Мы опасаемся, что это металл, который воры украдут из наших кондиционеров или линий электропередач, но внутри нашего тела слишком много меди может привести к гораздо большим потерям.
У ученых есть доказательства того, что при диабете медь может накапливаться внутри наших клеток, нанося ущерб нашей способности создавать новые кровеносные сосуды, что называется ангиогенезом. Эта нарушенная способность возникает даже тогда, когда болезнь делает существующие стенки кровеносных сосудов менее гибкими, более протекающими и более склонными к накоплению отложений зубного налета и шрамов, которые препятствуют хорошему кровотоку.
Нарушение ангиогенеза способствует возникновению множества проблем, от сердечных приступов до смерти нервов, потери конечностей и плохого заживления ран.
«Проблема в том, что болезнь нарушает здоровый баланс меди, что чаще всего способствует образованию новых кровеносных сосудов», – говорит доктор. Тору Фукаи, сосудистый биолог и кардиолог Центра сосудистой биологии Медицинского колледжа Джорджии Университета Огаста.
По словам Фукаи, лечение, нацеленное на ATP7A, переносчик меди, который обычно помогает обеспечить здоровый уровень меди для самых разных функций нашего организма, однажды может помочь пациентам с диабетом восстановить врожденную способность создавать здоровые новые кровеносные сосуды.
"Обычно медь необходима для ангиогенеза," говорит доктор. Масуко Ушио-Фукаи, также сосудистый биолог MCG. "Но при воспалительных заболеваниях, таких как диабет, уровень меди в клетках становится чрезмерным. Что происходит в этом избыточном состоянии меди??"
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, диабет поражает почти 10 процентов взрослого населения Америки. Фукаи и Ушио-Фукаи – соисследователи нового 2 доллара.Грант в размере 7 миллионов от Национального института здоровья, который позволяет им дополнительно проанализировать нездоровый избыток меди, с которым могут столкнуться эти люди.
В нашем организме есть система, позволяющая избежать накопления слишком большого количества этого необходимого микронутриента, – говорит Фукаи, Барбара А. Кафедра Schnuck по трансляционной медицине.
По его словам, центральным элементом этой системы является ATP7A, всепроникающий естественный переносчик меди, основной задачей которого является регулирование внутриклеточного уровня меди. После того, как мы потребляем медь в таких продуктах, как орехи и цельное зерно, ATP7A забирает ее из тонкого кишечника и транспортирует ко многим тканям организма, которые в ней нуждаются.
Обычно и ATP7A, и медь находятся в части клетки, называемой аппаратом Гольджи. Но когда по какой-либо причине начинает накапливаться слишком много меди, ATP7A переносит ее из аппарата Гольджи на клеточную мембрану для удаления, говорит Ушио-Фукаи. При диабете они обнаружили, что баланс нарушен.
По словам Ушио-Фукаи, эндотелиальные клетки, выстилающие наши кровеносные сосуды, используют много меди, но при диабете обычно высокий уровень ATP7A низкий, а уровень меди высокий. "Мы хотим знать почему."
Они задокументировали этот дисбаланс как на животных моделях, так и на эндотелиальных клетках человека у пациентов с диабетом 2 типа.
В то время как пара изучает больше о том, почему с отдельным грантом, они теоретизируют, что ATP7A и его связь с медью является неотъемлемой частью здоровых функций восстановления сосудов, таких как ангиогенез и защита целостности барьера эндотелиальных клеток.
Они уже показали, что низкие уровни ATP7A являются основным фактором дисфункционального ангиогенеза, потому что, когда они дают транспортный белок диабетическим мышам и мышам с генетически измененной способностью к переносу меди, естественная способность восстанавливается, говорит Фукаи.
Теперь они собирают больше кусочков, показывая, например, что IQGAP1 – белок каркаса, участвующий в передаче сигналов и поддержании содержимого клетки в нужном месте, таком как ядро или клеточная мембрана, – способствует передаче сигналов фактора роста эндотелия сосудов, или VEGF. VEGF необходим для создания кровеносных сосудов, и IQGAP1 связывается с его ключевым рецептором, рецептором 2 VEGF.
Хотя известно, что передача сигналов рецептора 2 VEGF нарушается при диабете, они обнаружили, что снижение уровня ATP7A, по-видимому, ответственно за деградацию рецептора, говорит Фукаи. Теперь они видят, как стабилизация нормального уровня меди влияет на ангиогенез и барьерную функцию эндотелиальных клеток как в клетках, взятых у мышей с диабетом, так и в крошечной сосудистой сети пациентов с диабетом 2 типа.
Они также узнают больше о том, как низкие уровни ATP7A нарушают передачу сигналов VEGF и, в конечном итоге, целостность эндотелиальных клеток. Это включает в себя изучение взаимосвязей, например, позволяет ли связывание ATP7A с IQGAP1, которое они уже связали с VEGF, поддерживать процессы, работающие должным образом, и предотвращает ли деградацию рецептора VEGF.
Они также продолжают исследовать терапевтический потенциал ATP7A на различных моделях животных, включая модели диабета 1 и 2 типа на фоне ишемии конечности, что является распространенной проблемой для пациентов.
Медь содержится в различных продуктах питания, таких как орехи, мак и семена подсолнечника, нут, мясные субпродукты, такие как печень, устрицы и злаки с пшеничными отрубями. Медные добавки уже используются для улучшения заживления ран и при остеоартрите и остеопорозе, а также при редком дефиците меди, который может вызвать анемию, поскольку металл необходим для усвоения железа. Аномальный уровень меди также был связан с дегенерацией мозга, чрезмерным кровотечением, хрупкой кожей и седыми волосами. "Это как бы имитирует процесс старения," Фукаи говорит.
В настоящее время нет известных лекарств, повышающих уровень ATP7A, поэтому многие подвиги Фукаи и Ушио-Фукаи включают поиск способов сделать это у людей.
Более 100 миллионов U.S. По данным CDC, взрослые страдают диабетом или преддиабетом, и диабет является седьмой по значимости причиной смерти в этой стране. Осложнения для здоровья включают преждевременную смерть, болезни сердца, инсульт, почечную недостаточность и ампутацию пальцев ног, ступней или ног.
Ученые говорят, что рост большинства новых кровеносных сосудов является реакцией на травму или ишемию. Беременность, когда в организме матери образуется сосудистая сеть, которая снабжает плод питательными веществами и кислородом и выводит отходы плода, является еще одним примером врожденной функции ангиогенеза, которая нарушается при диабете.