 кг веса, а иногда доходила до 100 мг на 1 кг веса. Возьмем, допустим, 20 мг на 1 кг веса. Получим 1,6 грамма ресвератрола в день для мужчины 80 кг. В районе 3,5 тысяч рублей за 1 месяц употребления ресвератрола.

SIRT1 также активирует FOXO-гены, способствующие долголетию. Другие эффекты SIRT1: расширение сосудов для доставки нутриентов, генерация ацетил ко-А из ацетата (стимуляция цикла Кребса), стимуляция аутофагии, усиливает клеточной дыхание, способствует глюконеогенезу, адаптации к недостаточности нутриентов и так далее. Подробнее можно прочитать в статье Targeting SIRT1 to improve metabolism: all you need is NAD+?.

Как вы уже поняли, NAD+ (продукт переноса электронов с комплекса 1 на комплекс 3) – также способ активировать SIRT1. NAD+ in Aging: Molecular Mechanisms and Translational Implications. Снижение концентрации NAD+ – маркер гипоксии и клеточного «старения». Молекула в том числе способствует митофагии (аутофагии поврежденных митохондрий).

К NAD+ я вернусь к отдельной заметке. Применительно к этой заметке, это безопасные миметики физической нагрузки, чьи положительные эффекты выходят за пределы модуляции упражнений.

REV-ERBα лиганды. Выражены в окислительных волокнах, упражнения усиливаю их выраженность, что делает подобный класс молекул перспективными и интересными. Два самых известных вещества SR9009 и SR9011. Данные по ним положительные и интересные, но эффект и безопасность должны быть тщательно освещены, чтобы можно было рекомендовать эти молекулы.

ERRγ лиганды. Молекула GSK4716 заметно апрегулировала биогенез митохондрий, цикл Кребса. При полном отсутствии in vivo экспериментов и исследований говорить о потенциальных эффектах стоит крайне аккуратно.

Выводы:

  • Миметики физической нагрузки – потенциально очень полезные молекулы, которые могут в том числе сымитировать окислительный ремоделлинг мыщц; что потенциально очень важно для пациентов с ограниченной подвижностью, спортсменов и против возрастной медицины;
  • На текущий момент SIRT1 активаторы ресвератрол и NAD+ видятся мне наиболее безопасными и действенными имитаторами физических упражнений;
Поделиться:

Витамин D3. Дефицит на солнце

Витамин D3 образуется в коже при воздействии UVB-лучей. Употреблять витамин D3 в «больших» дозировках – «мода» последних лет 5. Тот редкий случай, когда привычка пришла из мира врачей, и ее сложно назвать плохой. Общепринято, что солнце лучше добавок витамина D3, но остаются вопросы:

  • Почему принимая витамин D3 по 5000 МЕ в день в течение нескольких лет, уровень 25(OH)D3 чаще всего бывает не только ниже 50 нмоль/л, но и ниже 30 нмоль/мл?
  • В каких количествах витамин D3 не является токсичным?
  • Почему есть дефицит витамина D в «южных» странах? И что с этим можно сделать?

Витамин D3 и токсичность

Витамин D3 начали активно применять в первой половине ХХ века, заметив его положительный эффект у пациентов с ревматоидным артритом. Дневные дозы D3 увеличивали до 200-300 тысяч МЕ, что приводило к заметным нежелательным явлениям. Затем дневная рекомендованная доза снизилась до 400 МЕ, что сейчас почти общепринято считается недостаточным. Правда, как не сложно догадаться, находится между этими значениями.

Витамин D3

Текущие исследования говорят о том, что витамин D3 не токсичен при дозировках до 30 000 ME в день. При употреблении в течение нескольких месяцев [4, 5].

Оптимальная дозировка D3

По идее дозировка должна быть привязана к желаемым значениям концентрации 25(OH)D3 в крови. Традиционно многие хотят добиться результата в 50+ или 70+ нмоль/литр. Люди с генетическими дефектами рецепторов витамина D иногда вынуждены поднимать концентрацию витамина еще больше.

Большинство людей находятся между 20 и 30 нмоль/литр [5]. И с другой стороны довольно много случаев, когда долгосрочное употребление 3-5 тысяч МЕ в течение нескольких лет не позволяет людям преодолеть значение в 30 нмоль/литр.

8895 МЕ в день необходимы 97,5% людей, чтобы достичь концентрации 25(OH)D3 ≥ 50 нмоль/литр [4].

Естественно, что эти значения зависят от массы тела, географии проживания и других факторов. Но логично будет заменить общепринятые 2-5 тысячи МЕ на 5-10 тысяч МЕ. С учетом значений токсичности, нам еще есть куда отступать.

Дефицит D3 в солнечных странах [1, 2, 3]

 

Мы закончили с легкими вопросами, и остался последний elephant in the room. Почему при избытке солнца и экзогенной формы человек всё ещё может испытывать дефицит витамина D?

На мой взгляд при увлечении биологией и фармакологией не стоит забывать про физику. Белковые структуры живых организмов связывают клеточную воду, за счет усиления дипольного момента молекул воды остовами полипептидных цепей развернутых белков.

Белок может влиять на структурную организацию молекул воды вокруг себя и на свойства этой воды. Но на электронные и индукционные силы внутри белков можно воздействовать внешним излучением. Например, неестественным электромагнитным излучением (nnEMF, non-native Electromagnetic Frequencies), которых в современном мире в избытке. Возьмите хотя бы сотовые телефоны и Wi-Fi.

По ссылке [7, 8] вы можете увидеть, что это действительно так. Это лишь один из немногих примеров. Глутаминовая кислота и фенилаланил меня pH при воздействии магнитного поля. Они теряли протоны, кинетика конвертации глутаминовой кислоты в ГАМК увеличивалась до 50%.

Исследователи предположили, что nnEMF меняют организацию молекул воды вокруг белка, что приводит к изменения гидрофобных взаимодействий.

Возвращая всё к гипотезе Гилберта Линга, nnEMF воздействуют на физические взаимодействия белковых структур, что приводит к тому, что белки могут удерживать меньше воды.

Проще говоря, неестественные излучения современного Мира делают людей обезвоженными. И изменяют взаимодействия белков, воды и ионов. Что мешает как образованию витамина D на солнце, так и образованию в почках активной формы 25(OH)D3 в почках.

Выводы:

  • При долгосрочном применении Витамин D3 не токсичен в дозировках до 30 000 МЕ в день;
  • Большинству людей придется принимать 9-10 тысяч МЕ в день, чтобы поднять концентрацию 25(OH)D3 в крови выше 50 нмоль/л;
  • Неестественные электромагнитные излучения современного Мира мешают синтезу витамина D;
  1. Vitamin D deficiency in Thailand
  2. Vitamin D: a critical and essential micronutrient for human health
  3. A systematic review of vitamin D status in populations worldwide
  4. The Big Vitamin D Mistake
  5. Vitamin D Is Not as Toxic as Was Once Thought: A Historical and an Up-to-Date Perspective
  6. Risk assessment for vitamin D
  7. Deprotonation of glutamic acid induced by weak magnetic field: an FTIR-ATR study
  8. Influence of magnetic fields on the hydration process of amino acids: vibrational spectroscopy study of L-phenylalanine and L-glutamine
  9. TIME #11 CAN YOU SUPPLEMENT SUNLIGHT?
Поделиться:

Дихлорацетат натрия и лечение рака

Дихлорацетат натрия – это экспериментальное лекарство (правда с 40-летней историей применения) от рака. Чей механизм действия находится в фабуле метаболического подхода к заболеванию, о котором я говорил в прошлой заметке.

Напомню, что при всей адаптивности и гетерогенности раковых клеток, они обладают общими чертами. Нарушенная окислительная функция митохондрий. Поэтому митохондрии раковых клеток предпочитают гликолиз (ферментацию глюкозы) вместо окисления этой же глюкозы даже в присутствии кислорода (эффект Варбурга).

Окисление глюкозы дает 36 АТФ, ферментирование 2 АТФ. Потребность раковых тканей в глюкозе значительно выше, чем у нормальных тканей. Рисунок ниже. Слева МРТ глиобластомы, справа ПЭТ с фтордезоксиглюокзой.

дихлорацетат

Нюанс в том, что уход в ферментацию сопровождается большим числом адаптаций, способствующих пролиферации раковой клетки.

Адаптации раковых клеток

HIF (hypoxia inducible factor) приводит к активации пируват дегидрогеназы киназы (PDK). PDK подавляет пируват дегидрогеназу (PDC). Пируват не превращается в ацетил кофермент А, нет цикла кребса и дыхательного производства АТФ. Пируват дегидрогеназа киназа (PDK) способствует ферментации глюкозы в цитоплазме клетки и метаболизм пирувата до лактата.

Подытожим. Во время рака пируват перерабатывается в лактат, а не в ацетил кофермент А. К слову хочу заметить, что образование ацетил кофермента А из жира проходит не через синтез пирувата.

Образование лактата (НЕ молочной кислоты) снижает pH среды и является токсичным для соседних тканей, помогая опухоли распространяться.

HIF-1α также влияет на дыхательную цепь переноса электронов. В итоге клетка становится менее чувствительной к высвобождению цитохрома с (один из способов апоптоза, клеточного самоуничтожение) и, соответственно, к апоптозу.

Снижение генерации супероксида О2—приводит к гиперполяризации мембраны митохондрий, что закрывает митохондриальную транспортную пору. Цитохром С не может из митохондрии попасть в цитозоль и запустить апоптоз, а Apoptosis inducing factor (AIF) попадать в матрикс митохондрий.

HIF-1α и дерегуляция антиопухолевого белка p53 приводят к активации гексокиназы 2В, которая подавляет апоптоз и способствует пролиферации раковой клетки.

Дисфункция дыхания митохондрий приводит к дерегуляции ионного обмена. В частности закрываются вольт-чувствительные К+ каналы, которые важны для нормальной функции каспазов (альтернативный цитохрому с способ апоптоза).

И так далее. Ферментация существует значительно дальше окислительного производства энергии. Не стоит удивляться, что «враг хитер и коварен». Схематично некоторые моменты обозначены на рисунке ниже.

Дихлорацетат натрия и PDK

Дихлорацетат (DCA) – структурный аналог пирувата. С очень низким размером (150 дальтон), что позволяет молекулы проникать в большую часть тканей организма.

Дихлорацетат активирует пируват дегидрогеназу, что дает рост попадания пирувата в митохондрии, что способствует окислению глюкозы, созданию реактивных видов кислорода, деполяризации клетки и другим процессам, обратным тем, чтобы описаны в прошлом разделе.

Дихлорацетат стимулирует потребление кислорода клетками и сдвигает метаболизм с ферментации к дыханию.

DCA подавляет PDK фермент в 3-6 раз, на 60% уменьшая количество лактата.

дихлорацетат

Рисунок выше. Действие DCA на пересаженную опухоль. Чем больше слева красного, тем выше потенциал мембраны митохондрий. Справа видим как опухоль уменьшилась.

Дихлорацетат и проблемы

Основная проблема – это 4 изоформы пируват дегидрогеназы киназы. DCA лучше всего действует против первой. Хотя есть способы сымитировать эффект DCA по крайней мере на PDK2.

Из нежелательных явлений можно отметить нейропатию у пациентов с митохондриальной миопатией, энцефалопатией, лактоацидозом, инсульто-подобными случаями (MELAS).

Синергия с метформином

Дихлорацетат демонстрирует синергию с метформином [4]. В целом есть тенденция использовать различные метаболические средства, воздействующие на опухоли одновременно [5]. Вопрос в их синергии и соотношения пользы/рисков для пациента.

Выводы:

  • У раковых клеток множество эффективных адаптаций, связанных с переходом от дыхания к ферментации; все они способствуют выживанию и распространению опухоли;
  • В дополнении и традиционным онкологическим препаратам (химеотерапия, лучевая терапия), есть пласт метаболических средств, которые воздействуют на общие признаки метаболизма всех раковых клеток;
  • Дихлорацетет – пример такого экспериментального препарата. Снижает уровень лактата, способствует попаданию пирувата в митохондрии и запуску окислительного синтеза АТФ;

Источники:

  1. Dichloroacetate (DCA) as a potential metabolic-targeting therapy for cancer (целиком);
  2. Dichloroacetate and cancer: New home for an orphan drug? (abstract)
  3. Sodium dichloroacetate selectively targets cells with defects in the mitochondrial ETC (abstract)
  4. Dichloroacetate Enhances Apoptotic Cell Death via Oxidative Damage and Attenuates Lactate Production in Metformin-Treated Breast Cancer Cells (abstract)
  5. Metabolic Hallmarks of Tumor and Immune Cells in the Tumor Microenvironment
Поделиться:

Рак как метаболическая болезнь

Рак – это в основном метаболическая болезнь, включающая в себя дисбаланс производства энергии с помощью дыхания и ферментации. Есть 2 подхода к онкологии: как к генетическому заболеванию и как к метаболическому заболеванию. Первый вариант из-за огромного количества переменных очень сложен, второй дает ясную картинку происходящего во всех раковых клетках вне зависимости от их вида.

Томас Сейфрид с коллегами умело замечает, что «невозможность ясно определить происхождение рака во многом предопределяет невозможность значительно уменьшить количество смертей от болезни» [1, 2]. Данные ВОЗ и американской CDC подтверждают этот тренд цифр: распространенность заболевания в целом растёт, смертность незначительно падает [8, 9].

При «генетической» трактовке рак получается генетической соматической болезнью, где повреждение клеточной ДНК предшествует трансформации нормальной клетки в потенциально смертельную раковую. Абнормально выраженные онко-гены, подавленные гены, связанные с подавлением опухолей, – драйверы последних десятилетий исследований заболевания. Миллионы генов, связанных заболеванием, привели ученых к выводу, что это не одно заболевание, а группа различных болезней. В подобной парадигме будущее лечение – индивидуальные терапии, «сшитие» с учетом генетических особенностей и конкретного вида опухоли пациента.

рак

Генетический подход справедливо критикуют (рис 1). Роль ядра и митохондрий в образовании опухолей. Рисунок выше суммирует экспериментальные доказательства, говорящие о лидирующей роли митохондрий в онкогенезе. 1) Нормальные клетки порождают нормальные клетки. 2) Раковые клетки порождают раковые 3) Нормальные клетки, куда поместили ядро из раковых клеток, продолжают порождать нормальные клетки, не смотря на наличие онкогенных генетический аномалий. 4) Раковые клетки, куда помещают нормально ядро, продолжают порождать раковые клетки.

Это говорит о том, что рак связан с дефектами цитоплазы, а не только с генетикой.

Рак и Отто Варбург

Отто Варбург – лауреат нобелевской премии 1931 года, 47-ми кратный номинант этой премии, один из самых видных цитологов 20-го века. Варбург первым предположил, что рак начинается с дисфункционального клеточного дыхания.

Суммируя идеи Варбурга:

  • Недостаточное [клеточное] дыхание инициирует онкогенез и в итоге рак;
  • Энергия от гликолиза постепенно компенсирует недостаточность энергии от дыхания;
  • Раковые клетки продолжают ферментировать лактат в присутствии кислорода;
  • Дыхательная недостаточность [клетки] со временем становится необратимой.

Ферментирование глюкозы в присутствии кислорода с производством избытка лактата – «эффект Варбурга», общепринятые индикаторы раковых клеток.

Напомню, после заметной анаэробной нагрузки, при восстановлении уровня кислорода в мышце, уровень лактата значительно снижается. Что в контексте моей заметки говорит о том, что лактат – признак энергетического кризиса в клетке и питает ее, пока полноценное окислительное фосфорилирование (OxPhos далее) не доступно.

Рак и митохондрии

Структура митохондрий тесно связана с их функцией. У раковых клеток проблемы как с количеством, так и со структурой митохондрий.

Слева на рисунке выше вы видите нормальную митохондрию. Вы отчетливо видите кристы, на которых находятся белковые комплексы дыхательной цепи, ответственные за создание АТФ. Справа митохондрия глиобластомы. Отсутствие крист говорит о том, что OxPhos раковой клетки подавлено. Митохондрия справа увеличена в размерах (swelling), что является признаком патологии органеллы.

Окислительное фосфорилирование [дыхательная функция] подавлена в раковых клетках с малочисленными и дефектными митохондриями. Гликолиз и ферментация лактата значительно активируются в раковых клетках, чтобы компенсировать отсутствие OxPhos.

Следующий вклад в доказательство того, что у онкоголических клеток дефектные митохондрии внес Питер Педерсен.

Суммируя выводы профильных экспериментов Педерсена:

  1. Митохондрии раковых клеток обладают ненормальной морфологией и по-другому реагируют на изменения в питательных веществах, отлично от обычных клеток;
  2. Композиция белков и жиров заметно отличается в митохондриях рака;
  • Утечка протонов (proton leak) и разобщение (uncoupling) выше в митохондриях онкоклеток;
  1. Обмен кальция нарушен в митохондриях опухолей;
  2. Мембранные транспорт анионов нарушен и дерегулирован в митохондриях многих опухолей;
  3. Дефектная «шаттловая» система не ответственна за повышенный уровень ферментации глюкозы раковых клеток;
  • Пируват эффективно не окисляется в митохондриях опухолей;
  • Митохондрии опухолей содержат гексокиназу 2B [подробнее про этот фермент – 10];
  1. Недостаточность дыхательной функции приводит к аккумуляции лактата.

Структура, функция и дыхание митохондрий дефектные в том или ином виде во всех раковых клетках. Почти у всех раковых клеток наблюдаются дефекты дыхательной цепи переноса электронов.

Сейфрид с коллегами уделяют почти страницу текста критике на критику своих взглядов. В частности, на выращивание in vitro онкоклеток со «здоровыми» митохондриями. Проблема в том, что без более или менее функционирующих митохондрий «в пробирке» клетку рака не вырастить.

Рак и дефектные митохондрии

Рисунок 3. Недостаток митохондриальной функции как источник рака. Рак может начаться из-за любых неспецифичных событий, которые со временем повреждают дыхательную функцию клеток. Канцерогенез произойдет только в клетках способных нарастить производство энергии при помощи ферментации (substrate level phosphorylation, SLP). Не смотря на сдвиг от дыхания к ферментации, гидролиз АТФ остается прежним (-56 кДж), так как ферментация компенсируют дефекты дыхания. Митохондриальный стресс активирует онкогены и подавит противораковые гены – это необходимо для поддержания жизни зарождающихся раковых клеток, когда дыхания уже недостаточно для поддержания гомеостаза. Нестабильность генома будет последствием затянувшегося стресса митохондрий, вызванного нарушениями внутреннего и внешнего микроокружения. Метастазы начинаются из-за «дыхательного» урона миелоидным клеткам и макрофагам. Степень злокачественности напрямую связана с переходом от OxPhos к ферментации. Этот сценарий связывает все основные признаки рака с внехромосомными нарушениями дыхательной функции митохондрий. «Т» на графике – произвольная точка невозврата, когда переход к ферментации становится необратимым.

Любое неспецифичный процесс, который повреждает дыхательную способность клетки, может (may or may not) инициировать путь к злокачественной опухоли. Снижение дыхательной функции может быть обусловлено уроном митохондриальным белкам, жирам, мтДНК. Например, воспаление, канцерогены, радиация (ионизирующее или ультрафиолетовое), гипоксия, редкие мутации, вирусные инфекции, возраст.

При сильном уроне – клетка умрёт. При слабом клетка может активировать ферментацию, чтобы компенсировать недостаточную дыхательную функцию.

Необузданная пролиферация связана с ферментацией, которая была доминирующей формой энергетического метаболизма во временя дефицита кислорода ранней истории Земли. Недостаточность OxPhos в гибридах (fusion) иммунных клеток и стволовых раковых клеток может предшествовать способности раковых клеток попадать с кровоснабжением в другие части организма и распространяться локально. Последнее по мнению Сефрида и коллег объясняет метастазы.

Рак, мутации p53 и Ras генов и митохондрии

Ras – онкоген, p53 – противоопухолевый ген. Сефрид с коллегами умело аргументирует, что дефекты p53 гена связаны с дефектами дыхательной функции митохондрий. Дефекты этого гена можно рассматривать как вторичные по отношению к дыхательной функции. Тоже самое можно сказать и про Ras-гены

Рисунок 4. Временная шкала процессов после экспрессии Ras-онкогена. По тайм-лайну видно, что ферментация и онкогенез начинают с того, что Ras нарушает нормальную дыхательную функцию. Это на данных in vitro, in vivo таймлайн будет значительно более растянутым.

И деактивация p53 и активация Ras имеют негативный эффект с точки зрения развития онкологической патологии именно за счет подавления дыхательной функции митохондрий. На рисунке ниже из исследования [4] это наглядно видно.

Постоянный ретроградный стрессовый сигнал от митохондрий приводит к аномалиям механизма починки ДНК. Для кальциевого и анионного гомеостаза также нужна полноценная дыхательная функция.

В эволюционном контексте метаболический взгляд на рак больше соответствует эволюции по Ламарку, чем по Дарвину. У Дарвина соматические мутации являются драйверами болезней. А в эволюционной теории Ламарка окружающая среда приводит к изменению в биологических структурах. Посредством адаптации и дифференциальному использованию [своих функций] организмы могут модифицировать свои структуры. Современными словами эволюция Дарвина больше о «генетике» (в кавычках, так как Мендель был уже после Дарвина), а Ламарк об эпигенетике. Дисфункция [митохондрий] в таком случае может быть распространена соматически (по организму) через клеточное наследование или передаться детям.

Рак и кетогенная диета

Кетогенная диета – это высоко жировая и низко-углеводная диета, во время которой уровень глюкозы снижается, а уровень кетонов в крови расти. Выработка АТФ происходит за счет бета-оксидации жиров и кетоновых тел в первую очередь бета-гидроксибутирата (BOHB). С функциональной точки зрения кето-диета – это частичная имитация эффектов голодания без ограничения в еде и значимой катаболической части процессов голодания.

Как видите, кето в значительной мере «качает» чашу метаболизма в сторону окисления жиров и подавления гликолиза, что действует на рак как метаболический стресс. В целом оппуртунистические клетки рака выживают, когда субстрат для ферментации в изобилии.

Взаимоотношения концентрации глюкозы и кетонов (бета-гидроксибутирата) от отношению к росту опухоли. Значения глюкозы и кетонов находятся в физиологических значениях и способствуют антиангиогенному, противовоспалительному и про-апоптотическому (смертельному) эффекту в рамках опухоли. Это состояние на рисунке отмечено как «managed growth». Уровень глюкозы в крови – один из факторов прогноза развития опухоли. Указанный уровень кетонов значительно ниже уровня, который бывает при кетоацидозе (15+ ммоль). Повышенный уровень кетонов защищает мозг от гипогликемии.

Некоторые препараты химиотерапии (например, иматиниб, трастузумаб) воздействуют на метаболизм глюкозы. По отношению к этим препаратам кето является нетоксичной метаболической терапией.

Сейфрид с коллегами пишет о важности ограничения калорий во время кето-диеты. Бесконтрольное потребление пищи на кето может привести к скачкам инсулина и глюкозы вне зависимости от присутствия углеводов в пище. На кето, как правило, сложно переесть из-за большого процента жира в диете и подавления чувства голода.

Рак, кето и гипербарическая оксигенация (ГБО) [2, 11]

Кето и ГБО синергично подавляют рак в метастатической стадии. Клетки рака (VM-M3/Fluc) вживили мышам подкожно и в системные органы. Метастазы оценивали ex vivo при помощи биолюминисценции. Рост опухоли был ниже в кето-группе, чем в группе с обычной углеводной диетой. A) Животные каждой группы лечения через 21 день после вживления опухоли: синергия гипербарической оксигенации и кето-диеты дала наилучший эффект из представленных. B) Биолюминисценция опухоли измерялась на еженедельной основе. C и D) Биолюминисценция опухоли в отдельных органах. Комбинированная терапия смогла уменьшить вред опухоли внутренним органам.

Подобная комбинированная терапия повышает количество реактивных видов кислорода в раковых клетках (как и кето, как и радиация, как и химеотерапия). Комбо кето + ГБО эффективно на примере выше подавляло рост раковой опухоли и не было токсично для организма.

Исследователи описывают подобную стратегию как Press-Pulse. Кето – это постоянно метаболическое давление на раковые клетки (press), ГБО или лекарства действуют на рак как уничтожающий “pulse”. Лекарства: 2-деоксиглюкоза, 3-бромопируват, дихлороацетат. Подобные терапии могут не только остановить рак, но и улучшить здоровье в целом.

Выводы:

  • Рак можно рассматривать как метаболическую болезнь, ключ к которой дисфункция дыхательной функции митохондрий и активация ферментации глюкозы и лактата для компенсации дыхательной дисфункции;
  • Кетогенная диета создает постоянный метаболический стресс для раковой опухоли, так как мешает ферментации глюкозы, повышает уровень реактивных видов кислорода и склоняет метаболизм к бета-оксидации;
  • Синергия некоторых нетоксичных видов терапии, например, кетогенной диеты и гипербарической оксигенации может

P.S. Рак и апоптоз

Я намеренно не размывал фокус заметки, центром которой является митохондрия в раковых клетках. Апоптоз – это клеточная смерть, ему посвящена статья Судьба хуже смерти: апоптоз как онкогенный процесс [5], которую я рекомендую (но не для всех).

Клеточная смерть, не смотря на некоторую контринтуитивность этого тезиса, может быть онкогенной. В статье рассматриваются внешние и внутренние сценарии «клеточной смерти». Затем приводятся примеры того как апоптоз стимулирует рак. Питание для соседний клеток, вакантное место для более живучих раковых клеток. Статья интересная, но с большим количеством специфической терминологии, которую я в текущей заметке про рак решил избежать. Ограничусь одним рисунком.

а) Смерть клетки может предоставить полезные для окружающих раковых клеток белковые структуры;  b) Апоптоз может освободить вакантную нишу для более жизнеспособных раковых клеток, приводя к росту опухоли и устойчивости терапии; c) Умирающие клетки рака могут высвобождать молекулы, сигнализирующие иммунной системе «найди меня», «съешь меня». Подобные сигналы могут иметь различные эффекты, стимулирующие рост опухоли.

Список источников:

  1. Cancer as a Metabolic Disease: On the Origin, Management, and Prevention of Cancer (книга)
  2. Cancer as a metabolic disease: implications for novel therapeutics (статья)
  3. Ketogenic diets as an adjuvant cancer therapy: History and potential mechanism (статья)
  4. Mitochondria and Cancer (статья)
  5. A fate worse than death: apoptosis as an oncogenic process (статья)
  6. Otto Warburg’s contributions to current concepts of cancer metabolism (статья)
  7. Tumor Mitochondria and the Bioenergetics of Cancer Cells (монография)
  8. https://www.cdc.gov/cancer/dcpc/research/articles/cancer_2020.htm
  9. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs310/en/
  10. Hexokinase II integrates energy metabolism and cellular protection: Akting on mitochondria and TORCing to autophagy
  11. The Ketogenic Diet and Hyperbaric Oxygen Therapy Prolong Survival in Mice with Systemic Metastatic Cancer
Поделиться:

Цитокины, грибы и онкология

Цитокины модулируют иммунный ответ организма. Грибы обладают рядом полезных медицинских свойств. Меня привлекла статья об иммунномодулирующих свойствах грибов и их применении в онкологии.

Цитокины и рак

Паттерн Цитокины Эффект
TH1 IFN-γ, IL-12, TNF-α Стимулирует иммунный ответ раку
TH2 IL-4, IL-5, IL-13 Снижают TH1
TH3/Treg TGF-β Модулируют TH1
Про-воспалительные IL-1, IL-6, IL-8, TNF-α Вызывают воспаление

Доминирующим TH1-цитокином является IFN-γ, который отвечает за стимуляцию клеточного иммунного ответа. Клеточный иммунитет имеет важное значение в противоопухолевой реакции, поскольку NK (natural killer) и CD8 + Т-клетки, а также опухолевые макрофаги могут разрушать опухолевые клетки. Кроме того, IFN-γ увеличивает количество клеточных функций, таких как представление опухолеспецифических антигенов и продуцирование опухолевых цитокинов. Использование грибов, которые увеличивают [концентрацию] IFN-γ и стимулируют ответ TH1, полезно для раковых больных.

В отличие от ответа TH1, ответ TH2 обычно не ассоциируется с иммунным ответом на рак. Реакции TH2 связаны с аллергией и астмой и включают цитокины IL-4, IL-5, IL-13, а иногда и IL-10. Самое главное, IL-4 и IFN-γ перекрестно регулируют друг друга. IFN-γ уменьшает продукцию IL-4, а IL-4 снижает продукцию IFN-γ. Таким образом, апрегуляция TH2 может нанести ущерб больным раком, поскольку он уменьшает IFN-γ и снижает клеточный иммунный ответ к раку.

Регулирование ответа Т-клеток осуществляют клетками Treg, также называемыми клетками TH3 или Treg. Хотя существует много категорий клеток Treg, большинство Tregs продуцируют TGF-β (трансформирующий фактор роста бета). Эти цитокины были обнаружены благодаря их способности увеличивать рост опухолевых клеток, на фоне уменьшения ответа TH1. TGF-β также может уменьшать TH2-ответы.

При рассмотрении иммуномодулирующих эффектов грибов нам подходят:

  • стимулирующие ответ TH1,
  • уменьшающие ответы TH2 и Treg.

Грибы, которые уменьшают воспаление, могут иметь дополнительное преимущество за счет снятия усталости, тревоги и других симптомов за счет уменьшения воспалительных цитокинов  (IL-1, IL-6, TNF-α).

Грибы и цитокины

цитокины

Авторы статьи рассматривают 5 видов грибов:

  • Шампиньоны (agaricus);
  • Рейши;
  • Кордицепс;
  • Траметес разноцветный (turkish tail);
  • Майтаке (грифола курчавая)

Меня заинтересовало то, что рейши и кордицепс снижают концентрацию фермента MMP-9. Этот фермент сильнее выражен во время рака и аутоиммунных заболеваний. Также его повышенная активность мешает заживлению эрозии роговицы. Еще не так давно я планировать рассмативал варианты курса доксициклина или иммуннодепрессантов для ускоренного заживления эрозии роговицы как раз затем, чтобы уменьшить концентрацию MMP-9. Оказывается это можно сделать столь значимых интервенций, а всего лишь грибами.

В исследовании (бесплатный полный доступ) подробно рассматриваются исследования каждого из перечисленных грибов и его иммунномодулирующих свойств. Таблицы настолько нагляды и понятны, что не хочу сюда их копировать. Снижение Th2 и Treg, повышение Th1 и другие потенциально полезные для онкологии изменения в иммунной системе.

Грибы и рак

Хочется остановиться на том, что перечисленные выше грибы успешно дополняют терапевтический эффект препаратов химиотерапии и даже радиотерапии. Совместное применение определенных грибов с определенными препаратами при определенных видах рака значительно снижало смертность и прогресс болезни.

Как пример таблица из исследования:

Chemotherapeutic Agent Indicated Mushroom
Trastudzumab PSK (turkey tail)
Cyclophosphamide Reishi
Cisplatin Maitake, Cordyceps, reishi
Docetaxel PSK (turkey tail)
Doxorubicin Agaricus

Например, “индюшиных хвост” значительно увеличивает цитотоксичность Герцептина (ммн трастузумаб). Или кордицепс может увеличивать цитотоксичность цисплатина.

Бета-глюканы из рейши очень сильно повышали выживаемость мышей после радиционного облучения.

Type of Cancer Indicated Mushroom
Nonsmall-cell lung cancer Cordyceps
Lung cancer Reishi
Gastric cancer PSK (turkey tail)
Hepatocellular carcinoma Agaricus, reishi
Leukemia Agaricus, reishi
Lymphoma Cordyceps
Breast cancer Reishi, maitake, turkey tail
Colon cancer Maitake, reishi, turkey tail
Prostate cancer Reishi
Sarcoma Reishi

Медицинские грибы, модулирующие цитокины, – это относительно новая (не более 5 лет) вспомогательная терапия в лечении различных видов рака. Эффекты этих грибов я склонен экстраполировать с рака на модуляцию работы иммунной системы в целом. Что может быть полезно для аутоиммунных заболеваний.

Выводы

  • Грибы могут модулировать работу иммунной системы, в частности выраженность тех или иных цитокинов;
  • Грибы могут вполне успешной вспомогательной терапией как для химиотерапии, так и для радиотерапии;
  • Этому молодое поле научных исследований, за которым стоит с интересом следить.
Поделиться:

Редуксин или Википедиа на борьбе с глупостью

Редуксин – средство для похудания, чуть менее сохмнительное, чем динитрофенол (DNP).

Сегодняшний вопрос звучал как “Что можно посоветовать 27-летней девушке с избыточным весом вместо редуксина”? Ответом было: “мозг”.

РедуксинРедуксин и путь любопытного пациента

https://www.rlsnet.ru/tn_index_id_35856.htm

Первое, что стоит сделать, это залезть в Реестр Лекарственных Средств: уточнить состав и внимательно прочитать инструкцию.

В первой же линии любопытства стоить погуглить активное вещество на русском и английском языках.

https://en.wikipedia.org/wiki/Sibutramine

Мы сразу же увидим, что Редуксин (МНН – сибутрамин, международное название молекулы) отозван из оборота в ряде стран.

Со своей стороны я хочу заметить, что клинические исследования не заканчиваются при выпуске лекарства на рынок. При обороте лекарства начинается 4-й фаза клинических исследований. После одобрения лекарственного средства регулирующим органом, начинаются его продажи и сбор информации о потенциальных нежелательных явлениях. Лекарства исследуются на тысячах, а применяют их затем миллионы человек. Поэтому отзыв “обнадеживающего” лекарства, оказавшегося вредным, не является чем-то невиданным.

Если Редуксин был отозван, значит было за что.

Редуксин. Фармакология

Субтрамин повышает синаптическую (место передачи нейронами электро-химической информации другому нейрону) концентрацию моноаминов: серотонина, дофамина и норадреналина.

Схожий механизм действия есть у трициклических антидепрессантов.

https://en.wikipedia.org/wiki/Monoamine_reuptake_inhibitor

Вещества, подавляющие обратный захват моноаминов: серотонина, норадреналина и дофамина.

Большую часть списка составляют антидепрессанты и стимулянты.

Наш замечательный препарат повышает в основном концентрацию норадреналина, серотонина и чуть в меньшей степени дофамина.

Норадреналин – стрессовый гормон. То есть у нас больше стресса, а серотонин и дофамин помогают сделать так, чтобы это было “в кайф”.

Механика похудания:  стресс – гормоны –  адренорецепторы – активация термогенина (разобщающего белка 1, UCP1) – разобщение Н+ протонового градиента в митохондриях – нарушение окислитиельного фосфорилирования (выработка энергии) – сжигание жира на тепло.

Закаливание работает также. Но оно полезно, и в натуральном процессе у организма не подавлены механизмы обратной связи, которые не позволят стать процессу патологичным. Тут обстоятельства несколько иные.

Если в этой формуле жиросжигание слишком сильно выражено, то у нас две опасности:

  • смерть от теплового шока (как в случае с DNP);
  • повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний, как будет, если применять Редуксин.

Поэтому Редуксин и отозвали в ряде стран. Если целый класс лекарств от давления, которые называются бета-блокаторами. Они блокируют бета-адренорецепторы. Редуксин же их чрезмерно активирует. Отсюда и повышенный риск сердечных приступов и инсультов.

Выводы

Быстрого пути к подуханию нет. Ожирение влияет на фертельность (особенно у девушек). Но придется долго и муторно ковыряться в своем здоровье и образе жизни.

Редуксин (мнн сибутрамин) – крайне сомнительный препарат, запрещенный в ряде стран. Он способствует патологиям сердечно-сосудистой системы, а со стороны психики может привести к неврозам и приступам мании.

 

Поделиться:

Антибиотики, митохондрии и кето

Антибиотики спасают жизни. С этим сложно спорить. Однако все заметные фармакологические эффекты имеют свою «биологическую цену». Сейчас я провожу свой кето-эксперимент и одновременно вынужден был пропить 10-дневный курс джозамицина (макролид). Простудами, ОРВИ и гриппом я не болею очень давно, но нашел бессимптомную и потенциально оппуртунистическую бактерию и решил на всякий случай ее пролечить. Антибиотики не употреблял с 2004 года, за последние года я заметно улучшил свою микробиоту, ЖКТ работал образцово, поэтому несколько раз обдумал решение.

Волей-неволей получился эксперимент «влияние антибиотиков на кетогенную диету».

Что получилось:

  • менее стабильная функция ЖКТ (ожидаемо);
  • утренние кетоны в крови упали с 2,6 до 1,6;
  • сил стало на порядок меньше.

Самые главные субъективные бонусы кето-диеты: всегда ясность и четкость сознания (mental sharpness), постоянно присутствие сил и постоянное хорошее настроение.

Антибиотики в этом плане приглушили радость жизни: сил почти всегда нет, настроение обычно-нейтральное или даже слегка меланхоличное, избытка умственных сил тоже нет. Апатии нет, все функции выполняю, но контраст «было-стало» причем не в лучшую сторону очевиден.

Моя догадка – антибиотики сильно портят жизнь моим митохондриям. Потому что «на лицо» снижение митохондриальной функции.

Формально макролиды действуют на митохондриальные рибосомы бактерий [2]. Люди имеют другую структуру рибосом. Принято считать, что макролиды селективно уничтожают бактерии (при этом не вредят части энтеробактерий) и щадят наши митохондрии. Но мои ощущения и анализ крови на кетоны говорят о другом. Благо сейчас почти на любой чих есть исследования.

Антибиотики (макролиды) и их влияние изолированные митохондрии сердца [и печени] [1]

У исследователей было 2 типа изолированных митохондрий: из кардиомиоцитов и из гепатоцитов. Митохондрии гепатоцитов почти не сталкивались с нежелательными явлениями, которые были у митохондрий кардиомиоцитов. Макролиды могут быть гепатотоксичными [1], но именно на функции митохондрий печени это не отражалось. В дальнейшем я буду говорить только о влиянии макролидов на функции митохондрий сердечных клеток. Считаю это наглядным примером, так как в норме сердечная мышца «питается» на 70-80% за счет бета-оксидации жиров, поэтому эта ткань чувствительна к изменениям бета-оксидации (заодно и митохондрий в целом, так как сердечная мышца постоянно работает).

Со стороны сердца антибиотики макролиды могут (особенно при наличии имеющихся патологий) приводит к увеличению QT-интервала, то есть к аритмии. Увеличение циклов деполяризации/реполяризации напрямую говорит о нарушении энергетического обмена в клетках.

Исследователи сравнивали эффекты эритромицина, азитромицина и кларитромицина. Я ограничусь только эритромицином для простоты изложения. Его негативные эффекты как правило были более выражены, чем у аналогов.

Митохондрии гепатоцитов (крыс), митохондрии кардиомиоцитов (крыс) – эффекты разных дозировок эритромицина на: комплекс 2 митохондрий, уровень реактивных видов кислорода, потенциал мембраны митохондрий, количество отеков митохондрий (mitochondria swelling), концентрации цитохрома c (цэ).

антибиотики

Рисунок 1. Сукцинат дегидрогеназа (комплекс II)

Мы видим дозозависимое подавление сукцинат дегидрогеназы.

Сукцинат дегидрогеназа – это комплекс 2 дыхательной цепи переноса электронов. С комплексом 2 связан метаболизм жира (электроны с FADH2). Как мы уже разбирали: углеводы больше используют комплекс 1, жиры больше комплекс 2. На кето происходит обратимое подавление комплекса 1 митохондрий, что дополнительно сдвигает метаболизм в сторону оксидации жиров и кетонов.

Антибиотики макролиды подавляют в некоторой степени сукцицант дегидрогеназу (комплекс 2) митохондрий, что вполне объясняет мои субъективные ощущения «упадка сил».

Рисунок 2. Реактивные виды кислорода

Реактивные виды кислорода увеличивались в дозозависимой и время-зависимой манере. Что говорит об аккумуляции кислородных радикалов в митохондриях. Это, на мой взгляд, более серьезный признак потенциальной патологии клеток. Реактивные виды кислорода – палка от двух концах: они нужны для запуска процессов восстановления (redox), но их избыток будет разрушать белковые структуры митохондрий, что может закончиться метаболическими проблемами. Авторы измеряли концентрацию пероксида водорода (H2O2).

Рисунок 3. Потенциал мембраны митохондрий

Потенциал мембраны митохондрий создается АТФ и одновременно нужен для синтеза АТФ. Снижение потенциала мембраны говорит о серьезном энергетическом кризисе в клетке.

На графике мы видим время-зависимое снижение потенциала мембраны митохондрий. Этот эффект более выражен у кларитромицина, чем у эритромицина, но не будет мешать «яблоки с апельсинами». Также исследователи заметили, что циклоспорин (иммунодепрессант) нивелировал этот эффект. В инструкции макролидов обычно написано, что они могут усиливать эффект циклоспорина. Мне это кажется интересным, так как я сейчас принимаю циклоспорин топически (капли в глаз).

Рисунок 4. Отек митохондрий

Отек митохондрий (mitochondria swelling) – классический признак «начала конца» и серьезных проблем в функционировании этих органелл. Как то, что лежит на поверхности, – белки дыхательной цепи переноса электронов удаляются друг от друга, общая энергоэффективность митохондрий падает. Логично, что это может коррелировать с увеличением QT-интервала.

Рисунок 5. Высвобождение цитохрома С

Вот и сам конец. Высвобождение цитохрома  с (ц) из межмебранного пространства – это активатор (не всегда, но чаще всего) апоптоза, программы клеточной смерти.

Выводы и рекомендации:

  • Антибиотки макролиды подавляют функцию митохондрий сердечных клеток в целом и бета-оксидацию в частности;
  • Снижается активность сукцинат дегидрогеназы (комплекса 2), которая так важна для нас в кето;
  • Начинается аккумуляция чрезмерного количества реактивных видов кислорода;
  • Снижается потенциал мембраны митохондрий;
  • Митохондрии кардиомиоцитов отекают;
  • Увеличивается высвобождение цитохорома С, что может запускать апоптоз (смерть клетки)

Защита. Кишечник:

  • saccharomyces boulardii (у нас ТМ Энтерол, но я буду брать с iHerb) – эти грибы абсорбируют токсины и выводят их с калом – отличное средство от поноса и нормализации микрофлоры;
  • комплекс пробиотиков и пребиотиков в течение месяца после курса антибиотиков – мнения на этот счет есть разные, но сейчас мне эти вещи определенно помогают нивелировать нежелательные явления со стороны ЖКТ;
  • благо я на кето – буду растить снова нужную микрофлору;
  • период – месяц, чтобы поддержать ЖКТ в

Защита. Митохондрии:

  • CoQ-10 (улучшим перенос электронов с 1 и 2 комплекса на 3);
  • PQQ (биогенез митохонрий);
  • Ацетил-L-карнитин (проще жирам попадать в матрикс митохондрий); возможно брать не буду, так как бета-оксидация жиров имеет механизм обратной связи в виде малонила КоА; то есть организм сам «тормозит» разогнавшуюся бета-оксидацию, чтобы сохранить жиры во время голодания на более долгий срок; или буду брать для ощущения прилива сил – еще не решил;
  • R-липолевая кислота (иногда помогает обратить деградацию митохондрий, синергия с q10 и карнитином);
  • Период – 2 месяца

Литература:

  1. Toxicity of macrolide antibiotics on isolated heart mitochondria: a justification for their cardiotoxic adverse effect
  2. Mitochondrial Ribosome as the Target for the Macrolide Antibiotic Clarithromycin in the Helminth Echinococcus multilocularis
  3. Мои заметки про митохондрии
Поделиться:

Астроциты, эпилепсия и кето

Астроциты – клетки нервной системы, наряду с нейронами. Эпилепсия – основная нозология для кетогенной диеты. Тему кето и эпилепсии я ранее поднимал исключительно аккуратно и вскользь из-за специфики и сложности самой темы. Настало время «зайти немного поглубже» с помощью статьи Epilepsy and astrocyte energy metabolism.

Астроциты и патогенез эпилепсии

Астроцито-нейронный шатл лактата. Смелые идеи пятилетней давности принимаются всё большим числом ученых. Глюкоза может как напрямую попадать в нейроны (далее в пируват и в цикл Кребса), либо может попадать в астроциты (или астроциты могут мобилизовать свои запасы гликогена). Астроциты перерабатывают глюкозу в лактат при помощи лактадегиндрогеназы (LDH). Затем лактат высвобождается в межклеточное пространство и забирается нейронами, которые его конвертируют в пируват (старт цикла Кребса).

Шатл лактата играет ведущую роль в энергетической подпитке нейронов. Глутамат стимулирует гликолиз и последующее высвобождение лактата астроцитами. Эпилептические приступы связывают с повышенной концентрацией внеклеточного глутамата. Забор глутамата астроцитами стимулирует гликолиз в этих клетках. Таким образом чрезмерная синаптическая активность [глутамата] приводит к быстрому снижению глюкозы и росту лактата. Приступы – крайне энергозатратная для мозга вещь, во время которой лактат становится основным источником энергии для нейронов. Пациенты с височной эпилепсией отличаются повышенным забором глюкозы и метаболизмом во время приступов и пониженными ими же в остальное время.

Так как астроциты хранят гликоген, они могут предоставить довольно большое количество энергии нейронам посредством лактатного шатла. У пациентов с височной эпилепсией повышенный уровень гликогена в гиппокампе (для этого вида эпилепсии характерен склероз гиппокампа). Подавление клиренса (выведения / разложения) глутамата приводила к повышенной возбудимости нейронов и нарушению цепочки глутамат-глутамин-ГАМК. Астроциты играют важную роль в регулировании гомеостаза глутамата и метаболизма глюкозы.

Астроциты выполняют ключевые функции в головном мозге: снабжение питательными вещества нейронов, контроль внеклеточного ионного гомеостаза, модуляция проницаемости ГЭБ, связь активности нейронов с локальным кровоснабжением, хранение и высвобождение гликогена. Они модулируют синапитческую передачу высвобождением, забором, деградацией и рециркуляцией глиотрансмиттеров.

Мембраны астроцитов содержат различные ионные каналы и транспортеры, которые регулируют концентрацию ионов и трансмиттеров в синаптической щели, регулируют pH и уровень реактивных видов кислорода и обеспечивают метаболическую поддержку нейронов. Предыдущее понимает роли астроцитов сейчас активно пересматривается.

Астроциты связаны друг с другом щелевыми соединениями. Это необходимо для выполнения вышеописанных функций.

астроциты

Рисунок 2. 1) Приступы приводят к повышению концентрации K+ (ионов калия), некоторые мутации могут приводить к дерегулированию работы ионных калиевых пор; 2) Щелевые соединения обеспечивают частичное перераспределение К+ по астроцитах. 3) Делокализация водных каналов усугубляет этот процесс. 4) У эпилептиков снижена концентрация аденозина и повышена концентрация аденозин киназы, превращающей аденозин в АМФ; 5) У эпилептиков астроциты слишком активно забирают глутамат; 6) Глутамат превращается в глутамин при помощи глутамин-синтазы. Потеря глутамин-синтазы приводит к повышенной концентрации глутамата, сниженной доступности глутамина и сниженной концентрации ГАМК (а заодно и процессов торможения); 7) Активация mGluR и GABAbRs приводит к увеличению концентрации Ca2+ в астроцитах и к высвобождению из них глутамата.

Функция соединительных щелей астроцитов нарушена у эпилептиков. Невозможность клиренса К+ предшествует смерти нейронов и спонтанным приступам. Что говорит о причинной роли астроцитов в развитии эпилепсии.

Аденозин – регулятор энергетического баланса в клетках. Это структурный компонент АТФ. Когда у нас мало АТФ – концентрация аденозина растёт. Аденозин – реостат энергетического метаболизма, сигнализирует о чрезмерном потреблении энергии.

Аденозин приводит к гиперполяризации постсинаптических нейронов, таким образом это эндогенный антиконвульсант.

Метаболизм аденозина контролируют астроциты при помощи фермента аденозин киназы, которая фосфорилирует аденозин до АМФ.

Роль кетогенной диеты

Кетогенная диета является логическим продолжением «водной» диеты, которой лечили эпилепсию еще в добиблейские времена. Она имитирует голодание без известных катаболических процессов последнего.

На текущий момент кетогенная диета применяется как «средство последней надежды», когда антиконвульсанты не работают. Лично я считаю, что кетогенная диета более безопасна, чем вальпроевая кислота и другие антиконвульсанты.

Кетоны могут драйвить работу цикла Кребса без гликолиза и его глутамато-возбудительных последствий.

Кето-диета уменьшает активность аденозин-киназы и повышает концентрацию аденозина.

Глюкозо-лактатный шатл также подавляется при кето-диете. Сейчас ведется разработка лекарств, которые будут подавлять лактат дегидрогеназу, добиваясь схожего с воздействием кето эффекта.

Кето улучшает функцию К+ (АТФ-чувствительных) каналов астроцитов. Эти каналы не дают нейронам «перевозбуждаться».

У эпилептиков наблюдается гиперметилирование ДНК. Аденозин блокирует метилирование ДНК. Кето помогает и тут.

Рисунок 3. Кето-диета снижает гликолиз и гликолитический синтез АТФ. Снижение АТФ в плазме у мембраны ПРЕДПОЛОЖИТЕЛЬНО реактивирует АФТ-чувтвительные К+-каналы, что влияет на приступы.

Выводы

  • Астроциты играют важную (если не центральную) роль в развитии эпилепсии;
  • Кетогенная диета может нивелировать некоторые патологии астроцитов и привести к улучшению сиптоком эпилепсии;
  • Некоторые механизмы:
    • снижение роли (возбуждающего нейроны) глутамата,
    • препятствует гликолизу и работе глюкозо-лактатного шатла;
    • повышает концентрацию аденозина, мешая приступам как процессам с чрезмерным потреблением энергии;
    • способствует реактивации АФТ-чувствительных калиевых каналов.
Поделиться: