С возрастом наши гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки (ГСК) теряют способность производить новые красные и белые кровяные тельца и другие жизненно важные компоненты крови, что способствует хроническому воспалению и ускоряет возникновение рака крови и дегенеративных заболеваний.
Исследователи из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и Комплексного онкологического центра Монтефиоре Эйнштейна (MECCC), назначенного Национальным институтом рака, обнаружили, что нарушение функции HSC можно предотвратить или даже обратить вспять, снизив уровень железа в этих взрослых стволовых клетках. Результаты опубликованы в журнале Cell Stem Cell.
«Мы показали, что это снижение функции HSC не является неизбежным и, по-видимому, обратимо», — сказала старший автор исследования Бритта Уилл. «Снизив уровень железа внутри клетки с помощью клинически доступного препарата, мы смогли восстановить молодой пул ГСК у пожилых мышей. Эта простая стратегия лечения обещает замедление заболеваний, связанных со старением, а также хронических воспалительных заболеваний и рака крови».
Ранее доктор Уилл и ее коллеги заметили, что элтромбопаг, препарат, используемый для повышения уровня тромбоцитов в крови, также стимулирует активность ГСК. Тогда исследователи обнаружили, что это улучшение происходит потому, что элтромбопаг удаляет или хелатирует железо из ГСК. Их новое исследование показало, что количество железа внутри ГСК определяет судьбу и функцию клеток.
Проанализировав ГСК, исследователи обнаружили, что избыток внутриклеточного железа активирует воспаление внутри ГСК и подталкивает их к состоянию покоя — состоянию, в котором функции клеток значительно замедляются, что похоже на спячку у животных. Состояние покоя ограничивает способность ГСК создавать больше копий самих себя и производить достаточное количество высококачественных клеток крови. И наоборот, ГСК с ограниченным уровнем железа легко размножаются и эффективно реагируют, когда требуется больше компонентов крови.
«По сути, ограничение железа регулирует и защищает регенеративную способность стволовых клеток — их способность делиться и дифференцироваться в клетки крови», — сказал соавтор статьи Юн-Руэй Као.
Каким механизмом ограничение железа поддерживает здоровье ГСК? В исследованиях с участием молодых мышей ученые обнаружили, что низкий уровень железа вызывает молекулярный ответ в ГСК, который временно увеличивает метаболизм жирных кислот, усиливая генетические программы в ГСК после того, как они размножаются у молодых животных. Напротив, было обнаружено, что HSC у старых мышей содержат повышенный уровень железа, который ингибирует активацию этого недавно открытого пути метаболизма жирных кислот.
Затем исследователи изучили, улучшит ли удаление железа из ГСК производство клеток крови у старых и стареющих мышей. Чтобы снизить уровень железа в ГСК, команда вводила старым мышам хелатор железа дефероксамин ежедневно в течение 14 дней.
По сравнению с контрольной группой, старые ГСК, подвергнутые хелатированию железа, продуцировали значительно больше клеток крови после того, как их ГСК были трансплантированы другим мышам. Более долгосрочное хелатирование железа имело еще более выраженный эффект: когда 6-месячным мышам (среднего возраста) давали хелатор железа в течение 13 дополнительных месяцев (до пожилого возраста), ГСК животных демонстрировали до 10-10-месячного возраста. кратное увеличение регенеративной способности по сравнению с контролем.
Поскольку старение широко связано с системным дефицитом железа, врачи часто советуют пожилым людям принимать добавки железа или есть больше продуктов, богатых железом. Это дополнительное железо снижает риск железодефицитной анемии, источника многочисленных проблем со здоровьем. Эти рекомендации по-прежнему актуальны, объясняет Уилл. Она отметила, что метаболизм железа может ухудшаться с возрастом, что приводит к дефициту железа в одних органах и перегрузке железом в других, в том числе в костном мозге, где расположено множество ГСК.
«Ключевой вывод нашего исследования — что хелаторы, нейтрализуя нагрузку железа внутри ГСК, могут позволить ГСК оставаться здоровыми до старости — потенциально важен», — сказала Уилл. «Насколько нам известно, это первый случай, когда неинвазивная стратегия успешно омолаживает стволовые клетки. Но, как и все экспериментальные стратегии, ее необходимо оценить в клинических условиях, чтобы убедиться в ее безопасности и эффективности».
Доктор Уилл в настоящее время исследует ГСК и железо с нескольких точек зрения: как безопасно ограничить содержание железа в ГСК во время старения; может ли ограничение уровня железа в ГСК предотвратить их трансформацию, связанную со старением, в раковые ГСК; и в какой степени другие взрослые стволовые клетки, например, клетки кишечника, зависят от ограничения железа для надежной регенерации тканей и органов.
