Gastrointestinálny trakt cicavcov vykonáva množstvo namáhavých funkcií. Jeho výstelka spracováva ustavičný nápor abrazívnych častíc potravy, meniace sa mikrobiálne prostredie a potenciálne chemické toxíny. Svoju funkciu si zachováva aj vďaka špecializovaným rýchlo sa obnovujúcim črevným kmeňovým bunkám.
Strava s vysokým obsahom tukov spôsobujúca obezitu môže zásadne zmeniť delenie buniek a zvýšiť riziko rakoviny. Zdroj: iStock/CoreDesignKEY
Kmeňové bunky sa stále delia a diferencujú, čím každých niekoľko dní úplne nahradia výstelku čreva. Signifikantné zmeny v našej strave môžu ovplyvniť správanie kmeňových buniek.
Ukázalo sa, že nutričné intervencie, ako napríklad obmedzenie kalórií, drasticky menia aktivitu kmeňových buniek. Stravovanie s vysokým obsahom tukov spôsobujúce obezitu môže zásadne zmeniť delenie buniek a zvýšiť riziko rakoviny.
Štúdia publikovaná v časopise Nature prináša výskum z Massachusettskej technickej univerzity (MIT). Vedci v štúdii zistili, že cysteín – semiesenciálna aminokyselina, ktorá sa nachádza v bežných potravinách bohatých na bielkoviny, pôsobí ako priamy spúšťač regenerácie čriev.
Cysteín je takzvaným mediátorom medzi funkciou črevnej výstelky a rezidentnými imunitnými bunkami.
Expresia enzýmu HMGCS2 koreluje s regeneračnou schopnosťou kmeňových buniek
Výskumníci z MIT systematicky skúmali, ako jednotlivé proteinogénne (tvoriace bielkoviny) aminokyseliny ovplyvňujú genetické a metabolické charakteristiky čreva. Konkrétne sledovali expresiu HMGCS2, enzýmu, ktorý limituje rýchlosť produkcie ketónových teliesok v Lieberkühnových kryptách tenkého a hrubého čreva.
Hladiny enzýmu HMGCS2 korelujú so základnou schopnosťou črevných kmeňových buniek, ktorá sa zameriava na samoobnovu a riadenie regenerácie tkaniva. To znamená, že vysoká expresia enzýmu HMGCS2 odlišuje aktívne črevné kmeňové bunky od okolitých diferencovaných buniek.
Vďaka tomu slúžil tento enzým ako vhodný indikátor stavu týchto buniek. Na výskum sa využili zvieracie modely, ktorým orálne podávali stravu bohatú na 20 základných proteinogénnych aminokyselín. Následne sa imunohistochemicky analyzovali vzorky črevného tkaniva.
Aminokyselina cysteín vyvolala masívnu indukciu expresie enzýmu HMGCS2, teda najsilnejší efekt regenerácie kmeňových buniek.
Ako cysteín komunikuje s kmeňovými bunkami?
Na presné skúmanie tejto metabolickej dráhy sa výskum zameral na bunkový transportný mechanizmus. Využitie cysteínu v kmeňových bunkách sa spolieha na špecializovaný cysteínový transportér SLC7A11, ktorý sa nachádza na povrchu črevného epitelu.
Importovaný cysteín sa do značnej miery využíva na riadenie biosyntézy koenzýmu A (CoA), esenciálneho metabolického kofaktora, potrebného pre oxidáciu mastných kyselín a produkciu bunkovej energie.
Výskumníci dokázali, že tento krok v metabolickej dráhe je nevyhnutný. Ukázali, že priama suplementácia CoA replikuje priaznivé účinky stravy bohatej na cysteín, zatiaľ čo genetické vyradenie transportéra SLC7A11 úplne blokuje regeneračnú reakciu v črevách. Zvýšená zásoba koenzýmu A tiež signalizuje rýchlu expanziu a aktiváciu špecifickej podskupiny imunitných buniek, známych ako intraepiteliálne T-bunky.
Keď sa T-bunky množia a zhromažďujú vo výstelke tenkého čreva, začnú produkovať veľké množstvo interleukínu 22 (IL-22), silného signálneho proteínu, takzvaného cytokínu. Keď kmeňové bunky detegujú signál IL-22, prejdú do stavu hyperregenerácie, čím dramaticky zrýchlia delenie a obnovu poškodeného epitelového tkaniva.
Uplatnenie v liečbe poškodených čriev
Aký je reálny terapeutický potenciál tohto objavu? Zvieracie modely boli vystavené vysokým dávkam žiarenia – kontrolovanému poškodeniu, ktoré napodobňuje závažnú gastrointestinálnu toxicitu, ktorou často trpia pacienti s rakovinou podstupujúci rádioterapiu a chemoterapiu v panvovej alebo brušnej oblasti.
V klinických podmienkach tieto agresívne liečby rakoviny často ničia zdravé, rýchlo sa deliace bunky, čím ničia črevné krypty a vedú k bolestivému stavu známemu ako radiačná enteritída alebo mukozitída. Pacienti často trpia silnou nevoľnosťou, systémovými infekciami a hlbokou neschopnosťou vstrebávať živiny.
Pre otestovanie hypotézy boli zvieratá po vystavení sa žiareniu umiestnené na vysoko kontrolovanú diétu bohatú na cysteín. Myšie modely na strave s posilnenou dávkou cysteínu preukázali schopnosť rekonvalescencie. Vysoký príjem cysteínu poskytol lokalizovaný prísun živín priamo do tenkého čreva.
Došlo k aktivácii T-buniek a vysokej produkcii IL-22, čo umožnilo prežívajúcim črevným kmeňovým bunkám rýchlo zahojiť epitelovú bariéru. V priebehu niekoľkých dní liečené myši obnovili svoju poškodenú črevnú výstelku a tráviacu funkciu.
Presné nastavenie výživy
Cysteín je úplne prírodná netoxická zlúčenina, ktorá sa vyskytuje v bežných potravinách, ako je hydina, vajcia, mliečne výrobky, strukoviny, slnečnicové semienka a celozrnné obilniny. Pre oblasti gastroenterológie a onkológie tento objav predstavuje možnosť špecializovaných stravovacích plánov pre pacientov. Výsledkom by bola ochrana tráviaceho traktu pacienta, minimalizácia vedľajších účinkov a zlepšenie kvality života počas liečby rakoviny.
Okrem toho by tento mechanizmus mohol mať ďalekosiahle dôsledky pre rôzne chronické gastrointestinálne poruchy, ako je Crohnova choroba, ulcerózna kolitída a syndróm deravého čreva. Preukázaním, že jednotlivé živiny môžu ovplyvňovať komplexné siete črevných kmeňových a imunitných buniek, štúdia otvára úplne nové postupy v medicíne, kde zložky stravy priamo ovplyvňujú regeneráciu tkanív.
Zdroje: Nature, Science Daily, Bioengineer
(RR)
