Растения в стрессе и ксеногормезис

“Есть дикая голубика? Нет, но можно разозлить домашнюю» или почему стресс делает растения полезнее для здоровья? А дикие ягоды вкуснее и полезнее? Пост про ксеногормезис: как растения повышают нашу устойчивость.

Растительная пища содержит большое количество т.н. фитонутриентов – некалорийных соединений, обладающих высокой биологической активностью. Они могут влиять на уровень активности генов, действовать как антиоксиданты, влиять на работу гормонов и многое другое. В высоких количествах эти вещества могут быть даже токсичны. 

Но как появился этот механизм и почему растения нам «помогают». Как говорил Добржанский «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции», давайте взглянем на фитонутриеты с этой стороны.

Итак, при стрессе и у растений резко увеличивается количество фитонутриентов. Т.е. растения накапливают их не для нас, а непосредственно для решения своих проблем, таких как засуха, повреждения, вредители, нарушения освещения. 

Например, синтез ресвератрола в растениях стимулируется ультрафиолетом, озоном или появлением вредителей. И в растениях ресвератрол действует, уменьшая количество УФ повреждений и снижения количество патогенов. Установлено, что клубника, которая растет в условиях умеренной нехватки воды, имеет более выраженный вкус, большую антиоксидантную емкость и более высокие содержания фенолов (Terry et al. 2007). Таким образом, дикорастущие ягоды будут явно выигрывать по своей пользе. 

Теория «общего происхождения». Одна из теорий, почему растительные компоненты влияют на биохимические пути животных является теория Шульца о “phylogenetic espionage”, т.е. об общности или схожести ряда биохимических путей и животных и растений. Получается, что наблюдаемый эффект – это лишь совпадение. Однако эта теория не может объяснить весь спектр эффектов. 

Вторая теория – это теория ксеногормезиса, разработанная Синклером и соавторами. Ксенос – это чужой, т.е. чужой полезный стресс. Она гласит, что фитонутриентный профиль растений отражает информацию о той среде, в которой они растут и он меняется в зависимости от ситуации. При стрессе и изменении окружающей среды растения меняют свой фитонутриентный профиль. Ксеногормезис развился как механизм раннего предупреждения как нехватка продовольствия. Теория ксеногормезиса гласит, что животные в процессе совместной эволюции обрели способность менять свой метаболизм под воздействием фитонутриентов, что позволило им увеличить свою адаптивность. Т.е. те вещества, которые увеличивали стрессоустойчивость растений, стали аналогично действовать и на животных. На общность этих механизмов указывает и тот факт, что растительные фитонутриенты действуют не только на животных, но и на грибы, увеличивая их выживание. 

Теория ксеногормезиса гласит, что главным является не повреждение клеток у животных, не антиоксидантная активность фитонутриентов, а их эволюционная способность модулировать активность рецепторов и ферментов в стресс-регулирующих метаболических путях животных. Таким образом, главным является «информация», а не их особенности строения. Этим может объясняться схожее действие химически различных фитонутриентов, много мишеней их действия в организме. Конечно, механизм гормезиса здесь тоже не исключен, они могут работать совместно (гормезис + ксеногормезис). В нашем организме это не уникальный случай, достаточно вспомнить активацию иммунной системы при виде заболевших людей (подробно я писал об этом здесь), т.е. именно информация является ключевым активатором. 

Такие стрессовые растительные молекулы как ресвератрол, бутеин, физетин могут активировать защитные реакции у грибов, нематод, рыб, мышей, приводя к продлению их жизни. Ксеногорметики чаще всего выступают как «миметики ограничения калорий», т.е. действуют как небольшое голодание. Это вполне закономерно, учитывая снижение доступности пищи при изменении погоды (растительный стресс). Те дозы фитонутриентов, которые используются для продления жизни в лабораториях сопоставимы с их концентрациями в листьях и овощах растений, подвергшихся стрессу. 

Любопытно, что различные попытки объяснить действие фитонутриентов, в частности флавоноидов, единым механизмом не получили успеха. Так, объяснения их действия антиоксидантным механизмом провалились, так как их эффективность не коррелирует с антиоксидантной способностью. Более того, чистые антиоксиданты не продляют жизнь. Многие из механизмов антиоксидантной активности полифенолов непрямые, связанные с изменением активности генов. Например, индукцией защитного фермента гемоксигеназы. 

Как работает ксеногормезис?

Самый изученный механизм действия фитонутриентов – это влияние на активность сиртуинов. Сиртуины активируются, скажем, при голодании и физической активности, запуская ряд адаптивных реакций. Активность сиртуинов зависит от NAD уровня (который является своеобразным звеном между состоянием клеточного метаболизма и адаптивным ответом на стресс) Группа таких соединений получала название сиртуин-активирующие вещества, sirtuin-activating compounds (STAC), к ним относятся например бутеин, ресвератрол, физетин, кверцетин и др. SIRT1 подавляет NF-kB, снижает уровни IGF-1 у здоровых людей и оказывает ряд других защитных реакций. Так, физетин и кверцетин повышают активность SIRT1, при этом уменьшают активность mTOR, активацию Nf-kB и экспрессию гена СОХ-2, стимулируют Nrf2.

Заключение. 

1. Ксеногормезис – это вероятный эволюционный механизм положительного действия растительный пищи на здоровье.

2. Разные вещества из растений действуют на одинаковые метаболические пути. При этом высокие дозы одного конкретного вещества могут быть токсичны, поэтому оптимально использовать смесь фитонутриентов с разных продуктов.

3. Содержание фитонутриетов в пище достаточно для оказания положительных эффектов на здоровье. В дикорастущих растениях больше полезных компонентов, чем в «тепличных». Выращивание растений с мягкими формами стресса (тепловой, световой и т.п.) увеличивает в них количество фенолов. Многие полифенолы имеют горьковатый или пряный вкус, поэтому рафинирование приводит к снижению их содержания. 

4. Больше о здоровом питании вы можете узнать на онлайн-курсе «Здоровое питание»: https://go.beloveshkin.com/pitanie

Литература: 

Integr Comp Biol. 2002 Jul;42(3):454-62. doi: 10.1093/icb/42.3.454.Shared signals and the potential for phylogenetic espionage between plants and animals.Schultz JC1.

Cell. Author manuscript; available in PMC 2009 May 2.Xenohormesis: Sensing the Chemical Cues of Other Species

Small molecules that regulate lifespan: evidence for xenohormesis.Dudley W Lamming, Jason G Wood, David A. SinclairPublished in Molecular microbiology 2004

Cell Stress Chaperones. 2010 Nov; 15(6): 761–770.Xenohormesis: health benefits from an eon of plant stress response evolution

Xenohormesis: Applying Evolutionary Principles to Contemporary Health Issues Exploratory Research and Hypothesis in Medicine 2017;2(4):79-85