Профессор Бен Бикман: удивительная связь микропластика и метаболического здоровья

Источник

Я Бенджамин Бикман, биомедицинский ученый и профессор клеточной биологии. Сегодня мы поговорим о микропластиках. Это основная тема лекции.

Микропластики — это очень маленькие, микроскопические частицы пластика, которые обычно невозможно увидеть и избежать. В современных условиях их практически невозможно избежать. Это связано с тем, что мы едим и пьем, а также с тем, что наносим на кожу. Микропластики присутствуют в океанах, в пище, в воде и в косметических средствах, которые мы используем. Интересно, что, несмотря на их повсеместное распространение, люди обычно не осознают их существование.

Цель этой лекции — рассмотреть, как эти частицы могут влиять на здоровье человека, особенно на метаболически значимые ткани и процессы. Мы уделим особое внимание влиянию микропластиков и их химических веществ на биологию жировых клеток, что является важной темой в моей научной деятельности. Также я хотел бы обсудить влияние микропластиков на здоровье и физиологию кровеносных сосудов, так как это имеет существенное значение и поддерживается некоторыми исследованиями.

В заключение введения мы исследуем науку, стоящую за всеми этими эффектами, с акцентом на ключевые химические вещества, которые выделяются из микрочастиц. В частности, это BPA и фталаты — два основных химических вещества.

Давайте начнем. Прежде всего, определим, что такое микропластики. С химической точки зрения, микропластики — это очень маленькие пластиковые частицы размером менее пяти миллиметров. Они бывают двух видов: первичные микропластики, такие как микрогранулы, которые намеренно добавляются в косметику, и вторичные микропластики, которые представляют собой мелкие фракции, отслоившиеся от более крупных пластиковых предметов, таких как бутылки или пакеты.

Как я уже упоминал, микропластики повсюду: в океанах, почве, воздухе и даже в питьевой воде. Исследования показывают, что средний человек может вдыхать или проглатывать до пяти граммов пластика в неделю, что примерно соответствует размеру кредитной карты.

Проникновение микропластиков в организм, на мой взгляд, является серьезной проблемой. Основные пути воздействия на человека включают проглатывание, то есть то, что мы фактически помещаем в рот, например, пищу и воду, а также возможное проникновение через кожу. Частицы микропластиков могут быть достаточно малы, чтобы проникать в ткани и кровь.

Почему это важно? Потому что микропластики имеют значение для метаболического здоровья, накапливаясь в тканях. Вы, вероятно, слышали, что микропластики также накапливаются в половых железах. Половые железы — это общая терминология для ключевых репродуктивных органов: у мужчин это яички, у женщин — яичники. Я хотел бы упомянуть об этом, так как это актуальная тема.

Микропластики не просто проходят через наш организм; они накапливаются в таких тканях, как жировая ткань, а также в половых железах. Одно исследование на самках крыс показало, что микропластики могут нарушать функцию яичников. В частности, были обнаружены изменения в физической структуре яичников и некоторых белках, которые обеспечивают структурную поддержку тканей. В результате этого процесс развития яйцеклеток был нарушен, и количество яйцеклеток в яичниках после воздействия микропластиков значительно сократилось. Это катастрофично, поскольку в яичниках ограниченное количество яйцеклеток, и их уничтожение влияет на фертильность и может привести к преждевременному наступлению менопаузы.

Что касается яичек, то в экспериментальных моделях на самцах микропластики также влияли на структуру и функцию яичек, включая апоптоз, то есть программированную смерть клеток, таких как клетки Лейдига и клетки Сертоли. Это приводит к снижению сперматогенеза.

Фактическое производство спермы — это зародышевые или репродуктивные клетки, которые, конечно, присутствуют у мужчин, аналогично яичникам у женщин. Есть веские причины сосредоточиться на гонадах, даже если это не класс по репродукции, а метаболический класс. Я чувствую необходимость упомянуть это как интересный научный факт и как человека, который активно поддерживает идею рождения детей.

Теперь перейдем к более конкретным аспектам пластмасс, что позволит нам перейти к обсуждению жировых клеток и их нарушенной функции. Я упоминал ранее, что проблема с микропластиками имеет два аспекта: физическое присутствие самого пластика и химические вещества, которые выделяются из микропластиков, особенно BPA и фталаты. Многие микропластики содержат эндокринно-разрушающие химические вещества, такие как BPA и фталаты. Эти химикаты нарушают эндокринную систему, влияя на все, от репродуктивного здоровья до метаболизма, поскольку метаболизм сильно зависит от гормонов. Это одна из моих основных областей исследований и преподавания — помочь людям понять, что метаболизм гораздо сложнее, чем просто калории, потребляемые и сжигаемые; в нем есть целый эндокринный компонент.



Теперь я хочу поговорить об эндокринных разрушителях, поскольку это будет немного сложнее, чем просто сам пластик. Эти эндокринные разрушители — это молекулы, которые поступают из пластика. Они могут имитировать или блокировать естественные гормоны. В некоторых случаях, как я опишу далее, их называют обесогены — химические вещества, которые способствуют ожирению. Это еще раз подчеркивает, что дело не только в калориях.

Теперь давайте перейдем к тому, как BPA и фталаты, в частности, нарушают функцию жировых клеток. Как я упоминал ранее, существует аспект, связанный с имитацией гормонов. BPA имитирует эстрогены, связываясь с рецепторами эстрогена и нарушая нормальную гормональную сигнализацию. Обратите внимание на мой язык: я говорю об эстрогенах. Нет единственного гормона, называемого эстрогеном; это небольшая группа прототипичных женских половых гормонов.

Мужчины тоже имеют их, и они выполняют определенную функцию, хотя и не такую важную, как у женщин. Фталаты, с другой стороны, более специфичны для нарушения тестостерона и связанных с ним гормонов. Тестостерон является основным андрогеном, типичным мужским гормоном, хотя у женщин также есть андрогены, и они критически важны. В конечном итоге это приводит к изменению уровня сахара в крови, что является очень важным фактором.

Эстроген вызывает изменения в структуре клеток, таких как фталаты и BPA. Эти химические вещества влияют на жировые клетки, или адипоциты, что является техническим термином для жировой клетки. И BPA, и фталаты активируют ключевой транскрипционный фактор в жировых клетках, называемый PPAR-гамма. Когда вы слышите термин «транскрипционный фактор», можно представить его как предохранитель в электрическом щите: если предохранитель выключен, то и работа системы нарушается.

Женщины, как правило, сжигают или расщепляют жир гораздо легче, чем мужчины, но при этом они также накапливают больше жира, что приводит к большему обороту веществ.

Норэпинефрин, если я собираюсь показать, как они злоупотребляют P-геймером, влияет на ваш Тайленол. Я хотел бы немного подробнее описать это. PPAR-гамма — это фактор концентрации, который участвует в процессе роста и деления жировых клеток. С PPAR-гамма активируется, и это включает другие гены, позволяя им также включаться. Это усиливает последующие этапы.

Как я уже упоминал, как BPA, так и фталаты активируют главный регулятор в жировой клетке, называемый PPAR-гамма. Этот фактор также связан с другим, называемым C/EBP-альфа, что является критически важным адипогенным геном. Адипогенез — это сигналы, способствующие развитию жировых клеток, то есть превращение стволовых клеток в жировые клетки. Это стимулирует развитие и созревание жировых клеток, а также заставляет их накапливать больше жира.

Когда эти пути активируются BPA или фталатами, это сигнализирует жировым клеткам накапливать больше жира и делиться, что приводит к увеличению их общей способности расти и размножаться. Это очень важный фактор в развитии жировых клеток. Исследование, на которое я ссылаюсь, было опубликовано в журнале Environmental Health Perspectives, и они обнаружили, что воздействие BPA значительно увеличивает некоторые метаболические осложнения у людей, такие как инсулинорезистентность, на которую, конечно, сильно влияет.



Размер жировых клеток имеет значение, особенно в этом контексте. Интересно, что изменения происходят не только в сигнализации, но и в некоторых гормонах, которые могут вырабатывать жировые клетки. Очень кратко, было показано, что BPA и фталаты вызывают неблагоприятные изменения в эндокринологии жировых клеток. Я уже упоминал о двух критически важных гормонах, вырабатываемых жировыми клетками: адипонектине и лептине. Лептин известен как сигнал насыщения, хотя его функции гораздо шире. Адипонектин менее известен, но это мощный сигнал от жировой клетки, который способствует чувствительности к инсулину по всему организму.

Когда жировые клетки подвергаются воздействию микропластиков и связанных с ними химических веществ, производство адипонектина резко снижается. Интересно, что при этом уровень лептина увеличивается. Это патологическое изменение, указывающее на нездоровый сдвиг в биологии жировой клетки, поскольку адипонектин обладает множеством полезных свойств. Снижение его уровня сигнализирует о гипертрофии жировых клеток. Увеличение лептина, в свою очередь, указывает на общий рост жировой массы, так как с увеличением жировой массы увеличивается и уровень лептина. Микропластики и химические вещества непосредственно стимулируют выработку лептина.

Одним из эффектов лептина является стимуляция гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси, то есть он сообщает мозгу, что пора инициировать половое созревание. Одна из причин, по которой мы наблюдаем эпидемию преждевременного полового созревания, заключается в том, что микропластики могут стимулировать жировые клетки к выработке большего количества лептина. При увеличении уровня лептина мозг получает сигнал о начале полового созревания, возможно, слишком рано.

Таким образом, микропластики и связанные с ними химические вещества изменяют гормоны, вырабатываемые организмом, и иммунную систему, воздействуя на жировые клетки. Это нарушает мощные сигналы, которые выходят за рамки метаболизма.

Кроме того, исследования показали, что микропластики, особенно через эти химические вещества, накапливаются в жировой ткани. Когда жировая клетка подвергается воздействию этих химикатов и самих пластиков, это активирует воспаление. Жировая клетка фактически поглощает что-то, с чем не знает, как справиться. В ответ на это она начинает выделять провоспалительные белки, называемые цитокинами, такие как TNF-альфа или интерлейкины. Эти вещества являются классическими провоспалительными сигналами.

Эти вещества затем циркулируют по организму, способствуя системному воспалению и, конечно, инсулинорезистентности, поскольку воспаление является одной из основных причин инсулинорезистентности. Это важно, потому что мы знаем, что у людей может быть хроническое субклиническое воспаление. Другими словами, пациент приходит на обследование, и в анализе крови видно, что уровень С-реактивного белка, цитокина, повышен. У них много провоспалительных цитокинов, но не до такой степени, чтобы у них была явная инфекция или мононуклеоз, однако уровень все равно не здоровый. Они повышены и это заметно, даже если организм не борется с инфекцией. Это похоже на то, что организм борется с несуществующей инфекцией. Это происходит потому, что жировые клетки не знают, что делать. Они в панике и выделяют все эти провоспалительные цитокины, так как в них есть что-то, от чего они не могут избавиться. Я вернусь к этой идее позже, когда мы поговорим о макрофагах.

Теперь о жировой клетке. Ключевым процессом, о котором я уже упоминал сегодня и многократно в предыдущих лекциях, является гипертрофия адипоцитов, увеличение отдельных жировых клеток. Гипертрофия адипоцитов более патогенна, чем просто добавление новых жировых клеток или гиперплазия. Когда адипоциты растут, они становятся метаболически дисфункциональными. Они становятся очень инсулинорезистентными, чтобы ограничить дальнейший рост. Я уже говорил об этом ранее, поэтому, если вам нужно больше информации, посмотрите предыдущие выпуски. Они также становятся очень провоспалительными, независимо от воздействия микропластиков и химических веществ. Когда жировая клетка претерпевает значительную гипертрофию, она начинает задыхаться, или, на клеточном уровне, мы используем слово гипоксия. Они становятся гипоксичными. Один из способов попытаться исправить эту гипоксию, когда они отдаляются от кровеносных сосудов и капилляров, и жизненно важного кислорода, который они получают от них, — это выделение провоспалительных цитокинов в попытке стимулировать рост новых кровеносных сосудов. Это способ жировой клетки попытаться исправить свою гипоксию.

Когда жировая клетка становится инсулинорезистентной, это создает уникальную ситуацию в организме, когда уровень инсулина высокий, что и происходит при инсулинорезистентности. Помните, что инсулинорезистентности не бывает без повышенного уровня инсулина. Эти два состояния связаны между собой.



Инсулин высокий, но теперь жировая клетка, обычно при высоком уровне инсулина, получает сигнал удерживать жир и не расщеплять его. Однако, когда жировая клетка становится инсулинорезистентной, она перестает воспринимать этот сигнал. Даже при повышенном уровне инсулина она начинает расщеплять накопленный жир и выделять его в виде свободных жирных кислот. Таким образом, возникает метаболический парадокс: высокий уровень инсулина и высокий уровень свободных жирных кислот. Это приводит к проблеме высокой инсулинорезистентности, что делает её важной.

Я не люблю этот термин и предпочел бы говорить о экзогенном накоплении жира. Теперь организм вынужден накапливать жир в местах, где он не должен храниться долго, таких как поджелудочная железа, печень и мышечная ткань. Можно задать вопрос: почему эти ткани просто не сжигают жир? Потому что уровень инсулина высокий. При высоком уровне инсулина жир не может сжигаться, он вынужден накапливаться.

Есть некоторые исследования на животных, которые показывают, что с жировыми клетками можно делать больше, чем с человеческими тканями. В одном из исследований, на которое я ссылался, было показано, что размер жировых клеток увеличился примерно на 30% из-за воздействия BPA. Это увеличение не только статистически значимо, но и имеет значение. Увеличение на 30% в размере жировой клетки действительно значимо. Исследования показали, что это связано с активацией PPAR гамма и CEBP альфа, которые сообщают жировым клеткам накапливать больше жира. Жировая клетка становится очень отечной, что приводит к инсулинорезистентности и, в свою очередь, к накоплению жира в тканях всего организма.

Я достаточно говорил о жировых клетках, о том, как они становятся инсулинорезистентными и провоспалительными, чтобы компенсировать сниженный кровоток. Надеюсь, теперь у вас есть общее представление о том, как микропластики, BPA и фталаты способствуют пролиферации или гиперпластичности.

Надеюсь, к этому моменту вы понимаете, что происходит с ростом жировых клеток. Эти два фактора создают опасное сочетание, из-за которого тело становится значительно более толстым, чем было раньше. Кроме того, происходят изменения в гормональном производстве жировых клеток, такие как снижение уровня адипонектина и повышение уровня лептина. Это на самом деле суррогатный маркер, который я использовал в своей лаборатории. Мы только что опубликовали статью, посвященную этому. Другие тоже занимались этой темой. Я не придумал это сам, я адаптировал протокол от других. Иногда, когда невозможно провести измерения, например, на людях, сложно получить данные о размере жировых клеток. Для этого нужно сделать биопсию жира, а затем обработать образец с помощью иммуногистохимии и получить изображение жировой клетки под микроскопом. Мы это делаем, и с каждым разом все больше и больше, сотрудничая с доктором Полом Рейнольдсом, но это не просто. Легче взять образец крови и измерить уровень адипонектина и лептина. Соотношение адипонектина к лептину, где адипонектин в числителе, а лептин в знаменателе, как я уже упоминал, показывает, что адипонектин снижается, а лептин увеличивается. Это общее изменение, если соотношение адипонектина к лептину снижается, указывает на гипертрофию адипоцитов, то есть жировые клетки становятся больше, что и является точным изменением в производстве гормонов, которое наблюдается при росте жировых клеток. Когда жировая клетка увеличивается в размере, ее производство адипонектина снижается, а производство лептина увеличивается. Это суррогатный маркер размера адипоцитов. Действительно, это то, что мы наблюдаем.

Надеюсь, к этому моменту вы уже достаточно уверенно понимаете, о чем мы говорили. Мы обсудили, что такое микропластики и связанные с ними химические вещества, откуда они берутся и их конкретные эффекты, особенно на жировые клетки. Когда эти химические вещества попадают в организм, они напрямую активируют главные факторы транскрипции генов, что в конечном итоге способствует образованию адипоцитов. Мы видим именно это. Мы также обсудили, что такое соотношение адипоцитов. Это новое явление. Это очень интересно. Мы говорили о том, что соотношение адипоцитов не ограничивается только базальным эстроном. На самом деле, это адипоцит, который увеличивается. Да, вы говорите об одном и том же. Это связано с работой мозга. Мы говорили о соотношении адипоцитов. Я думаю, что часто мы можем изменить контекст газа или тестостерона и других факторов, или способ доставки этих веществ. Таким образом, сейчас это не только соотношение адипоцитов, которое влияет на баланс мышц. Хотя большая часть нашего обсуждения сосредоточена на жировых клетках, сами жировые клетки также влияют на здоровье кровеносных сосудов из-за инсулинорезистентности и воспаления. Существует прямая связь между микропластиками и повреждением стенок сосудов.

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти во многих странах мира, как в индустриальных, так и в развивающихся. Часть патологии сердечно-сосудистых заболеваний заключается в развитии атеросклеротической бляшки. Вы слышали о атеросклерозе и бляшках — это образования в стенках кровеносных сосудов, особенно коронарных артерий сердца, которые постепенно увеличиваются и в конечном итоге блокируют сосуды. Это может привести к инфаркту. Если это происходит в другом месте, возникает инсульт. Проблема известна, но неясны точные причины формирования бляшек. Существует множество теорий. Одна из них утверждает, что холестерин проникает в стенку сосуда и образует бляшку, но это слишком упрощенно и неверно. Есть доказательства, что причиной могут быть инфекции, когда бактерии заражают сосуды, вызывая иммунный ответ и накопление иммунных клеток, таких как макрофаги, что приводит к росту бляшки.

Еще одна идея заключается в том, что в организме могут находиться микропластики и нанопластики. В одном из значительных исследований, опубликованных в престижном журнале New England Journal of Medicine, анализировался состав атеросклеротических бляшек у пациентов, проходивших процедуры по их удалению. В ходе исследования было обнаружено, что в почти 60% образцов бляшек содержатся микропластики из полиэтилена. Кроме того, поливинилхлорид, другой вариант микропластиков, был найден в 12% образцов. Таким образом, почти три четверти пациентов с атеросклеротическими бляшками имели подтвержденное присутствие этих микропластиков.

При проведении продвинутой микроскопии, чтобы детально изучить бляшки, исследователи обнаружили наличие мелких, около одного микрометра в размере, зазубренных пластиковых частиц. Важно отметить, что известным компонентом атеросклеротических бляшек являются макрофаги, называемые пенистыми клетками.

Жировые макрофаги, в данном случае, взаимодействуют с зазубренными микропластиками или нанопластиками, которые внедряются в стенку поврежденного кровеносного сосуда. Одной из клеток, реагирующих на повреждение, является макрофаг, который пытается помочь. Макрофаг может проходить через стенку сосуда, распластываясь и как бы «всасывая» микропластики, начиная их поглощать.

Поглощение называется фагоцитозом, и макрофаг, поглощая эти вредные микропластики, превращается в пенистую клетку. Пенистая клетка считается основным клеточным компонентом ядра атеросклеротической бляшки. Проблема в том, что когда один макрофаг начинает поглощать микропластики, он выделяет провоспалительные цитокины, которые служат сигналом для других макрофагов. Это своего рода призыв к помощи: «Здесь много микропластиков, они повреждают эндотелий, мне нужна помощь». В результате появляется все больше макрофагов, поглощающих микропластики, и образуется больше пенистых клеток, что приводит к образованию ядра атеросклеротической бляшки.



Существуют прямые доказательства наличия этих пластиковых частиц в почти трех четвертях всех исследованных бляшек. Когда мы начинаем связывать все воедино, мы видим четкую связь: воздействие микропластиков и их химических веществ способствует гиперплазии и гипертрофии жировых клеток, вызывая их воспаление и инсулинорезистентность. Эта системная воспалительная реакция и инсулинорезистентность, исходящие от жировых клеток, а также, возможно, происходящие в кровеносных сосудах, увеличивают риск заболеваний, таких как диабет второго типа и сердечно-сосудистые заболевания.

Микропластики так распространены, что их трудно избежать. Однако есть некоторые стратегии, которые могут помочь. Важно быть внимательным к типам моющих средств и мыла, выбирая те, которые не содержат фталатов и BPA. Также стоит обратить внимание на типы пластиковых контейнеров, из которых вы пьете воду. Интересно, что сейчас дети очень увлечены металлическими или стеклянными бутылками для воды, в то время как, когда я учился, никто не носил с собой бутылки — мы просто пили из фонтанчиков.

Теперь это также зависит от времени и температуры. Одна из проблем с бутилированной водой в пластиковых бутылках заключается в том, что она часто находится в бутылке долго, что дает больше времени для вымывания химических веществ и пластика, а также нагрева. Если эти бутылки с водой подвергались нагреву, что вполне вероятно в процессе транспортировки, это также ускоряет вымывание этих химикатов в воду. Поэтому нам стоит быть осторожнее с лосьонами, моющими средствами, бутылками и т. д., чтобы минимизировать наше воздействие.

В сегодняшней лекции мы обсудили некоторые довольно сложные, надеюсь, не слишком сложные, способы, которыми микропластики и связанные с ними химические вещества, такие как BPA и фталаты, могут влиять на биологию жировых клеток и сосудистую физиологию. Являясь причиной гипертрофии адипоцитов и хронического воспаления, эти мелкие частицы оказывают значительное влияние на метаболическое здоровье. Снижение нашего воздействия на микропластики и связанные с ними химические вещества должно стать важной частью нашей стратегии по улучшению метаболического здоровья. Надеюсь, эта информация была полезной. Если это так, поделитесь ею с другом. До следующего раза — больше знаний, лучшее здоровье.