VIVOS VOCO: А.А. Каменский, В.А. Дубынин, Ю.А. Беляева, "Экзорфины

Экзорфины - хорошо или плохо?

А.А. Каменский, В.А. Дубынин, Ю.А. Беляева

Андрей Александрович Каменский, д.б.н.,
проф. каф. физиологии человека и животных биофака МГУ им.М.В.Ломоносова,
зав. лаб. молекулярных основ регуляции поведения Института молекулярной генетики РАН.
Вячеслав Альбертович Дубынин, д.б.н., проф. той же кафедры.
Юлия Андреевна Беляева, аспирантка той же кафедры.

Общеизвестно, что пища для нас - источник энергии и строительных материалов. Значит, часть ее компонентов организм человека “сжигает” (окисляет), а часть использует для создания собственных молекул - как правило, различных биополимеров. Однако целый ряд соединений, входящих в состав пищи, способен выполнять еще и регуляторные функции - тормозить либо ускорять различные процессы, протекающие в наших клетках и тканях. В наиболее яркой форме это проявляется тогда, когда вещества пищевого происхождения похожи на гормоны и медиаторы (проводники сигналов в эндокринной и нервной системах). Примерами служат кофеиноподобные вещества, тирамин, который входит в состав сыров и схож с адреналином, соли глутаминовой кислоты, в больших дозах активирующие работу мозга.

Многие гормоны и медиаторы представляют собой относительно короткие фрагменты белковых молекул - пептиды. Соответственно, всегда существует вероятность, что в составе пищевого белка найдутся аналогичные последовательности. Если они должным образом защищены от переваривания (например, остатками аминокислоты пролина), то, выщепляясь при распаде белка в желудочно-кишечном тракте, эти фрагменты проникают в кровь и действуют как специфические регуляторы (рис.1).

Рис. 1. Распространение и влияние биологически активных пептидов пищевого происхождения (обычно - пролин-содержащих) в организме.

Эндорфины - опиоидные пептиды, синтезируемые мозгом, - известны уже более 30 лет. Однако кроме них имеется целый класс опиоидов, входящих в состав пищевых белков. Поскольку они поступают в организм извне, их назвали экзорфинами (рис.2). К этой группе относят пептиды, выщепляющиеся из пшеничного белка глютена (экзорфины А, В и С) и казеинов молока (казоморфины). Сюда же примыкают соединения, образующиеся при распаде гемоглобина (геморфины), цитохромов (цитохрофины) и ряд других.

Рис. 2. Аминокислотный состав эндорфинов и экзорфинов и основные эффекты их действия.

И опиоидные пептиды, и опиаты (морфин, кодеин и др.) реализуют свое регуляторное действие через так называемые опиоидные рецепторы. Однако если действие опиатов можно однозначно расценивать как вредоносное (за исключением снятия сильной боли, связанной с тяжелыми повреждениями организма), то предвидеть возможные эффекты экзорфинов далеко не так просто. В конце концов, опиоидные пептиды мозга (эндорфины) регулируют целый ряд функций организма в норме; без них растет болевая чувствительность и тревожность, падает стремление детеныша находиться в контакте с матерью. Соответственно, экзорфины, умеренно усиливая эти функции, могут оказывать благоприятное действие. Вместе с тем их переизбыток способен приводить к различным нарушениям, особенно при повышенном содержании в организме опиоидных рецепторов (рис.3).

Рис. 3. Сводка современных (в ряде случаев - гипотетических) представлений о специфике нейротропных эффектов, вызванных опиоидными пептидами пищевого происхождения. Часть исследователей настаивает на неблагоприятной направленности развивающихся изменений. Однако не исключено, что более важно благоприятное влияние экзорфинов на деятельность нервной системы.

Действительно, диетологи уже довольно давно обратили внимание, что при избытке экзорфинов в пище возможны неблагоприятные психические и неврологические изменения. Так, еще в 70-х годах XX в. предположили, что глютен и казеины способствуют развитию шизофрении и аутизма. Существует гипотеза о влиянии на возникновение шизофрении двух факторов: генетических аномалий, вызывающих повышенную проницаемость кишечных мембран, и диеты, содержащей избыток глютена и казеинов. При их совпадении в крови и мозговой жидкости (ликворе) накапливаются экзорфины, что может привести к появлению симптомов психического расстройства.

Все это выглядит вполне логично. Однако пока в ходе разработок и практического применения специальных “антишизофренических” (свободных от глютена и казеина) диет клиницисты получают противоречивые данные. Они не позволяют к настоящему моменту достоверно подтвердить терапевтическую эффективность подобного подхода в случае взрослых пациентов.

Сходная ситуация сложилась и у новорожденных. В грудном молоке человека, как известно, количество казеинов существенно меньше, чем в смесях-заменителях, основанных на коровьем молоке. Это навело на мысль о неблагоприятном (в плане последующего развития шизофрении) влиянии искусственного вскармливания. Однако ретроспективное изучение особенностей питания больных шизофренией на первом году жизни не дало однозначного результата.

Весьма актуальна также проблема раннего детского аутизма, заболевания, которое характеризуется отставанием в формировании речевых навыков, проблемами в общении, набором стереотипных привычек. Раньше аутизм считался редким заболеванием (меньше пяти случаев на 10 тыс. детей). Но за последние 20 лет количество таких случаев увеличилось во много раз. В США сейчас в среднем регистрируется один больной на 250 человек; мальчики страдают аутизмом в четыре раза чаще, чем девочки.

Обнаружено, что у аутичных детей нередко аномальная пищеварительная система. Причин тому много: хроническое воспаление, вызванное вирусными инфекциями и аутоимунными реакциями; поражение слизистой “враждебной” микрофлорой; дисфункции поджелудочной железы. Все это может приводить к неполному расщеплению пищевых белков, в результате чего экзорфины проникают в кровь через поврежденные стенки кишечника. Кроме того, у аутичных детей часто снижена активность фермента дипептидилпептидазы IV (DPIV). Этот фермент отвечает за распад обогащенных пролином пептидных молекул, в число которых, как уже говорилось, и входят экзорфины. Формирующийся в итоге избыток экзорфинов в организме может, подобно опиатам, нарушать активность мозга ребенка, ухудшая обучаемость, социальные контакты, двигательные и сенсорные функции.

Вспомним также о целиакии - аутоиммунном нарушении, при котором повреждается тонкая кишка. Среди европейцев эта патология - одна из распространенных, имеющих генетическую основу. Так, в Италии ею страдает один человек из 250. Иногда целиакия проявляется после хирургического вмешательства, вирусного заболевания, тяжелого стресса. Такие больные не переносят глютен пшеницы и глютеноподобные белки некоторых других злаков. На потребление пищи, содержащей глютен, их иммунная система отвечает повреждением тонкой кишки. В результате в желудочно-кишечном тракте нарушается всасывание питательных веществ и, независимо от количества съеденного, развивается истощение. Это в свою очередь увеличивает риск появления малокровия, судорог, опухолевых процессов. Отсутствие лечения целиакии у детей грозит им низкорослостью.

Лучший способ борьбы с целиакией - строгая безглютеновая диета. Для большинства больных она достаточна, чтобы остановить симптомы, устранить уже имеющиеся повреждения и предупредить возникновение новых. Однако такая безглютеновая диета необходима пожизненно: никаких продуктов, включающих пшеницу, рожь, ячмень и овес.

Экзорфины молочного и пшеничного происхождения буквально ворвались в жизнь человека в эпоху неолита, когда возникало сельское хозяйство. Около 10 тыс. лет назад люди в разных уголках планеты начали сажать семена зерновых культур и селиться вокруг посевов; стали одомашнивать скот, в числе прочего для получения молока. Сельское хозяйство, основанное преимущественно на выращивании пшеницы и ячменя, впервые появилось на Ближнем Востоке и быстро распространилось на запад Азии, Египет, Европу. Сейчас около 2/3 потребляемого человечеством белка приходится на зерновые культуры.

Современная диета человека сильно отличается от таковой у близкородственных приматов и ранних гоминид. Вряд ли до появления сельского хозяйства она включала изделия из дробленого зерна и молока в столь заметных количествах. Австралопитеки, судя по всему, были всеядными животными, сходными в питании с современными шимпанзе. Диета человека палеолита также состояла из мяса, фруктов, орехов, корнеплодов и клубней. В настоящее время не только снижено потребление белков (табл.1), но и кардинально изменены их источники (табл.2). Доминирование протеинов злаков и молока привело к “вторжению” экзорфинов в наше питание.

Существует предположение, что к молочным и зерновым продуктам нас влечет (по крайней мере в определенной степени) присутствие в них экзорфинов. Такую точку зрения отстаивает, например, австралийский этолог Г.Вадли. Он считает, что экзорфины, обладая опиоидными свойствами, могли вызывать положительные эмоции, и люди, преуспевшие “в употреблении большого количества зерен, открыли для себя опосредуемое ими удовлетворение”. Более того, снижение на фоне потребления экзорфинов тревожности и агрессивности могло способствовать росту внутригрупповой терпимости, а значит - увеличению численности поселений, возникновению городов и в целом становлению цивилизации! С другой стороны, есть целое диетологическое направление, отстаивающее возврат к “палеолитической диете” как более естественной и защищающей нас от многих заболеваний. С точки зрения ее последователей экзорфины - несомненное зло.

Но не будем впадать в крайности. Вполне очевидно, что, несмотря на связь с рядом патологий, экзорфины могут вызывать положительные эффекты. Вместе с тем естественная регуляторная функция в ряду экзорфинов присуща только казоморфинам и только при питании новорожденных материнским молоком. Казоморфины как “пищевые гормоны” безусловно играют важную роль в развитии детенышей млекопитающих. Исследования на крысах показывают, что однократное их введение снижает тревожность детенышей, увеличивает исследовательскую мотивацию и способность к обучению.

Более того, начатые нами еще в 90-х годах исследования доказывают, что при хроническом введении (например, в первую-вторую недели жизни) эффекты казоморфинов становятся устойчивыми и сохраняются даже у взрослых экспериментальных животных. Примером может служить тестирование белых крыс в так называемом “крестообразном приподнятом лабиринте” (КПЛ) и в условиях “принудительного плавания”. Первый из названных методов позволяет оценить, какую долю времени животное проводит на открытых, ярко освещенных площадках, расположенных довольно высоко над полом. При этом у него есть возможность не выходить на свет, а остаться в затемненных и безопасных отсеках лабиринта. Тревожные, пугливые особи так и поступают. Однако в норме крысы, как весьма любопытные существа, все же периодически выходят на открытые рукава, свешиваются с них, совершают активные исследовательские движения. Чем меньше тревожность, тем больше таких проявлений. Показано, что их количество достоверно выше у животных, получавших в раннем постнатальном периоде b-казоморфин-7 (это один из наиболее характерных опиоидных фрагментов b-казеина молока коровы). Опыты проводились в возрасте 3 месяца, т.е. после достижения крысами половой зрелости (рис.4, слева).

Рис. 4. Результаты тестирования белых крыс на фоне введения b-казоморфина-7. В крестообразном приподнятом лабиринте (КПЛ) у экспериментальных животных (цветные столбики) по сравнению с контрольными (серые столбики) значительно возросло количество реакций, свидетельствующих о снижении тревожности. В условиях “принудительного плавания” проявления депрессивности явно ослаблены. Метки ** и *** указывают на высокий уровень достоверности выявленных отличий опытной и контрольной групп (вероятность ошибки меньше 1% и 0.1% соответственно). Тестирование проводилось в трехмесячном возрасте.

В тесте “принудительное плавание” крысу помещают на фиксированное время в цилиндрическую емкость с водой (28°С) и наблюдают за ее реакцией. Как правило, вначале животное активно плавает и старается выбраться из цилиндра, чему мешают высокие бортики. Попытки становятся все реже, короче, и обычно через 3-5 мин крыса неподвижно зависает в воде, прекратив “сопротивление”. То, как быстро это произойдет, служит мерой депрессивности животного и показывает, насколько мотивирован поиск способа покинуть неприятную среду. Здесь уместно вспомнить сказку о двух лягушках, упавших в сметану. Одна из них (более “депрессивная”) быстро прекратила сопротивление и утонула; вторая же, постоянно двигаясь, сбила масло и спаслась. Согласно нашим данным, животные, получавшие b-казоморфин-7, даже спустя два с половиной месяца активнее, чем контрольные, и более “упорны” в поисках выхода из потенциально опасной ситуации (рис. 4, справа). Сходное действие на поведение животных и человека оказывают все классические препараты-антидепрессанты.

Другая сторона проявления благоприятной нейротропной активности опиоидных фрагментов молочных белков - усиление привязанности детеныша к матери. Как известно, близость к ней служит для новорожденного особым видом положительного подкрепления. Детеныш воспринимает мать не только как источник тепла и пищи, но и как фактор, с которым стремится быть в контакте (тактильном, обонятельном, визуальном, звуковом). Нарушение либо неполное выполнение этой врожденной программы может привести в дальнейшем к зоосоциальной дезадаптации: молодое животное не сможет нормально общаться с родителями, соседями по стае, потенциальными половыми партнерами.

Тестирование детского (зависимого от самки) поведения новорожденных белых крыс проводится следующим образом. Сначала мать на время погружают в состояние глубокого сна и аккуратно кладут на бок в центре арены. Затем детеныши из ее выводка (в одной серии опытов еще слепые, в возрасте 10 дней; в другой - недавно прозревшие в возрасте 17 дней) помещаются к спине самки (рис.5, справа). Оцениваются: подталкивания матери, попытки влезть на нее (“клайминг”), скорость обхода ее тела, латентный период присасывания и т.д. После первого тестирования детеныши опытной группы получают инъекцию исследуемого препарата, а контрольные крысята - укол растворителя. На последнем этапе детеныша еще раз прикладывают к телу спящей самки и повторно оценивают его поведение.

Оказалось, что в контрольной группе результаты двух последовательных тестирований зависимых от матери реакций очень близки: их проявления могут немного возрастать либо ослабляться, но в целом меняются незначительно. Однако такие изменения более выражены, если воздействовать на опиоидные рецепторы. Так, их классический блокатор налоксон (в клинике его применяют для устранения последствий передозировки опиатов) достоверно ослаблял детское поведение. Этот препарат выключает эндогенную опиоидную систему мозга, чье участие в запуске зависящих от матери реакций достаточно хорошо установлено. Использование b-казоморфина-7, напротив, усиливало детское поведение: латентные периоды реакций заметно сокращались, а интенсивность клайминга увеличивалась в обеих возрастных группах (рис. 5, слева).

Рис. 5. Зависимость поведения детенышей белых крыс в возрасте 10 дней (слева) и 17 дней (справа) от b-казоморфина-7.
Данные пронормированы относительно первого тестирования (левая точка на графиках соответствует 100%).

Важно, что b-казоморфины не влияют на тревожность и депрессивность животных до возраста 21-28 дней. Тревожность еще незрячих детенышей оценивают, измеряя их ультразвуковую вокализацию: интенсивность и количество “призывных” криков вынутых из гнезда крысят. С другой стороны, для проявления анальгетических (снижающих болевую чувствительность) эффектов b-казоморфинов, например у 10-дневных крысят, требуется доза в четыре раза большая, чем в случае усиления детского поведения. Следовательно, не исключено, что зависящие от самки реакции - это наиболее чувствительный к экзорфинам блок поведенческих программ новорожденных млекопитающих. На анатомическом уровне за его запуск отвечают специфические зоны переднего гипоталамуса. Соответственно, полное удаление казоморфинов (и казеинов) из пищи вряд ли целесообразно. А ведь именно это происходит при замене материнского молока гипоаллергенными соевыми смесями.

Один из наиболее спорных вопросов - влияние экзорфинов на родительскую мотивацию. Эндогенные и экзогенные опиоиды, как правило, ослабляют заботу о детенышах, что в наиболее яркой форме проявляется в случае морфина и морфиноподобных соединений. При этом возникает материнская депрессия - равнодушие к детенышам. Есть данные, что в развитии такого состояния могут участвовать и b-казоморфины, причем их источником служит не пища, а образующиеся в организме кормящей самки продукты распада ее собственных молочных белков.

Рис. 6. Изменение количества переносов детенышей (цветные столбики) и подходов к ним у кормящих самок белых крыс под действием налоксона и различных b-казоморфинов. Уровень 100% соответствует реакциям, зарегистрированным в ходе контрольного (без введения препаратов) тестирования. Легко заметить, что b-казоморфин-7 и одно из его производных ослабляют материнскую мотивацию, а налоксон - значительно усиливает. Метка * указывает на достоверное отличие от контрольного уровня (вероятность ошибки меньше 5%).

В наших экспериментах материнское поведение белых крыс тестировалось в 4-9 дни после родов (рис. 6, справа). На освещенную круглую арену помещалась стеклянная чашка с тремя детенышами. Самку (их мать) переносили на край арены, и далее фиксировали различные родительские реакции, в том числе подходы к крысятам и их переносы. В разные дни опыта проводилось контрольное тестирование либо оценка материнского поведения на фоне введения препаратов (часть результатов представлена на рис.6, слева).

На первом этапе изучали b-казоморфин-7, состоящий из семи аминокислот - Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile (на рисунке каз-7), причем находящийся на N-конце тирозин наиболее важен для присоединения к опиоидным рецепторам. Показано, что пептид уменьшает число подходов к крысятам и количество их переносов (на 15-20% от контрольного уровня). Укорочение молекулы с С-конца, не затрагивающее остаток тирозина (Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly - каз-5), ослабляет, но не устраняет способность влиять на родительские реакции. Удаление тирозина (вводился тетрапептид Phe-Pro-Gly-Pro - каз-4) приводит к полной потере активности. Налоксон при тестировании в тех же условиях достоверно (примерно в полтора раза) усиливает интенсивность материнского поведения.

В целом можно заключить, что хотя b-казоморфины и способны ослаблять родительское поведение, их эффекты (по крайней мере в наших экспериментах) носят достаточно мягкий характер. Не исключено, что в реальных условиях опиоидные фрагменты молочных белков могут выполнять даже биологически полезную функцию, блокируя избыточные проявления материнской мотивации (признаки “материнского психоза”). Для развития же симптомов материнской депрессии, вероятно, важна исходно повышенная чувствительность опиоидной системы мозга самой женщины. В таком случае “факторами риска” оказываются не только экзорфины, но и эндорфины.

Область физиологии, изучающая взаимовлияние питания и психики, еще молода, но надежды на нее возлагаются большие. Активно изучается возможное воздействие отдельных компонентов пищи на эмоции, мышление, двигательную сферу. И не последнее место в ряду этих работ занимают исследования экзорфинов. Игнорировать то, что экзорфины мы потребляем хронически (несколько раз в день в течение всей жизни), было бы странно. От нас требуется как можно четче разграничить их положительные и отрицательные эффекты; определить ситуации, в которых присутствие экзорфинов в пище желательно и даже необходимо, от ситуаций, в которых они способны наносить организму вред.