Ваша ранняя жизнь может незаметно создать почву для развития диабета 1-го типа — всё более распространённого пожизненного заболевания, которое существенно влияет на повседневную жизнь.
Исследование нашей команды, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что биологические пути, связанные с будущим диабетом 1-го типа, могут начинаться уже во время беременности, и что эти признаки можно обнаружить в пуповинной крови. Как группа, мы изучаем, как живые системы реагируют на стресс. Понимание ранней биологии диабета 1-го типа помогает выявить окна возможностей для более раннего лечения заболевания.
Стрессоры раннего возраста и диабет 1-го типа
Диабет 1-го типа поражает поджелудочную железу. А именно — её инсулин-продуцирующие бета-клетки, которые помогают контролировать уровень сахара в крови, постепенно разрушаются. Хотя это состояние обычно приписывают дисфункции иммунной системы, растущее число исследований показывает, что сами бета-клетки играют активную роль в развитии заболевания. Бета-клетки испытывают стресс, когда перегружены или подвергаются воздействию вредных условий. В некоторых случаях они могут даже самоуничтожиться ещё до того, как иммунная система подаст признаки воздействия на поджелудочную железу. К потенциальным стрессорам относятся инфекция, повышенные энергетические затраты и меньший размер поджелудочной железы.
Диабет 1-го типа не вполне вписывается в традиционное определение аутоиммунного заболевания. В конечном счёте он развивается, когда организм больше не может вырабатывать достаточно инсулина. В периоды повышенной потребности в инсулине (например, после употребления большого количества углеводов или во время инфекции) бета-клетки вынуждены работать интенсивнее. Когда stressed (стрессированные) бета-клетки перестают функционировать должным образом или погибают, они высвобождают молекулярные сигналы, которые могут активировать иммунный ответ. Это поднимает возможность того, что иммунные реакции в некоторых случаях могут следовать за повреждением бета-клеток, а не инициировать его. Эти наблюдения позволяют предположить, что стрессированные бета-клетки не просто следствие диабета 1-го типа, но и фактор его возникновения.
Изучение диабета в общей популяции
Наша команда хотела выяснить, можем ли мы обнаружить ранние признаки уязвимости бета-клеток ещё до появления симптомов диабета 1-го типа — или даже до того, как иммунная система начнёт атаковать поджелудочную железу. Хотя генетика действительно играет роль в диабете 1-го типа, всё больше людей без семейной истории диабета заболевают им. Большинство существующих исследований были сосредоточены на детях с высоким генетическим риском, отчасти потому, что диабет 1-го типа, хотя и становится более распространённым, остаётся относительно редким (им страдает менее 1% людей в мире), что затрудняет его изучение до начала заболевания.
Вместо этого мы решили изучать детей из общей популяции, а не только тех, кто известен как группа высокого риска. Мы использовали данные когорты All Babies in Southeast Sweden — лонгитюдного исследования, основанного одним из нас, Джонни Лудвигссоном, которое наблюдает за матерями и их детьми с конца 1990-х годов. В рамках исследования исследователи собирали и хранили образцы пуповинной крови. Спустя десятилетия мы выбрали образцы детей, у которых впоследствии развился диабет 1-го типа, и проверили их на наличие белков, участвующих в воспалении. Затем мы использовали инструменты машинного обучения для выявления факторов, связанных с риском заболевания.
Белки-предсказатели: что показывает пуповинная кровь
Мы обнаружили, что уровни нескольких белков в пуповинной крови предсказывали вероятность развития диабета 1-го типа у детей в этой когорте. Эти биомаркеры распределились по нескольким категориям: белки, помогающие молекулам достичь цели; белки, не принадлежащие организму (например, загрязнители); белки, участвующие в поддержании клеточной структуры; и белки, регулирующие иммунные реакции.
Наш инструмент машинного обучения также выявил некоторые белки, связанные с отсутствием будущего диабета 1-го типа. Эти белки, такие как тканевой ингибитор металлопротеиназ-3 (TIMP3) и аденозиндеаминаза (ADA), известны тем, что регулируют воспаление, подавляя гиперактивные иммунные реакции, поддерживают здоровую клеточную коммуникацию и улучшают выработку инсулина.
Мы обнаружили, что уровни двух специфических белков лучше всего предсказывали, разовьётся ли у ребёнка диабет 1-го типа: IDS (помогает расщеплять длинные молекулы сахара, придающие тканям прочность и гибкость) и HLA-DRA (участвует в активации иммунной системы). Известно, что диабет 1-го типа влияет на длинные молекулы сахара, которые расщепляет IDS, в нескольких органах.
Важно, что способность этих белков предсказывать риск заболевания не сильно зависела от генетики. Хотя некоторые различия были более выражены у детей с определёнными вариантами HLA, связанными с повышенным риском диабета 1-го типа, включение этой информации в наш алгоритм машинного обучения лишь незначительно улучшило точность. Вместо этого сами белки определяли риск заболевания.
Диабет 1-го типа не неизбежен
Для ясности: идентифицированные нами биомаркеры отражают возможность, а не судьбу. Подобно артериальному давлению или показателям роста, эти показатели могли бы рассказать врачам о риске заболевания человека и способах его лечения. В настоящее время скрининг на диабет 1-го типа обычно полагается на генетическое тестирование и тестирование на наличие аутоантител — белков, указывающих на то, что организм атакует инсулин-продуцирующие клетки. Однако к моменту появления аутоантител может быть уже слишком поздно для устранения биологических изменений, которые создали почву для диабета 1-го типа.
Некоторые из наблюдаемых нами маркеров могут быть связаны с широко распространёнными факторами окружающей среды, включая PFAS и другие «вечные химикаты», влияющие на риск заболеваний. Понимание того, как эти токсичные вещества, с которыми беременные женщины регулярно и непреднамеренно контактируют, влияют на раннюю биологию, может лечь в основу экологической политики и политики общественного здравоохранения.
Открытие окон возможностей
Наши выводы показывают, что пуповинная кровь может помочь врачам и родителям более активно реагировать на риск диабета 1-го типа у ребёнка. Пуповинную кровь часто выбрасывают во время родов. Но эти «отходы» могут содержать ценную информацию о ранней жизни и будущих исходах для здоровья. Помимо своей потенциальной ценности для раннего скрининга, пуповинная кровь уже используется для получения спасительных стволовых клеток. Наша работа добавляет аргументов к растущему числу доказательств того, что пуповинная кровь является важным ресурсом для поддержания здоровья детей.
Мы всё ещё далеки от внедрения наших выводов в клиническую практику. Наше исследование выявило биомаркеры, связанные с последующим развитием диабета 1-го типа, в группе шведских детей. Теперь нам нужно изучить более широкие популяции и биомаркеры, а также понять биологию, стоящую за этими сигналами. Выявление того, существуют ли специфические факторы в первые несколько лет жизни, на которые можно повлиять, чтобы компенсировать эти белковые дисбалансы, могло бы помочь снизить риск заболевания.
Наша группа также изучает маркеры пуповинной крови в связи с другими состояниями, включая детское ожирение, депрессию, аутизм и воспалительные заболевания кишечника. Будучи командой, возглавляемой специалистами по анализу данных, педиатрами и микробиологами, мы используем биологические данные для поиска ранних признаков этих состояний, чтобы найти возможности поддержать детей до того, как болезненные пути будут заложены. В перспективе это может привести к созданию простого неонатального скрининга, который позволит начинать профилактику — возможно, изменение диеты, образа жизни или даже ранние фармакологические вмешательства — за годы до того, как проявятся первые симптомы диабета.
Ваш комментарий