«В промышленно развитых странах основной причиной того, что хирурги вынуждены ампутировать стопу или ногу, является нарушение кровоснабжения мышц пациентов с диабетом», – говорит Катриен Де Бок. Как профессор кафедры физических упражнений и здоровья в ETH Zurich, она и ее команда изучают, как лечить сосудистые заболевания мышц и как формируются новые кровеносные сосуды.
Общеизвестно, что упражнения и спорт стимулируют образование кровеносных сосудов. Напротив, очень мало известно о лежащих в основе молекулярных и клеточных механизмах. «Как только мы поймем эти механизмы, мы сможем систематически улучшать кровоснабжение мышц пациентов», – говорит Де Бок.
На мышах и используя культивированные человеческие клетки, Де Бок и ее коллеги исследовали, как упражнения способствуют образованию тонких кровеносных капилляров в мышцах у здоровых людей.
Обратив внимание на клетки сосудистой стенки (известные как эндотелиальные клетки), они обнаружили, что существует два типа эндотелиальных клеток капилляров, которые можно различить по молекулярному маркеру ATF4. Оказывается, что клетки с очень низким уровнем ATF4 в основном находятся в капиллярах, снабжающих белые мышечные волокна, в то время как клетки с высоким уровнем ATF4 в основном образуют часть кровеносных сосудов рядом с красными мышечными волокнами.
Готов идти
Более того, ученые продемонстрировали, что упражнения преимущественно стимулируют деление эндотелиальных клеток с высоким уровнем ATF4 (те, которые находятся рядом с красными мышечными волокнами), что приводит к образованию новых капилляров. Напротив, упражнения не вызывают прямой реакции в клетках с очень низким ATF4. «Эндотелиальные клетки с высоким уровнем ATF4 находятся в« метаболическом режиме ожидания », всегда готовы начать формирование новых сосудов», – говорит Де Бок.
ATF4 – это регуляторный белок внутри клетки. Клетки с этим белком настроены быстро реагировать на соответствующий стимул. Как только человек – или, в данном случае, мышь – начинает тренироваться, эти клетки увеличивают потребление аминокислот и ускоряют образование ДНК и белков, способствуя быстрой пролиферации клеток.
В конечном итоге это приводит к образованию новых кровеносных сосудов.
Почему эти «готовые к работе» эндотелиальные клетки в основном обнаруживаются рядом с красными мышечными волокнами, пока неизвестно.
Исследователи намерены разгадать эту загадку в следующий раз. Кроме того, ученые надеются использовать эти результаты для разработки методов лечения, стимулирующих рост мышечных кровеносных сосудов у пациентов, страдающих диабетом или артериальной окклюзией, а также у реципиентов трансплантатов.