วิธีที่สมองของเราใช้สภาวะทางโภชนาการเพื่อควบคุมการเจริญเติบโตและอายุในวัยแรกรุ่น

นักวิทยาศาสตร์เคมบริดจ์ได้ค้นพบวิธีที่ตัวรับในสมองที่เรียกว่า MC3R ตรวจจับสภาวะทางโภชนาการของร่างกายและควบคุมช่วงเวลาของวัยแรกรุ่นและอัตราการเจริญเติบโตในเด็ก และเพิ่มมวลกล้ามเนื้อติดมัน

การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าสมองสามารถรับรู้สารอาหารและตีความสิ่งนี้ได้อย่างไรเพื่อตัดสินใจด้วยจิตใต้สำนึกที่มีอิทธิพลต่อการเติบโตและการพัฒนาทางเพศของเรา

เซอร์ สตีเฟน โอราฮิลลี

ผลการวิจัยเหล่านี้ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Natureอาจอธิบายได้ว่ามนุษย์มีความสูงเพิ่มขึ้นและมีวุฒิภาวะทางเพศอย่างไรในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา ในศตวรรษที่ 20 ความสูงเฉลี่ยในสหราชอาณาจักรเพิ่มขึ้นประมาณ 10 ซม. และในประเทศอื่นๆ สูงถึง 20 ซม.

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำมานานแล้วว่าปรากฏการณ์นี้อาจเกี่ยวข้องกับการเข้าถึงอาหารที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับสตรีมีครรภ์และเด็ก จนถึงขณะนี้ ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างชัดเจนว่าร่างกายรับรู้ถึงภาวะโภชนาการอย่างไรและเปลี่ยนข้อมูลนั้นให้กลายเป็นการเติบโตและวุฒิภาวะทางเพศ

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสัญญาณไปถึงสมองเพื่อบ่งบอกถึงสภาวะทางโภชนาการของร่างกาย เช่น ฮอร์โมนเลปติน ซึ่งผลิตในเซลล์ไขมัน (ไขมัน) และอินซูลินที่ผลิตขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของระดับน้ำตาลในเลือด ในส่วนของสมองที่เรียกว่าไฮโปทาลามัส ฮอร์โมนเหล่านี้ทำหน้าที่กับเซลล์ประสาทกลุ่มเล็กๆ ที่สร้างสัญญาณที่เรียกว่าเมลาโนคอร์ติน

melanocortins ทำหน้าที่เกี่ยวกับตัวรับที่หลากหลาย ซึ่งสองตัวอยู่ในสมอง ตัวรับเมลาโนคอร์ติน 4 รีเซพเตอร์ (MC4R) ได้รับการแสดงก่อนหน้านี้เพื่อควบคุมความอยากอาหาร และการขาด MC4R ส่งผลให้เกิดโรคอ้วน อย่างไรก็ตาม ระบบ MC4R ไม่ได้ควบคุมผลของโภชนาการต่อการเจริญเติบโตและระยะเวลาของวัยแรกรุ่น

ขณะนี้ การศึกษานำโดยนักวิจัยจากหน่วยโรคเมตาบอลิซึมของ MRC และหน่วยระบาดวิทยาของ MRC (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Wellcome-MRC Institute of Metabolic Science) ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ร่วมกับผู้ทำงานร่วมกันจากมหาวิทยาลัยควีนแมรีแห่งลอนดอน มหาวิทยาลัยบริสตอล มหาวิทยาลัยมิชิแกนและมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ ได้ค้นพบบทบาทของตัวรับเมลาโนคอร์ตินตัวอื่นของสมอง ซึ่งเรียกว่าตัวรับเมลาโนคอร์ติน 3 (MC3R)

พวกเขาพบว่าในการตอบสนองต่อสัญญาณทางโภชนาการ ระบบ MC3R ควบคุมการหลั่งของฮอร์โมนสำคัญที่ควบคุมการเจริญเติบโตและวุฒิภาวะทางเพศ

เพื่อแสดงการเชื่อมโยงในมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาอาสาสมัครกว่าครึ่งล้านคนใน Biobank ของสหราชอาณาจักร เพื่อหาผู้ที่มีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งขัดขวางการทำงานของ MC3R พวกเขาระบุคนสองสามพันคนที่มีการกลายพันธุ์ที่หลากหลายในยีนของ MC3R และพบว่าคนเหล่านี้มีอายุสั้นโดยเฉลี่ยและเข้าสู่วัยหนุ่มสาวช้ากว่าผู้ที่ไม่มีการกลายพันธุ์

ตัวอย่างเช่น พวกเขาระบุผู้หญิง 812 คนที่มีการกลายพันธุ์เหมือนกันในหนึ่งในสองสำเนาของยีน MC3R การกลายพันธุ์นี้ลดความสามารถของตัวรับในการทำงานเพียงบางส่วนเท่านั้น แม้จะมีผลกระทบที่ละเอียดอ่อนนี้ แต่ผู้หญิงที่ถือสิ่งนี้มีอายุเฉลี่ย 4.7 เดือนในวัยแรกรุ่นมากกว่าผู้ที่ไม่มีการกลายพันธุ์

คนที่มีการกลายพันธุ์ที่ลดการทำงานของ MC3R ก็สั้นลงและมีเนื้อเยื่อติดมันในปริมาณที่น้อยกว่า เช่น กล้ามเนื้อ แต่ก็ไม่มีผลต่อปริมาณไขมันที่พวกเขาแบกไว้

เพื่อยืนยันการค้นพบนี้ในเด็ก พวกเขาศึกษาผู้เข้าร่วมเกือบ 6,000 คนจาก Avon Longitudinal Study of Parents and Children (ALSPAC) และระบุเด็ก 6 คนที่มีการกลายพันธุ์ใน MC3R เด็กทั้ง 6 คนอายุสั้นกว่าและมีมวลและน้ำหนักน้อยตลอดวัยเด็ก แสดงให้เห็นว่าผลกระทบนี้เริ่มตั้งแต่อายุยังน้อย

ทุกคนที่ระบุในการศึกษาเหล่านี้มีการกลายพันธุ์ในยีนเพียงหนึ่งในสองสำเนา การค้นหาการกลายพันธุ์ในยีนทั้งสองสำเนานั้นหายากมาก แต่ในอีกกลุ่มหนึ่ง นักวิจัยสามารถระบุตัวบุคคลในการศึกษายีนและสุขภาพด้วยการกลายพันธุ์ที่สร้างความเสียหายอย่างมากในยีนทั้งสองสำเนา บุคคลนี้สั้นมากและเข้าสู่วัยหนุ่มสาวหลังจากอายุ 20 ปี

ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เชื่อมโยงที่เก็บสารอาหารของร่างกายที่เพียงพอกับวุฒิภาวะในการสืบพันธุ์ได้ทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์ ดังนั้นนักวิจัยจึงได้ทำการศึกษาในหนูเพื่อยืนยันว่าวิถีทาง MC3R ทำงานข้ามสายพันธุ์ การทำงานในห้องปฏิบัติการของ Dr. Roger Cone ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน ซึ่งก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นบทบาทของ MC3R ในการควบคุมการเจริญเติบโตและมวลน้อยในหนู แสดงให้เห็นว่าในขณะที่หนูปกติปิดวงจรการสืบพันธุ์เมื่อพวกมันได้รับช่วงระยะเวลาหนึ่ง การกีดกันอาหารหนูที่ถูกออกแบบให้ขาด MC3R ไม่ได้ สิ่งนี้ยืนยันว่า MC3R เป็นส่วนที่จำเป็นในการควบคุมภาวะโภชนาการของฮอร์โมนเพศ

ศาสตราจารย์ เซอร์ สตีเฟน โอราฮิลลี ผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษาและผู้อำนวยการหน่วยโรคเมตาบอลิซึมของ MRC แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าวว่า “การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าสมองสามารถรับรู้สารอาหารและตีความสิ่งนี้เพื่อตัดสินใจด้วยจิตใต้สำนึกที่ส่งผลต่อการเติบโตของเราได้อย่างไร และพัฒนาการทางเพศ การระบุเส้นทางในสมองที่โภชนาการเปลี่ยนเป็นการเจริญเติบโตและวัยแรกรุ่นอธิบายปรากฏการณ์ระดับโลกของการเพิ่มความสูงและอายุที่ลดลงในวัยแรกรุ่นที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมานานนับศตวรรษ

“การค้นพบของเรามีผลในทางปฏิบัติในทันทีสำหรับการทดสอบเด็กที่มีความล่าช้าอย่างร้ายแรงในการเจริญเติบโตและพัฒนาการในวัยเจริญพันธุ์สำหรับการกลายพันธุ์ใน MC3R

“งานวิจัยชิ้นนี้อาจมีความหมายกว้างกว่าการพัฒนาเด็กและอนามัยการเจริญพันธุ์ โรคเรื้อรังหลายอย่างเกี่ยวข้องกับการสูญเสียมวลกล้ามเนื้อ รวมทั้งกล้ามเนื้อ ซึ่งส่งผลให้เกิดความอ่อนแอ สิ่งนี้ตอบสนองได้ไม่ดีต่ออาหารเสริมง่ายๆ เช่น เครื่องดื่มที่มีโปรตีนสูง การค้นพบว่ากิจกรรมของวิถี MC3R มีอิทธิพลต่อปริมาณมวลน้อยที่บรรทุกโดยบุคคล การวิจัยในอนาคตควรตรวจสอบว่ายาที่กระตุ้น MC3R อย่างเลือกสรรอาจช่วยเปลี่ยนเส้นทางแคลอรีไปยังกล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อติดมันอื่นๆ โดยมีแนวโน้มว่าจะปรับปรุงการทำงานทางกายภาพ ของผู้ป่วยดังกล่าว”

ศาสตราจารย์จอห์น เพอร์รี ผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษาจากหน่วยระบาดวิทยา MRC แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าวว่า “นี่เป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นสำหรับพันธุศาสตร์มนุษย์ ด้วยการวิเคราะห์ลำดับพันธุกรรมของผู้เข้าร่วมการวิจัยจำนวนมาก ตอนนี้เราสามารถเข้าใจกระบวนการทางชีววิทยาพื้นฐานที่ยังคงเข้าใจยากจนถึงปัจจุบัน โดยการรวมการศึกษาเหล่านี้เข้ากับการทดลองในแบบจำลองเซลล์และสัตว์ เราจะยังคงค้นพบข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ และทำความเข้าใจกลไกเบื้องหลังการเจริญเติบโตของมนุษย์และโรคเมตาบอลิซึม”

การวิจัยได้รับทุนจาก UK Medical Research Council, Wellcome และ National Institute for Health Research

ดร.ร็อบ บัคเคิล ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายวิทยาศาสตร์ของ Medical Research Council ซึ่งเป็นผู้ให้ทุนสนับสนุนการวิจัย กล่าวว่า “การค้นพบนี้มีศักยภาพที่จะก้าวไปข้างหน้าอย่างมีนัยสำคัญในการจัดการความผิดปกติของการเจริญเติบโตและวัยแรกรุ่นในอนาคต และการปรับปรุงด้านสุขภาพ ของผู้ทุกข์ทรมานจากความอ่อนแอที่เกิดจากโรคเรื้อรัง การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงคุณค่าของการลงทุนระยะยาวในกลุ่มประชากรในสหราชอาณาจักรจำนวนมากและการวิจัยแบบสหสาขาวิชาชีพเพื่อค้นหาสาเหตุพื้นฐานของสุขภาพและโรคภัยของมนุษย์”

อ้างอิง
Lam BYH et al. MC3R เชื่อมโยงภาวะโภชนาการกับการเจริญเติบโตในวัยเด็กและช่วงเวลาของวัยแรกรุ่น ธรรมชาติ; 3 พ.ย. 2564

ดัดแปลงจากข่าวประชาสัมพันธ์ของสภาวิจัยการแพทย์

หน้าแรก