“An overview of autophagy and real life applications to activate this cellular clean up mechanism by Kristi Storschuk
เรามาต่อตอนที่ 2 กันนะคะ
ทำไมขบวนการ Autophagy จึงมีความสำคัญต่อร่างกาย
› เมื่อไหร่ก็ตามที่กระบวนการ Autophagy หยุดทำงาน ปฏิกิริยาต่างๆภายในเซลล์จะเป็นไปในทางลบ ลองนึกถึงเวลาที่เราหยุดทำความสะอาดห้องครัว หลังทำอาหารเสร็จขยะจะเต็มไปหมด อาหารจะเน่าเสียส่งกลิ่นเหม็น เช่นเดียวกัน นึกถึงภายในเซลล์เราที่เต็มไปด้วยกองโปรตีนผิดรูปร่าง (misfolded protein)ใช้การไม่ได้ และชิ้นส่วนอวัยวะภายในเซลล์ที่หมดอายุ เช่นไมโตคอนเดรียเก่าที่ใช้งานไม่ได้แล้วเป็นต้น
› เมื่อเซลล์ไม่สามารถจัดการเคลียร์โปรตีนที่ผิดรูปเหล่านี้จากเซลล์ได้ โปรตีนผิดรูปเหล่านี้ก็จะรวมตัวกัน และพัฒนาไปสู่โมเลกุลของอะมัยลอยด์ (amyloid) เราพบอะมัยลอยด์ในสมองคนไข้ที่เป็นอัลไซเมอร์ พาร์กินสัน หลอดเลือดคนไข้เบาหวาน และโรคอื่นๆที่เกี่ยวข้องกับอะมัยลอยด์
› Autophagy เป็นกลไกป้องกันการเกิดอะมัยลอยด์ ดังนั้นเมื่อกระบวนการ Autophagy เกิดขึ้นไม่เพียงพอ จึงเชื่อมโยงกับการเร่งขบวนการชราของเซลล์ประสาท ข่าวร้ายที่ขบวนการ Autophagy เกิดขึ้นช้าลงเมื่อเราอายุมากขึ้น ซึ่งอาจจะเป็นความเกี่ยวข้องระหว่างขบวนการ Autophagy กับโรคที่เกิดจากความชราทั้งหลาย โดยเฉพาะโรคที่เกิดจากการเสื่อมของเซลล์ประสาท (Neurodegenerative Diseases)
› จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่เราต้องเข้าใจว่าจะจัดการให้ขบวนการ Autophagy เกิดประโยชน์สูงสุดต่อร่างกายได้อย่างไร เราจะสามารถเปิดสวิตช์ขบวนการนี้เมื่อมีความจำเป็นได้อย่างไร และเป็นไปได้ที่จะใช้ขบวนการนี้เพื่อป้องกันโรคที่เกี่ยวเนื่องจากความชราของเซลล์
ไมโตคอนเดรีย และ Mitophagy
› แต่ละอวัยวะภายในเซลล์จะมีเส้นทางของขบวนการ Autophagy เฉพาะตัว และเราก็จะใช้ชื่ออวัยวะภายในเซลล์นั้นเป็นตัวเรียกขบวนการ Autophagy นั้น เช่นขบวนการ Autophagy สำหรับไมโตคอนเดรียก็เรียกว่า Mitophagy
› ไมโตคอนเดรียเป็นโรงงานผลิตพลังงานสำหรับเซลล์ และถ้าเผอิญเราสนใจ Ketogenic Diet เราก็คงทราบดีว่าไมโตคอนเดรียมีความสำคัญต่อเซลล์และทำงานหนักขนาดไหน ซึ่งก็เหมือนทุกสิ่งที่ถูกใช้งานหนัก มันก็จะเริ่มเสื่อมสภาพและหมดอายุขัย ไมโตคอนเดรียก็เช่นกัน
› การที่ไมโตคอนเดรียเสื่อมสภาพ ล่องลอยอยู่ภายในเซลล์ ไม่มีขบวนการเคลียร์ออกไปจากเซลล์ นับเป็นหายนะสำหรับเซลล์เลยทีเดียว เพราะนอกจากจะผลิตพลังงานได้ไม่เพียงพอแล้ว ไมโตคอนเดรียที่เสื่อมสภาพยังเพิ่มการผลิต Reactive Oxygen Species (ROS) และปล่อยสารอักเสบกลุ่ม Cytokines ทั้งสองปฏิกิริยานี้ส่งผลร้ายมหันต์ต่อเซลล์
› นักวิทยาศาสตร์พบว่าการทำงานได้อย่างไม่มีประสิทธิภาพของไมโตคอนเดรีย เป็นคุณลักษณะสำคัญของโรคที่เกี่ยวกับกลุ่มอาการทางเมตาบอลิสมเกือบทั้งหมด เช่นเบาหวาน พาร์คินสัน อัลไซเมอร์ มะเร็ง เป็นต้น ดังนั้นขบวนการ Autophagy ที่มีประสิทธิภาพในการเคลียร์ไมโตคอนเดรียที่หมดอายุ จึงอาจช่วยโรคที่เกี่ยวกับกลุ่มอาการทางเมตาบอลิสมได้
› นักวิทยาศาสตร์พบว่าเมื่ออายุมากขึ้น ขบวนการ Mitophagy ช้าลง และไมโตคอนเดรียเสียหายด้วยอัตราที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นขบวนการ Mitophagy ที่มีประสิทธิภาพในยามชรา จึงกลายเป็นเรื่องที่สำคัญมากๆ
ปัจจัยที่ควบคุมขบวนการ Autophagy
› ปัจจัยที่ควบคุมขบวนการ Autophagy ซับซ้อนมาก (ดู diagram รูปที่ 1 ในโพสต์ที่แล้ว) และเป็นเรื่องที่นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานในการทำความเข้าใจมันอยู่ สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เข้าใจชัดเจนแล้วก็คือตั้งแต่ในยีสต์ถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ถ้าขาดขบวนการ Autophagy = อายุขัยจะสั้นลง และ
การจำกัดแคลอรี่ = อายุขัยจะเพิ่มขึ้น
› ปัจจัยที่กระตุ้นขบวนการ Autophagy ได้คือการจำกัดแคลอรี่และการหยุดกินอาหารเพราะทั้งสองปัจจัย จะกระตุ้นขบวนการ Autophagy เพื่อรีไซเคิลโปรตีนที่เสื่อมสภาพให้ได้กรดอะมิโนนำไปสร้างโปรตีนใหม่และโมเลกุลอื่นที่เซลล์ต้องการ
› การจำกัดแคลอรี่และการหยุดกินอาหาร (Fasting) จะลดการทำงานของ Insulin/IGF-1 (Insulin-like Growth Factor)และ mTOR (mamalian Target Of Rapamycin) และนำไปสู่การกระตุ้นขบวนการ Autophagy
เราจะทำอะไรได้บ้างเพื่อกระตุ้นขบวนการ Autophagy
1. หยุดกินอาหาร (Fasting)
เป็นวิธีที่ง่ายชัดเจนที่สุด มีการศึกษาในสัตว์ทดลองที่แสดงให้เห็นว่า การจำกัดแคลอรี่และการหยุดกินอาหารช่วยปกป้องเซลล์ประสาท โดยกำจัดโมเลกุลสารพิษและไมโตคอนเดรียที่เสื่อมสภาพออกจากเซลล์ประสาทผ่านขบวนการ Autophagy การศึกษาหนึ่งในสัตว์ทดลอง ขบวนการ Autophagy เริ่มเพิ่มขึ้นเมื่อสัตว์หยุดกินอาหาร 24 ชั่วโมง และยิ่งชัดเจนมากขึ้นหลังหยุดกินอาหาร 48 ชั่วโมง เนื่องจากเป็นการทำในสัตว์ทดลอง จึงยังไม่มีข้อสรุปถึงจำนวนชั่วโมงที่การหยุดกินอาหาร (Fasting) จะส่งผลกระตุ้นกระบวนการ Autophagy ในมนุษย์
2. Ketogenic Diet
เป็นวิธีกระตุ้นขบวนการ Autophagy โดยไม่ต้องหยุดกินอาหารซึ่งทำได้ง่ายกว่า ketogenic diet ก่อให้เกิดกลไกทางสรีรวิทยาการเผาผลาญพลังงาน ที่เลียนแบบการหยุดกินอาหาร (Fasting)ได้ ซึ่งกลไกที่ว่าเกิดจากการลดระดับฮอร์โมนอินซูลิน
การศึกษาในสัตว์ทดลองแสดงให้เห็นว่า Ketogenic Diet สามารถลดการหลั่งโมเลกุลก่อการอักเสบคือ Cytochrome C ในเซลล์ประสาทได้ ส่งผลให้ Ketogenic Diet มีกลไกป้องกันเซลล์ประสาท (neuroprotective)ได้ด้วย
Ketogenic diet เหนี่ยวนำให้เกิดภาวะ ketosis ซึ่งทำให้เพิ่มระดับ ketone ในเลือด (>0.5 mmol/L) การศึกษาในหลอดทดลองพบว่า betahydroxybutyrate (BHB) กระตุ้นขบวนการ Autophagy ชนิดที่ไม่ต้องมี Autophagosome เกิดขึ้น (Chaperone-mediated autophagy)
3. Fasting + Ketogenic diet
เป็นการผสมผสานที่อาจให้ผลกระตุ้นขบวนการ Autophagy ดีกว่าใช้วิธีใดวิธีหนึ่งเดี่ยวๆ แต่อย่างไรก็ดี ยังต้องการการศึกษาในมนุษย์เพื่อยืนยันผลนี้
4. Sauna
มีการศึกษาในสัตว์ทดลองจำนวนหนึ่งที่พบว่าการให้ความร้อน ซึ่งเป็นการสร้างความตึงเครียดให้เซลล์แบบหนึ่ง สามารถกระตุ้นขบวนการ Autophagy ได้ คราวหน้าหลังจากเล่นกีฬาเสร็จในยิม ลองแวะไปเข้าซาวน่าซัก 20 นาทีก็น่าจะดี
5. Exercise
พบว่ากระตุ้นขบวนการ Autophagy ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นการออกกำลังกายร่วมกับหยุดกินอาหาร เนื่องจากการออกกำลังกายเหนี่ยวนำ AMPK และ sirtuin 1 ให้เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นปัจจัยที่กระตุ้นขบวนการ Autophagy ยังมีความต้องการการศึกษาเพิ่มเติมในมนุษย์
บทสรุป
› Autophagy เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเรากำลังเริ่มเข้าใจมันมากขึ้นว่า มันถูกควบคุมอย่างไร เราไม่ได้ต้องการให้กระบวนการนี้เกิดตลอดเวลาหรือหยุดตลอดเวลา
› เราต้องการให้กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพในช่วงเวลาที่มันควรจะต้องทำงาน และเราก็ยังต้องการขบวนการเพิ่มมวลกล้ามเนื้อ รักษาแผล ควบคุมกระบวนการอื่นๆเพื่อการเจริญเติบโตภายในเซลล์ ซึ่งหมายถึงขบวนการ Autophagy ต้องลดระดับลง
› แม้การศึกษาในบทความนี้เกือบทั้งหมดทำในสัตว์ทดลอง ซึ่งยังมีความจำเป็นต้องมีการทำงานวิจัยในมนุษย์เพื่อยืนยันผลลัพธ์ก็ตาม แต่ความสำคัญของขบวนการ Autophagy นี้ ก็มีหลักฐานชัดเจนถึงประโยชน์ต่อการมีสุขภาพที่ดี การป้องกันโรคที่มาพร้อมกับความชราของเซลล์
ขอความมีสุขภาพกายใจที่ดี จงสถิตอยู่กับทุกคนค่ะ
