Co cię nie zabije, to cię wzmocni, czyli o białkach HSP70 i szparagach

Źródło grafiki: https://aminoup.info/en/etas

A jakie to ma w ogóle znaczenia dla Twojego zdrowia? Okazuje się, że nieprawidłowości w funkcjonowaniu białek HSP70 mogą prowadzić do niekontrolowanego powstawania uszkodzonych i nieprawidłowo sfałdowanych białek. Dlatego jeśli nie zostaną usunięte lub organizm nie będzie posiadał wydajnych mechanizmów zapobiegających ich powstawaniu, z czasem dochodzi do ich gromadzenia w komórkach. Przykładem może być gromadzenie się białek β-amyloidu, które mogą uszkadzać komórki nerwowe i być jednym z czynników rozwoju chorób neurodegeneracyjnych. Co ciekawe wykazano, że stężenie białka HSP70 zmniejsza się u ludzi w wielu narządach wraz z wiekiem, co może sprzyjać gromadzeniu się uszkodzonych i nieprawidłowo sfałdowanych białek. Ponadto białka HSP70 ściśle współpracują z procesem autofagii, który jak wiemy jest jednym ze znaków rozpoznawczych procesu starzenia się.

Warto dodać, że białka HSP70 mają również związek ze stanem zapalnym, jednak wszystko zależy od kontekstu. Kiedy białka HSP70 kumulują się wewnątrzkomórkowo pomaga naprawiać uszkodzone białka i często działa przeciwzapalnie, gdyż hamuje kluczowe przełączniki odpowiedzi zapalnej (np. szlak NF-κB), ograniczając produkcję cytokin prozapalnych. Jednocześnie, gdy białka HSP70 gromadzą się poza komórką np. po uszkodzeniu tkanek, może pełnić rolę sygnału alarmowego (tzw. wzorzec molekularny związany z uszkodzeniami, w skrócie DAMPs) rozpoznawanego przez układ odpornościowy i podsycać stan zapalny. Zatem biorąc pod uwagę, że białka HSP70 bierze udział w tak wielu procesach fizjologicznych może być ono kluczowe w zrozumieniu procesu starzenia się organizmu i powstania wielu chorób z nim związanych.

Czy można zwiększyć produkcję białek HSP w komórkach?

Tak jak wspomniałam, produkcja białek HSP rośnie fizjologicznie w organizmie pod wpływem różnych stresorów. Na przykład ekspozycja na wysoką temperaturę zwiększa stężenie HSP, którego zadaniem jest naprawienie uszkodzonych białek, zapobiegając ich agregacji i chroniąc komórki przed uszkodzeniami w warunkach stresu cieplnego. Ponadto białka HSP odgrywają istotną rolę w ochronie bariery jelitowej, zapobiegając przenikaniu endotoksyn bakteryjnych (LPS) do krwiobiegu podczas stresu cieplnego. W niewielkim randomizowanym badaniu (Iguchi M. i wsp., 2012) wykazano, że zdrowi mężczyźni i kobiety którzy korzystali z sauny (temperatura 73°C) przez 30 minut wykazywali aż 49% wzrost białka HSP72. Z tego powodu uważa się, że kontrolowana ekspozycja na ciepło np. poprzez saunowanie może mieć potencjał w kontekście opóźniania starzenia i różnych chorób cywilizacyjnych. Oczywiście nie chodzi tutaj o silną ekspozycję na stresory, które mogłyby faktycznie uszkodzić komórki, ale o niewielką stymulację, która mogłaby wręcz wzmocnić potencjał obronny organizmu. Trochę w myśl zasady „co cię nie zabije, to cię wzmocni”.

Hormeza a białka HSP70

Hormeza to zjawisko biologiczne, w którym niewielka, kontrolowana dawka bodźca np. ekspozycja na ciepło lub zimno uruchamia reakcje adaptacyjne, dzięki którym komórki stają się bardziej odporne na kolejne stresory. Zjawisko hormezy pomaga więc zrozumieć, dlaczego ten sam bodziec (stresor) może działać korzystnie lub szkodliwie, w zależności od jego nasilenia i czasu trwania. Bodziec o zbyt małej intensywności nie wywoła istotnej adaptacji, natomiast zbyt silny lub zbyt długi może przeważyć szalę w stronę uszkodzeń i nasilać ich kumulację. Dlatego hormeza wywołana łagodnym stresorem może być skutecznym sposobem na ograniczenie akumulacji uszkodzeń komórkowych. Wśród mechanizmów odpowiedzi hormetycznej ważne miejsce zajmują białka HSP70. Ich wzrost poprawia kontrolę jakości białek, wspiera prawidłowe fałdowanie, ogranicza agregację, ułatwia naprawę, a gdy to konieczne kieruje uszkodzone białka do utylizacji. Warto jednak podkreślić, że choć koncepcja hormezy jest bardzo obiecująca, wiele danych pochodzi z badań na liniach komórkowych i modelach zwierzęcych, dlatego potrzebne są dalsze badania z udziałem ludzi.

Szparagi a białka HSP70

Szparagi (łac. Asparagus officinalis) zawierają witaminy np. foliany i składniki mineralne np. potasu. Oprócz tego są źródłem inuliny – substancji prebiotycznej, która odżywia mikrobiotę jelitową. Jednak czy można ”wyciągnąć” z nich coś więcej dla naszego zdrowia? Zdecydowanie tak! Okazuje się, że stężenie HSP70 w komórce może wzrastać nie tylko po ekspozycji na ciepło, ale również pod wpływem wystandaryzowanego ekstraktu z dolnej części szparaga (ETAS, ang. Enzyme-Treated Asparagus Extract). ETAS jest substancją o udokumentowanym działaniu indukującym ekspresję HSP70 w komórkach. Wykazano to zarówno na modelu komórkowym i zwierzęcym, jak i w badaniach z udziałem ludzi. Na przykład w badaniu (Ito T. i wsp., 2014) na komórkach HeLa wykazano, że potraktowanie komórek ETAS zwiększało w nich ekspresję mRNA oraz stężenie białka HSP70. W tym samym badaniu, u myszy poddanych stresowi w postaci pozbawienia ich snu, podawanie ETAS znacząco obniżyło stężenie kortykosteronu (główny hormon wydzielany podczas stresu u myszy) oraz produktów utleniania lipidów (wskaźnik stresu oksydacyjnego) we krwi. Ponadto ekstrakt zredukował utratę sierści wywołanej stresem oraz zwiększył stężenie białka HSP70 w komórkach żołądka, wątroby i nerek.

ETAS – poprawa odporności na stres i jakości snu

Obecnie zostało opublikowanych kilka niewielkich badań z udziałem ludzi, które wykazują szereg efektów zdrowotnych wynikających z przyjmowania ETAS. W 2014 roku opublikowano badanie (Ito T. i wsp., 2014) w ramach którego przeprowadzono dwa randomizowane badania interwencyjne z udziałem 38 zdrowych mężczyznach:

• badanie 1, którego celem była ocena wpływu ETAS na ekspresję białka HSP70 we krwi oraz na autonomiczny układ nerwowy uczestników;
• badanie 2, którego celem była ocena wpływu ETAS na hormony związane ze stresem oraz jakość snu.

W obydwu badaniach uczestnicy przyjmowali 150 mg ETAS lub placebo na dobę, po kolacji przez 7 dni.

Badanie potwierdziło, że przyjmowania ETAS spowodowało wyraźną tendencję do wzrostu ekspresji białka HSP70 we krwi. Oprócz tego grupa przyjmująca ETAS wykazała znaczną poprawę zmienności rytmu serca (HRV), co przekładało się na lepszą równowagę układu autonomicznego i zmniejszenie odczuwanego stresu w porównaniu do grupy placebo. Zaobserwowano również, że w grupie placebo stężenie kortyzolu w surowicy i ślinie wzrosło w trakcie interwencji, podczas gdy w grupie przyjmującej ETAS, kortyzol pozostał na stabilnym poziomie. Okazało się, że ETAS nie wpłynął znacząco na całkowity czas snu u wszystkich badanych, ale zaobserwowano istotną regulację czasu snu w zależności od indywidualnych potrzeb. Osoby z niską efektywnością snu (< 90%) przyjmujące ETAS wykazywały tendencję do wydłużania faktycznego czasu snu. Natomiast osoby śpiące długo znacząco skróciły czas snu, co autorzy interpretują jako poprawę jego jakości i efektywności. Uczestnicy przyjmujący ETAS rzadziej zgłaszali koszmary senne oraz rzadziej wybudzały się zbyt wcześnie rano.

Kolejne randomizowane badanie interwencyjne (Takanari J. i wsp., 2016), którego celem było sprawdzenie, czy przyjmowanie ETAS poprawia odpowiedź organizmu na stres. W badaniu wzięło udział 25 zdrowych ochotników, którzy przyjmowali 150 mg ETAS dziennie lub placebo przez 4 tygodnie. Jako stresor w badaniu wykorzystano test polegający na wykonywaniu szybkich obliczeń matematycznych przez 30 minut. Badanie wykazało, że w porównaniu do stanu przed suplementacją, osoby przyjmujące ETAS zgłaszały istotną poprawę w zmniejszenie uczucia zmęczenia, łatwiejsze poranne wstawanie (mimo braku wydłużenia jego czasu) oraz mniejsze zmęczenie po wykonaniu stresującego zadania. Jeśli chodzi o parametry biologiczne, po teście stresowym w grupie ETAS zaobserwowano istotny wzrost stężenia wydzielniczej immunoglobuliny A (sIgA) w ślinie, która jest markerem odporności śluzówkowej i ostrego stresu, a jej wzrost może sugerować lepszą zdolność organizmu do utrzymania homeostazy.

Z kolei inne badanie interwencyjne (Sakai S. i wsp., 2021) oceniało, czy przyjmowanie ETAS (uczestnicy przyjmowali jedną saszetkę preparatu o nazwie handlowej „Kenja-no-Kaimin”, która zawiera 150 mg ETAS) jest w stanie poprawić jakość snu i wydajność pracy u 34 pielęgniarek pracujących na dwie zmiany w szpitalu, które skarżyły się na problemy ze snem. Efekty oceniano przez co najmniej 2 tygodnie. Badanie wykazało, że ETAS poprawił jakość snu, zmniejszył uczucie zmęczenia i zwiększył zaangażowanie w pracę wśród badanych pielęgniarek. 

Choroba Alzheimera a białka HSP70

Choroba Alzheimera jest postępującą chorobą neurodegeneracyjną spowodowaną śmiercią komórek nerwowych. Podstawowa przyczyna zmian patologicznych w chorobie Alzheimera jest nadal przedmiotem badań naukowych. Niemniej zaproponowano kilka hipotez dotyczących patomechanizmu choroby, a powstawanie splątków neurofibrylarych i złogów β-amyloidu to dwie wiodące hipotezy. Uważa się, że choroba Alzheimera zaczyna się kiedy patologiczne białka zaczynają odkładać się na długo przed pojawieniem się objawów klinicznych (nawet 40 lat wcześniej). Nieprawidłowe złogi białek powodują śmierć komórek nerwowych, co prowadzi do niedoboru różnych neuroprzekaźników m. in. acetylocholiny oraz odpowiedzi zapalnej.

Białko β-amyloidu jest białkiem zewnątrzkomórkowym powstającym w wyniku rozpadu innego białka tj. białka prekursorowego amyloidu (APP). W chorobie Alzheimera białko β-amyloidu tworzy złogi płytek amyloidowych, których obecność stwierdza się w korze mózgowej osób z chorobą Alzheimera, przyczyniając się do niszczenia połączeń między komórkami nerwowymi. Natomiast białko tau występuje w środku komórek nerwowych i jest związane z strukturami komórkowymi biorącymi udział w transporcie wewnątrz komórki nerwowych w warunkach fizjologicznych. Jednak w chorobie Alzhemiera ulegają one pewnym modyfikacjom chemicznym tj. nadmiernej fosforylacji, co powoduje ich nieprawidłowe sfałdowanie i zlepianie się.