Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что активность почти четверти наших генов (5136 из 22822 протестированных генов) различается в зависимости от времени года, причем некоторые из них более активны зимой, а другие — летом. Эта сезонность также влияет на наши иммунные клетки и состав нашей крови и жировой ткани (жира).
Ученым уже давно известно, что различные заболевания, включая сердечно-сосудистые, аутоиммунные, такие как диабет 1 типа и рассеянный склероз, а также психические расстройства, демонстрируют сезонные колебания, как и метаболизм витамина D. Тем не менее, это первый раз, когда исследователи показали, что это может быть связано с сезонными изменениями в работе нашей иммунной системы.
«Это действительно удивительное — и случайное — открытие, поскольку оно касается того, как мы идентифицируем и характеризуем эффекты генов восприимчивости к диабету 1 типа», — говорит профессор Джон Тодд, директор Лаборатории диабета и воспаления JDRF / Wellcome Trust. «В некотором смысле это очевидно — это помогает объяснить, почему так много болезней, от болезней сердца до психических заболеваний, намного хуже в зимние месяцы, — но никто не оценил степень, в которой это на самом деле произошло.
Последствия для того, как мы лечим такие заболевания, как диабет 1 типа, и даже на то, как мы планируем наши исследования, могут быть серьезными."
Международная группа под руководством исследователей из Лаборатории диабета и воспаления JDRF / Wellcome Trust Департамента медицинской генетики Кембриджского института медицинских исследований изучила образцы более 16000 человек, проживающих как в северном, так и в южном полушариях, в странах, включая Великобританию. , США, Исландия, Австралия и Гамбия. Эти образцы включали смесь образцов крови и жировой ткани.
Исследователи использовали различные методы для изучения образцов, включая изучение типов клеток, обнаруженных в крови, и измерение уровня экспрессии генов индивидуумов — считается, что ген «экспрессируется», когда он активен в крови. конкретная клетка или ткань, обычно включающая генерацию белков. Они обнаружили, что тысячи генов по-разному экспрессируются в крови и жировой ткани в зависимости от того, в какое время года были взяты образцы. Точно так же они определили сезонные различия в типах клеток, обнаруженных в крови.
Сезонные различия присутствовали в смешанных популяциях в географически и этнически разных местах, но сезонные гены проявляли противоположные закономерности в северном и южном полушариях.
Однако модель сезонной активности не так сильно отразилась на исландских донорах. Исследователи предполагают, что это может быть связано с почти 24-часовым дневным светом летом и почти 24-часовой темнотой зимой.
Особый интерес представлял ген ARNTL, который был более активен летом и менее активен зимой. Предыдущие исследования показали, что, по крайней мере, у мышей этот ген подавляет воспаление, реакцию организма на инфекцию; если ген выполняет ту же функцию у людей, то в северном полушарии зимой уровень воспаления будет выше.
Воспаление является фактором риска для ряда заболеваний, и, следовательно, зимой те, кто подвергается наибольшему риску, скорее всего, достигнут «порога», при котором болезнь станет проблемой гораздо раньше. Лекарства, нацеленные на механизмы, лежащие в основе воспаления, могут предложить способ более эффективного лечения этих заболеваний в зимние периоды.
Особенно удивительным открытием стало то, что набор генов, связанных с реакцией человека на вакцинацию, был более активен зимой, что свидетельствует о том, что некоторые программы вакцинации могут быть более эффективными, если их проводить в зимние месяцы, когда иммунная система уже «подготовлена» к ответной реакции.
Они утверждают, что во время европейской и австралийской зимы пороговые значения, необходимые для запуска иммунного ответа, могут быть ниже, что является прямым следствием нашей совместной эволюции с инфекционными организмами, которые, как правило, более распространены зимой.
Интересно, что жители Гамбии показали отчетливые сезонные колебания количества иммунных клеток в крови, которые коррелировали с сезоном дождей (июнь-октябрь), в течение которого инфекционные заболевания, особенно передаваемые комарами, такие как малярия, более распространены.
«Мы знаем, что люди приспосабливаются к меняющимся условиям», — говорит доктор Крис Уоллес. «Наша статья предполагает, что иммунная система человека адаптируется к различным сезонным колебаниям в экваториальных регионах с меньшим количеством четко выраженных сезонов по сравнению с регионами в более высоких и низких широтах с более выраженными различиями между зимой и сезоном."
Пока не ясно, какой механизм поддерживает сезонные колебания, наблюдаемые в иммунной системе, хотя это может быть связано с такими факторами окружающей среды, как дневной свет и температура окружающей среды. Наши внутренние биологические часы, известные как наш циркадный ритм, частично координируются изменениями дневного света, что объясняет, почему люди, выполняющие работу, не соответствующую дневному циклу, например рабочие смены фабрики или бригады дальних рейсов, могут быть затронутым ухудшением здоровья.
Профессор Тодд добавляет: «Учитывая, что наша иммунная система, по-видимому, подвергает нас большему риску заболеваний, связанных с чрезмерным воспалением в более холодные и темные месяцы, и с учетом преимуществ, которые мы уже знаем от витамина D, возможно, понятно, что люди хотят избегать за «зимним солнцем» для улучшения своего здоровья и самочувствия."
Исследование финансировалось Wellcome Trust, благотворительной организацией по борьбе с диабетом 1 типа JDRF и Кембриджским центром биомедицинских исследований NIHR.
Профессор Майк Тернер, руководитель отдела инфекций и иммунобиологии Wellcome Trust, сказал: «Это отличное исследование, которое предоставляет реальные доказательства, подтверждающие распространенное мнение о том, что летом мы, как правило, становимся более здоровыми. Сезонные колебания в этой степени — захватывающая находка — активность многих наших генов, а также состав нашей крови и жировой ткани варьируется в зависимости от сезона.
Хотя нам все еще неясен механизм, который управляет этим изменением, одним из возможных результатов является то, что лечение определенных заболеваний могло бы быть более эффективным, если бы оно соответствовало сезонам."
Карен Аддингтон, исполнительный директор JDRF в Великобритании, сказала: «Мы давно знаем, что зимой диабет 1 типа чаще диагностируется.
Это исследование начинает выяснять, почему. Он определяет биологический механизм, о котором мы раньше не знали, который делает организм более подверженным сезонным аутоиммунным атакам, наблюдаемым при диабете 1 типа.
"Хотя все мы любим зимнее солнце, летать на юг всю зиму никто не может практически порекомендовать как способ предотвращения диабета 1 типа. Но это новое понимание действительно открывает новые возможности для исследований, которые могут помочь распутать сложную сеть генетических и экологических факторов, лежащих в основе диагноза."