Что такое аутофагия?
Аутофагия — процесс, с помощью которого клетки избавляются от старых или повреждённых клеточных компонентов, «мусорных» белков , т.е. частично «поедают сами себя». Аутофагия постоянно происходит в клетке, поддерживая баланс между синтезом и деградацией макромолекул. Также аутофагия помогает клетке выжить во время стресса, будь то голодание, окислительный стресс или проникновение вирусов.
Биологическую роль этого процесса сложно переоценить. Аутофагия играет существенную роль в профилактике широкого спектра заболеваний, включая кардиомиопатию, диабет, рак, аутоиммунные и нейродегенеративные болезни (например, болезнь Альцгеймера), инфекции.
Нарушение процесса аутофагии, приводит к быстрой гибели организма.
Как происходит аутофагия?
На белок, органеллу т.е. клеточную структуру, определённую под уничтожение, привешивается «метка». Далее такой помеченный материал поглощается фагофором, заключается в двойную мембрану. Такая заключенная в двойную мембрану структура называется аутофагосома. Затем аутофагосома сливается с лизосомой. В лизосоме кислые лизосомальные ферменты — гидролазы вызывают деградацию содержимого аутофагосома. Так клетка очищает сама себя, так происходит утилизация «поломанных» клеточных структур и мусорных белков. На рисунке представлена схема этого процесса.
Зачем нам аутофагия?
При нормальных физиологических условиях в клетке постоянно поддерживается некоторый уровень аутофагии, это необходимо для поддержания её здорового баланса — гомеостаза. При выходе из нормальных условий, то есть во время стресса, аутофагия помогает клетке выжить.
- Аутофагия необходима для осуществления некоторых физиологических процессов, например, созревания эритроцитов, образования сурфактанта в лёгких (это смесь поверхностно-активных веществ, выстилающая лёгочные альвеолы изнутри).
- Аутофагия митохондрии (митофагия) играет существенную роль в защите клеток от окислительного повреждения, энергетического кризиса, последствий митохондриальной дисфункции.
- Аутофагия играет решающую роль, когда клетка лишена сырья для синтеза необходимых ей молекул. Например, в некоторых опухолях при голодании так осуществляется синтез нуклеотидов для построение молекул ДНК и РНК.
- Аутофагия также играет важную роль в остановке размножения вирусов или бактерий в зараженной клетке.
- Аутофагии помогает организму выжить во время голодания, поставляя «топливо». В отсутствии питательных веществ происходит мобилизация запасов гликогена в печени и жиров в белой жировой ткани. Это поддерживает в крови определённую концентрацию энергетических субстратов: глюкозы или кетонов. Таким образом мозг не останется без энергетических субстратов даже в случае голодания.
Как активировать аутофагию?
Уменьшение поступления питательных веществ за счёт ограничения калорий или голоданий — один из самых эффективных способов индукции аутофагии.
Сигнальный путь mTOR/Akt/AMPK — главный регулировщик аутофагии. Когда в клетку поступает глюкоза и аминокислоты, и у организма нет проблем с энергией (т.е. присутствует достаточное молекул АТФ), mTOR активируется, а AMPK, наоборот, ингибируется. Это приводит к активации процессов синтеза в клетке и торможению аутофагии.
И наоборот, голодание на уровне клетки, т.е. прекращение поступления глюкозы и аминокислот, энергетический кризис в виде уменьшения количества молекул АТФ приводит к активации AMPK и блокировки mTOR, что запускает аутофагию.
Доказано, что голодание и уменьшение калорийности рациона приводит к улучшения здоровью, адаптации к стрессу. Это является одним из принятых научным сообществом способов увеличения продолжительности жизни.
Как запустить аутофагию?
1) Ограничение калорийности рациона на 10–20%.
2) Интервальное голодание. На сегодняшний день лучше всего изучена схема голодания 16/8. 16 часов – голодание и 8-часовое окно, когда происходит пищевая нагрузка. Более длинные периоды голодания 18–20 часов гарантируют более высокий уровень аутофагии.
3) Питание раз в сутки в окне 3–4 часа. Так называемый OMAD (one meal a day = один приём пищи в день). Фактически период голодания в этом случае составляет 20 часов.
4) Голодание 24 часа раз в неделю или хотя бы один раз в месяц.
Голодать не обязательно!
Мимикрия голодания — CRM
CRM (caloric restriction mimetics) — это большая группа веществ, направленно воздействующая на определённые мишени сигнального пути mTOR и таким образом имитирующие эффект голодания или ограничения калорий и усиливающим аутофагию. На данный момент известно около 20 таких веществ и постоянно находятся новые соединения. Многие CRM имеют природное происхождение. Большинство пока существует в виде БАДов. Например, известный ресвератрол из тёмного винограда, гарцинол из гарцинии камбоджийской, EGCG из зелёного чая. Также среди CRM есть уже известные клинические препараты, например, метформин (получен из растения Galega officinalis) активирует AMPK, рапамицин (получен из бактерий Streptomyces hygroscopicus) блокирует mTOR.
Спорт в разумных количествах продлевает жизнь
Во время физических нагрузок аутофагия способствует очищению от белков и органелл, поврежденных при нагревании, изменениях рН или механическом стрессе, таким образом поддерживается функция мышечных клеток — миоцитов. В отличие от других тканей, таких как печень и поджелудочная железа, активация аутофагии в скелетных мышцах сохраняется в течение нескольких дней (не часов!) после нагрузки.
Физическая активность приводит к увеличению уровня аутофагии не только в мышцах. Жировая ткань, печень, поджелудочная железа, мозг, сердце — во время занятий спортом во всех этих органах возрастают маркеры аутофагии. Причем сигнальные пути, которые принимают в этом участие во многом совпадают с теми, которые активируются при голодании, ключевые игроки те же: mTOR, AMPK.
В случае сверхнагрузок, при недостатке энергии аутофагия обеспечивает организм альтернативными источниками топлива, расщепляя гликоген, жиры и потом и белки собственных мышц.
LCHF: аутофагия friendly
Практически полное отсутствие углеводов и ограниченное поступление аминокислот приводит к тому, что путь mTOR в целом стимулируется менее интенсивно в сравнении с обычным (углеводно-белковым) стилем питанием, при котором постоянно идёт стимуляция этого пути поступающей глюкозой и аминокислотами.
Что нарушает аутофагию?
- Переедание
- Слишком частое питание
- Сверхпотребление белка
- Сверхпотребление углеводов
- Отсутствие физической нагрузки
- Нарушение циркадных ритмов
Может ли аутофагия быть во вред?
ДА! Несмотря на многочисленные положительные эффекты, аутофагия может быть опасна для жизни.
1. Долгосрочная или чрезмерно активированная аутофагия может привести к клеточной гибели, называемой апоптоз. Это, например, может стать причиной деградации мышечной ткани, истощению, в конечном итоге к гибели всего организма.
2. Аутофагия помогает выжить опухолевым клеткам. Опухоли уникальны в смысле механизмов приспособления. Было показано, что во многих опухолях повышен уровень базальной аутофагии. Такой сбой этого жизненно-важного процесса позволяет опухоли перейти в автономный режим, при котором она перестает зависеть от поступления питательных веществ и отсутствия кислорода и выживает за счёт поедания своих же собственных ресурсов.
Резюме
Аутофагия — один из фундаментальных процессов, поддерживающих жизнь. Однако сколько аутофагии нужно организму человека? Из вышеизложенного следует, что мало аутофагии — плохо, но при этом, когда ее много — не всегда хорошо. Понимание этого процесса дает ключи к нахождению баланса через питание, спорт, режим дня, добавки.
Источники:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5521269/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6257056/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30172870
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27516533
https://biomolecula.ru/articles/i-zhili-oni-dolgo-i-schastlivo-chto-takoe-crm-i-s-chem-ego-ediat
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30840912
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6351830/
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1388198114000286?via%3Dihub
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31318631
Автор: Екатерина Щербакова – биохакер, биохимик, специалист по питанию (https://www.facebook.com/katya.scherbakova.56; www.goodtrip.su; @goodtrip.su).
Всё об аутофагии, интервальном голодание и антиэйдж на обучающем онлайн-курсе «Biohacking Upgrade. Уровень 1 и 2» в конце августа. Инфо скоро в инстаграм @goodtrip.su
Статья подготовлена специально для канала @hack_bio.
Больше биохаков здесь: http://tg.guru/hack_bio
