آیا تنظیم مجدد ساعتهای داخلی بدن ما می تواند به کنترل دیابت کمک کند؟

31ژانویه 2020 - سیستم ساعت شبانه روزی، از کلمه ی لاتینcirca diem" بمعنای حدود یک روز" اقتباس شده است، وبه ارگانیسم ها اجازه می دهد تا تغییرات دوره ای از زمان ژئوفیزیکی را پیش بینی کرده و با این تغییرات سازگار شوند. تقریباً تمام سلولهای بدن ما دارای ساعتهای مولکولی هستند که عملکردهای متابولیکی را با چرخه ی 24 ساعته تغییرات شبانه روز تنظیم و هماهنگ می کنند. امروزه شواهد در حال افزایش نشان می دهد که اختلالات در ساعتهای داخلی ما ناشی از تغییرات مکرر منطقه زمانی، برنامه کاری نامنظم یا افزایش سن، تأثیر قابل توجهی در پیشرفت بیماریهای متابولیکی در انسان از جمله دیابت نوع 2 دارد. به نظر می رسد چنین اختلالاتی از عملکرد صحیح سلول ها در جزایر پانکراس برای ترشح انسولین و گلوکاگون که سطح قند خون را تنظیم می کنند، جلوگیری می نماید. محققان دانشگاه ژنو (UNIGE) و بیمارستانهای دانشگاه ژنو (HUG) در سوئیس با مقایسه ی سلولهای لوزالمعده از اهدا کنندگان مبتلا به دیابت نوع 2 با افراد سالم، توانستند برای اولین بار اثبات کنند که نوسانگرهای شبانه روزی سلول های جزایر لوزالمعده ی اهدا کنندگان مبتلا به دیابت نوع 2 دچار اختلال شده اند. اختلال در ساعتهای شبانه روزی با اختلال در ترشح هورمون ها همزمان بود. علاوه بر این، محققان با استفاده از یک مولکول تعدیل کننده ی ساعت با نامNobiletin ، که از پوست لیمو استخراج نمودند، موفق به "تعمیر" ساعتهای سلولی مختل شده و ترمیم قسمتی از عملکرد سلولهای جزایر شدند. این نتایج، که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده منتشر شده است، برای اولین بار بینشی از یک رویکرد نوآورانه را برای مراقبت از دیابت ارائه می دهد.

دو سال پیش این تیم به سرپرستی دکترCharna Dibner ، پژوهشگر اصلی در بخشهای پزشکی و فیزیولوژی سلولی و متابولیسم و ​​مرکز دیابت دانشکده پزشکی UNIGE وHUG ، نشان داده بود که در جوندگان، آشفتگی ساعتهای سلولی لوزالمعده منجر به اختلال در ترشح انسولین و گلوکاگون و در نتیجه تحریک شروع دیابت می شود. اما اوضاع در انسان چگونه است؟

دکتر Volodymyr Petrenko، محقق آزمایشگاه دکتر Dibner و نویسنده اول این مقاله می گوید: ما قبلاً نیز مشاهده كرده بودیم كه اگر در ساعتهای سلولهای پانكراس انسان به طور مصنوعی در محیط كشت سلولی در شرایط آزمایشگاهی اختلال ایجاد کنیم، ترشح هورمونهای كلیدی جزایر- انسولین و گلوكاگون- به خطر می افتد. از این رو، مرحله بعدی از تحقیق ما این بود که به بررسی اختلال در ریتم های شبانه روزی جزایر لوزالمعده ی افراد مبتلا به دیابت نوع 2 بپردازیم، و اگر این موضوع اثبات شود، چگونگی تاثیر این آشفتگی را بر عملکرد جزایر بررسی کنیم.

دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ bioluminescence-fluorescence time-lapse ، به ردیابی فعالیت ساعت مولکولی در سلولهای زنده با گذشت زمان پرداختند. دانشمندان رفتار سلولهای لوزالمعده ی گرفته شده از اهدا کنندگان دیابتی نوع 2 و افراد سالم را در طول روز با هم مقایسه کردند. دکتر Dibner می گوید: این نتیجه گیری غیرقابل انكار بود. دامنه نوسانات شبانه روزی ریتم های بیولوژیکی سلول های جزایر در دیابت نوع 2 ، و همچنین ظرفیت همگام سازی آنها کاهش یافته بود. در نتیجه دیگر ترشح هورمون ها با زمان نیاز به آنها هماهنگ نبود. علاوه بر این، نقص موقت در هماهنگی ترشح انسولین و گلوکاگون مشاهده شده در بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 قابل مقایسه با زمانی بود که در ساعت شبانه روزی سلولهای جزایر سالم بطور مصنوعی اختلال ایجاد می کردیم.

همه مرتبط با هماهنگی زمانی است!

دکتر Dibner گفت: ساعت های شبانه روزی نشانگر چرخه ی روزانه ی حاکم بر عملکردهای مختلف سلولی هستند. چندین سطح هماهنگ سازی برای این ساعت ها وجود دارد که اصلی ترین آنها نور است، که به طور خاص ساعت مرکزی واقع در هیپوتالاموس مغز را تنظیم می کند. این ساعت مرکزی مانند یک رهبر ارکستر، ساعتهای محیطی موجود در اندام ها و سلول ها را تنظیم می کند. بنابراین ساعت های محیطی تا حدی به طور مرکزی تنظیم می شوند، اما بسته به عملکرد آنها، در هر اندام و حتی در هر سلول، متفاوت هستند. وی ادامه داد: ریتم ساعتهای سلولی در لوزالمعده همچنین بر اساس ناشتا بودن و مصرف مواد غذایی و چرخه ی نوری، ترشح هورمونها را تنظیم می کند. بنابراین، هماهنگی تمام سطوح تنظیمی، بهینه سازی کارکردهای متابولیکی را امکان پذیر می کند. از تنظیم خارج شدن ساعتهای جزایر لوزالمعده منجر به اختلال در عملکرد این سلولها می شود: آنها دیگر سیگنال های مشتق از غذا را پیش بینی نمی کنند و در واقع، اگر شما همان غذایی را که در روز می خورید در شب میل کنید، ممکن است به دلیل یک پاسخ ضعیف(زیر حد بهینه) متابولیسمی، خیلی سریع دچار افزایش وزن شوید.

زمان مناسب را دوباره تنظیم کنیم

در مرحله ی دوم تحقیقات، دانشمندان ژنو از ماده ی طبیعی Nobiletin، که یک مولکول کوچک تعدیل کننده ساعت بدن است و از پوست لیمو استخراج می گردد، برای تنظیم مجدد ساعت های شبانه روزی استفاده کردند. تأثیر Nobiletin بر روی ساعتهای شبانه روزی اخیراً کشف شده است. ولدیمیر پترنكو می گوید: این ماده با تاثیر بر یكی از مؤلفه های اصلی ساعت ، دامنه نوسانات موجود در جزایر انسانی را به طور موثری تنظیم کرد و به محض اینکه ساعت ها به وضعیت نوسانی نرمال باز گشتند، همچنین شاهد ترشح انسولین بودیم.

دکتر Dibner می گوید: این اولین اثبات این اصل است که ترمیم ساعت هایی که دچار اختلال شده اند، روزی ممکن است به بهبود عملکرد ترشح هورمون ها از جزایر لوزالمعده کمک کند. وی ادامه داد: ما به کشف این مکانیسم ترمیمی در داخل بدن، ابتدا در مدل های حیوانی ادامه خواهیم داد. جامعه ما رشد همه گیری بیماری های متابولیکی را همزمان با برنامه های کار شیفتی و اختلال در برنامه های غذایی و کمبود خواب، تجربه کرده است، ما امیدواریم با هماهنگ سازی مجدد ساعتهای مولکولی آشفته، یا توسط برنامه های شخصی برای غذا خوردن و ورزش و یا با کمک مولکول های تعدیل کننده ی ساعت، در نهایت بتوانیم یک راه حل ابتکاری را برای حل اپیدمی مشکل متابولیکی که بر بخش فزاینده ای از جمعیت جهان تاثیر گذاشته است، ارائه دهیم.

منبع:

Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201916539 DOI: 10.1073/pnas.1916539117

www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200131074205.htm