Многочисленные исследования показали, что интервальное голодание улучшает обмен веществ и иммунитет. Ключевую роль в понимании биохимических процессов, лежащих в основе этих полезных эффектов, сыграли эксперименты на грызунах. Однако эти эксперименты ограничивались только изучением самцов, что значительно сужает понимание роли, которую оказывает половая принадлежность на эффект от интервального голодания. Чтобы расширить эти знания, международная группа ученых сравнила биохимические процессы у самцов и самок мышей от голодания через день.
Дизайн исследования
Разнополые мыши две недели питались через день: один день – ели вволю, а в другой день их совсем не кормили.
Через две недели ученые измеряли у животных активность генов в клетках печени и количественное содержание соответствующих белков. Чтобы изучить нюансы биохимических процессов и их взаимосвязь, в экспериментах участвовали разные группы мышей:
- Мыши дикого типа.
- Лабораторные мыши, генетически идентичные, с полностью расшифрованным геномом.
- Генно-модифицированные мыши – с дефицитом врожденного иммунитета.
- Самцы, которым сделана гонадэктомия (кастрация), чтобы изучить влияение тестостерона на врожденный иммунитет.
- Самки, которым сделана овариоэктомия (удаление яичников) – для оценки влияния эстрогена на иммунные реакции.
- Идентичные группы мышей, содержавшиеся в одинаковых условиях, но территориально в разных местах – в Австралии и во Франции.
Также некоторым животным вводили имитаторы вируса, чтобы оценить роль голодания через день на иммунные реакции при инфекционном заболевании.
Интервальное голодание улучшает массу тела и процент жировой ткани
Голодание через день влияло на синтез примерно 5 500 белков в клетках печени обоих полов. В результате улучшалось метаболическое здоровье и стимулировались биохимические изменения в печени.
У самцов и самок наблюдались схожие изменения в ответ на интервальное голодание через день. Соизмеримо изменялись:
- масса тела;
- процент жировой ткани;
- уровень глюкозы натощак;
- уровень кетонов плазмы;
- содержание неэтерифицированных (свободных) жирных кислот.
Однако были выявлены существенные различия в активации генов и в соответствующих биохимических процессах.
Изменения в источниках энергии при голодании через день зависят от пола
Эксперимент подтвердил результаты предыдущих исследований – у самцов повышался уровень белков, участвующих в окислении жирных кислот. Однако оказалось, что у самок это повышение более значительно.
Обратная зависимость наблюдалась в концентрации ключевых белков, которые необходимы для синтеза жирных кислот. У самцов они были повышены, как и в предыдущих исследованиях, а у самок, наоборот, снижены:
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
Обозначения на графике:
- Male – самцы
- Female – самки
- EODF – питание через день (every-other-day fasting)
- Adlib, AL – питание без ограничений (ad libitum)
- Вертикальная шкала – активированные гены
Отличия в метаболизме жирных кислот побудили ученых проанализировать и другие ключевые биохимические процессы, которые влияют на энергетические запасы организма. Результат представлен в виде тепловой карты активности соответствующих генов для каждого метаболического пути: гликолиз (glycolysys), синтез жирных кислот (FA synthesis), окисление жирных кислот (FA oxidation), синтез кетонов (ketone synthesis), синтез холестерина (cholesterol biosynthesis):
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
Половая принадлежность при голодании через день ощутимо влияет на пути получения энергии организмом. Например, у самцов активнее, чем у самок, увеличивается число ферментативных реакций для расщепления глюкозы, а у самок активнее происходит синтез кетонов. Данное наблюдение подтверждает предыдущие: более низкий уровень кетонов в крови у самок свидетельствует об активном использовании этого источника энергии.
В предыдущих исследованиях было установлено, что периодическое голодание увеличивает у мужчин синтез холестерина. Однако настоящий эксперимент показывает, что у самок этот процесс происходит более интенсивно.
Также у самцов сильнее повышается количество ферментов для синтеза жирных кислот. И наоборот, у самок активнее белки, участвующие в катаболизме липидов.
Дополнительный интерес ученых вызвали белки плазмы крови аполипопротеины, уровень которых вырос у обоих полов в результате интервального голодания. Аполипопротеины важны, поскольку являются частью липопротеинов высокой плотности, удаляющих холестерин со стенок сосудов.
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
Изменения в гормональной системе при интервальном голодании связаны с половой принадлежностью
Гормон адипонектин – один из белков, чей синтез меняется при голодании через день. Этот гормон вырабатывается клетками жировой ткани под воздействием инсулина. Адипонектин регулирует уровень глюкозы и необходим для расщепления жирных кислот.
У обоих полов уровень адипонектина увеличился в результате интервального голодания. У самок при питании через день наблюдался значительно более высокий уровень адипонектина, чем у животных, питавшихся вволю:
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
Половые гормоны влияют на врожденный иммунитет и воспаление при голодании через день
Интервальное голодание значительно влияло на врожденную иммунную систему. Например, у обоих полов были существенно снижены провоспалительные белки, в частности белки комплемента и сывороточные амилоидные белки:
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
Для ученых оказались неожиданными разные реакции системы интерферона у самцов и самок на голодание через день.
Интерфероны – сигнальные белки врожденного иммунитета. Они запускают в организме все механизмы противовирусной защиты и обеспечивают взаимодействие между врожденным и приобретенным иммунитетом. Интерфероны играют важную роль в борьбе организма с бактериями, грибками, раковыми клетками, регулируют силу иммунного ответа, оказывают влияние на старение организма.
У самок, голодающих через день, сильнее, чем у самцов, активировались гены, стимулированные интерфероном альфа (ИФН-α):
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
Ученые оценили, насколько этот эффект от интервального голодания зависит от восприимчивости клеток организма к молекулам интерферона. Эксперимент повторили на двух группах мышей. Первая группа – мыши дикого типа. Вторая группа – генно-модифицированные мыши с дефицитом иммунитета, клетки которых не способны улавливать сигналы системы интерферона альфа.
В результате у обоих полов мышей дикого типа наблюдалась та же самая активность генов, стимулированных ИФН-α, а у иммунодефицитных мышей активность тех же генов полностью отсутствовала, как у самцов, так и у самок. Ученые не обнаружили других отличий в активности генов и синтезе белков. Вывод: молекулы интерферона альфа необходимы, чтобы в результате голодания через день наблюдалась повышенная активация интерферон-стимулированных генов.
Далее ученые исследовали роль половых гормонов на передачу сигналов интерферона альфа при интервальном голодании. Для этого самцам была проведена гонадэктомия (кастрация), а самкам – овариоэктомя (удаление яичников).
В результате у кастрированных самцов, питавшихся через день, наблюдалась дополнительная активность генов, стимулированных белками ИФН-α. Однако она была небольшой и не являлась статистически значимой. Напротив, у кастрированных самцов, питавшихся вволю, эти же гены были существенно более активными, чем у некастрированных животных, также питавшихся без ограничений. Кастрированные самцы имели более высокую жировую массу, но тот же уровень глюкозы натощак. Причем у этих же особей под влиянием интервального голодания дополнительно увеличились уровни белков, участвующих в окислении жирных кислот и синтезе кетонов. Вывод: кастрация делает метаболическую реакцию самцов на интервальное голодание похожей на реакцию самок.
Результаты самок после овариоэктомии оказались более разнообразными, чем у самцов. Как и ожидалось, уровни ключевых интерферон-стимулированных белков были снижены вне зависимости от особенностей питания. Однако активность соответствующих генов оказалась выше, когда самки питались через день. Вывод: эстроген способствует синтезу интерферон-стимулированных белков, но, в то же время, он не регулирует саму передачу сигналов интерферона альфа.
Также у самок после овариоэктомии наблюдались значительные метаболические изменения. У этих самок был снижен уровень глюкозы натощак и наблюдался более высокий уровень инсулина натощак. У этих самок так же, как и у самцов, была повышена жировая масса. При питании через день у самок после овариоэктомии был значительно снижен синтез холестерина по сравнению с нестерилизованными самками.
На следующем этапе ученые оценили вклад окружающей среды на передачу сигналов интерферона альфа при питании через день. Сравнили мышей с одинаковым и полностью расшифрованным геномом, которые в одинаковых условиях содержались в лабораториях Австралии и Франции.
При питании через день у мышей, содержащихся во Франции, синтез интерферон-стимулированных белков был ниже, чем у мышей в Австралии. Также наблюдались отличия в метаболизме. У самок во Франции была значительно снижена выработка ферментов для синтеза холестерина, но биохимия окисления жирных кислот не изменилась:
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
В заключительном эксперименте ученые оценили, как интервальное голодание влияет на имитацию вирусного заражения у обоих полов. В одном случае мышам вводили имитатор вирусной оболочки (вирусный миметик), во втором – имитатор вирусной РНК (polyI:C).
PolyI:C значительно снижал температуру у мышей, питавшихся вволю, а у животных, евших через день, такого не происходило.
Также наблюдался более активный синтез интерферон-стимулированных белков у мышей, питавшихся вволю, при стимуляции polyI:C. Причем у самок, питавшихся через день, не было аналогичного дополнительного увеличения. Ученые предполагают, что интервальное голодание у самок при введении имитатора РНК не вызывает дополнительной активации интерферона альфа, поскольку этот сигнальный путь уже максимально активирован при интервальном голодании:
Источник изображения: https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00570-3
В метаболических путях не наблюдалось заметной разницы при имитации вирусного заражения у обоих полов в случаях, когда одна группа ела вволю, а вторая – питалась через день.
Выводы
В зависимости от пола интервальное голодание оказывает различное влияние на метаболические процессы, иммунную систему и гормоны. На мышиной модели эти различия проявляются быстро – за 2 недели питания через день.
У самок при интервальном голодании больше активируется получение энергии через окисление жирных кислот, синтез кетонов и холестерина. У самцов – усиливаются синтез жирных кислот и гликолиз.
При голодании через день улучшается липидный профиль, регуляция уровня глюкозы, метаболизм жирных кислот. Степень улучшения сопоставима у обоих полов.
Изменения в иммунной системе при интервальном голодании связаны с приблизительно одинаковым уменьшением системного воспаления. Однако значительная разница между полами наблюдается в реакции интерферона альфа – сигнальной системе врожденного иммунитета. Сигнальный путь ИФН-α значительно сильнее активируется у самок, чем у самцов. Причем имитация вирусного заражения не приводит у самок к дополнительной активации системы интерферона. Ученые считают, что такой эффект связан с тем, что у самок этот путь уже максимально активирован из-за питания через день.
Полезная статья, нужная информация? Поделитесь ею!
Кому-то она тоже будет полезной и нужной:
