Физическая активность важна не только для фитнеса, но и для общего здоровья. Это подтверждает новое исследование, которое определило PanK4 как ключевой регулятор энергетического обмена в скелетных мышцах, регулирующий усвоение глюкозы и окисление жирных кислот и активируемый физическими упражнениями.

Исследование предполагает, что PanK4 может быть перспективным подходом для лечения метаболических расстройств, таких как диабет 2 типа. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications .

Скелетные мышцы составляют от 30% до 40% веса тела и имеют решающее значение для поддержания здорового метаболизма глюкозы и липидов . Нарушение способности скелетных мышц эффективно использовать или хранить глюкозу может нарушить общий гомеостаз глюкозы, что может привести к резистентности к инсулину — основному фактору риска диабета 2 типа. Тем не менее, существует лишь несколько терапевтических вариантов, нацеленных на мускулатуру для лечения метаболических нарушений.

Исследования на людях и мышах
Физическая активность усиливает усвоение глюкозы в мышцах и способствует метаболической гибкости. Поэтому это эффективный метод улучшения метаболизма глюкозы , особенно при резистентности к инсулину и диабете 2 типа. Однако основные молекулярные механизмы в значительной степени неизвестны.

Эти механизмы стали предметом исследований большой международной исследовательской группы, в которую вошли ученые из Немецкого центра исследований диабета (DZD), работу которой координировал профессор, доктор Максимилиан Кляйнерт, руководитель отдела молекулярной физиологии упражнений и питания в DIfE.

Используя современные методы масс-спектрометрии, команда успешно идентифицировала белки, которые фосфорилируются в мышцах человека и животных после физических упражнений. Одним из этих белков является пантотенаткиназа 4 (PanK4).

Чтобы выяснить роль PanK4 в регуляции энергетического обмена в скелетных мышцах, Кляйнерт и его команда использовали различные генетические модели мышей (нокаут и сверхэкспрессия) для проведения комплексных физиологических исследований. Эти исследования включали эксперименты с бегом на беговой дорожке и тесты на толерантность к глюкозе для оценки метаболической функции.

Кроме того, исследователи проанализировали образцы мышечной ткани человека, полученные после тренировки, провели метаболический анализ и использовали передовые молекулярно-биологические методы, такие как секвенирование РНК и анализ белков.

Мыши, у которых отсутствует PanK4, испытывают трудности
Исследователи заметили, что общее отсутствие PanK4 у мышей привело к снижению роста и уменьшению массы скелетных мышц, среди прочих эффектов. Кроме того, животные с дефицитом PanK4 в мышцах показали повышенное содержание жира и нарушенное окисление жирных кислот в мышечной ткани.

Метаболомный анализ показал, что PanK4 играет важную роль в регуляции уровня ацетил-КоА в скелетных мышцах. Отсутствие PanK4 привело к значительному повышению уровня ацетил-КоА, что нарушило регуляцию окисления жирных кислот и метаболизма глюкозы. Во время тренировочных исследований с мышами, в мышцах которых отсутствовал PanK4, это проявилось в сниженном усвоении глюкозы во время стимуляции инсулином и сокращения мышц.

Напротив, мыши с повышенной экспрессией PanK4 показали значительное улучшение поглощения глюкозы в мышцах и снижение уровня ацетил-КоА, что подчеркивает важность PanK4 как регулятора метаболизма глюкозы. Эти результаты свидетельствуют о том, что PanK4 играет ключевую роль в поддержании метаболической гибкости, особенно с точки зрения одновременного использования жирных кислот и глюкозы в качестве источников энергии.

Новые терапевтические подходы
Определение PanK4 как ключевого регулятора мышечного метаболизма открывает многообещающие новые возможности для терапевтических вмешательств. По словам Кляйнерта, «значимость PanK4 в метаболизме ставит его в один ряд с такими известными ключевыми игроками, как mTOR, AMPK и Akt. Целевая модуляция PanK4 может потенциально улучшить метаболическое здоровье и поддержать контроль сахара в крови, что делает его многообещающей целью для терапии, направленной на лечение метаболических расстройств, таких как диабет 2 типа».

Кроме того, открытие того, что PanK4 активируется физической активностью и усиливает энергетический обмен веществ в мышцах, подчеркивает важность регулярных упражнений для общего здоровья. Кляйнерт подчеркивает: «Регулярная физическая активность не только улучшает физическую форму, но и оказывает глубокое воздействие на обмен веществ, что может служить мотивирующим фактором для принятия активного образа жизни».

Кляйнерт и его команда планируют провести дальнейшие исследования, чтобы понять точные механизмы, посредством которых фосфорилирование PanK4 при физических упражнениях или инсулине модулирует его активность. В частности, они стремятся выяснить, как это фосфорилирование влияет на регуляцию уровней ацетил-КоА и метаболическую гибкость в скелетных мышцах . Кроме того, роль PanK4 в других тканях, включая гипоталамус, и его влияние на системный энергетический гомеостаз будут изучены более подробно.