Нарушение циркадного ритма как фактор развития метаболически нездорового ожирения

Цель. На основании анализа данных современной научной литературы продемонстрировать влияние циркадной системы на функцию жировой ткани и на формирование метаболически нездорового ожирения.

Основные положения. Циркадная система регулирует метаболические процессы через сложные нейроэндокринные пути, влияя на ключевые структуры клеток. Центральные и периферические циркадные часы приспосабливают функции органов и систем к циклам сна/бодрствования и питания/голодания, внося значительный вклад в поддержание метаболизма организма в состоянии равновесия. На уровне жировой ткани циркадная система регулирует липогенез и липолиз, кроме того, участвует в процессе секреции адипоцитокинов. Циркадная регуляция активности липогенеза и липолиза осуществляется в основном через влияние на процессы транскрипции генов ряда ключевых ферментов жировой ткани, участвующих в обоих процессах. Нарушение циркадного ритма приводит к метаболическому, гормональному и энергетическому дисбалансу. В результате нарушения циркадного ритма меняются эндокринная функция жировой ткани, липидный состав и вариабельность уровня глюкозы в крови, а также чувствительность к инсулину, что может стать причиной развития метаболически нездорового ожирения.

Заключение. Циркадная система является координатором поведенческих и физиологических функций человека в зависимости от времени суток. Периферические циркадные осцилляторы, подчиняясь центральным циркадным часам, регулируют метаболические процессы на уровне жировой ткани, печени, почек, мышц и др. Скоординированная работа всей этой системы обеспечивает гомеостаз энергии. Нарушение циркадного ритма может способствовать развитию ожирения, сахарного диабета, заболеваний сердечно-сосудистой системы и стать причиной метаболически нездорового ожирения, а здоровый образ жизни, оптимизация графика работы и устранение нарушений сна улучшают метаболические процессы.

1. Meléndez-Fernández O.H., Liu J.A., Nelson R.J. Circadian rhythms disrupted by light at night and mistimed food intake alter hormonal rhythms and metabolism. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(4):3392. DOI: 10.3390/ijms24043392

2. Sinturel F., Petrenko V., Dibner Ch. Circadian clocks make metabolism run. J. Mol. Bio. 2020;432(12):3680–99. DOI: 10.1016/j.jmb.2020.01.018

3. Finger A.M., Dibner C., Kramer A. Coupled network of the circadian clocks: a driving force of rhythmic physiology. FEBS Lett. 2020;594(17):2734–69. DOI: 10.1002/1873-3468.13898

4. de Oliveira Melo N.C., Cuevas-Sierra A., Souto V.F., Martínez J.A. Biological rhythms, chrono-nutrition, and gut microbiota: epigenomics insights for precision nutrition and metabolic health. Biomolecules. 2024;14(5):559. DOI: 10.3390/biom14050559

5. Marcheva B., Ramsey K.M., Buhr E.D., Kobayashi Y. et al. Disruption of the clock components CLOCK and BMAL1 leads to hypoinsulinaemia and diabetes. J. Nature. 2010;466(7306):627–31. DOI: 10.1038/nature09253

6. Lee C.H., Murrell C.E., Chu A., Pan X. Circadian regulation of apolipoproteins in the brain: implications in lipid metabolism and disease. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(24):17415. DOI: 10.3390/ijms242417415.PMID:38139244

7. Civelek E., Ozturk Civelek D., Akyel Y.K., Kaleli Durman D. et al. Circadian dysfunction in adipose tissue: chronotherapy in metabolic diseases. Biology (Basel). 2023;12(8):1077. DOI: 10.3390/biology12081077

8. Saran A.R., Dave S., Zarrinpar A. Circadian rhythms in the pathogenesis and treatment of fatty liver disease. Gastroenterology. 2020;158(7):1948–66.e1. DOI: 10.1053/j.gastro.2020.01.050

9. Mercadante S., Bellastella A. Chrono-endocrinology in clinical practice: a journey from pathophysiological to therapeutic aspects. Life (Basel). 2024;14(5):546. DOI: 10.3390/life14050546

10. Brown A.J., Pendergast J.S., Yamazaki S. Peripheral circadian oscillators. Yale J. Biol. Med. 2019;92(2):327–35.

11. Lekkas D., Paschos G.K. The circadian clock control of adipose tissue physiology and metabolism. Auton. Neurosci. 2019;219:66–70. DOI: 10.1016/j. autneu.2019.05.001

12. Vieira E., Merino B., Quesada I. Role of the clock gene Rev-erbα in metabolism and in the endocrine pancreas. Diabetes Obes. Metab. 2015;17(suppl.1):S106–14. DOI: 10.1111/dom.12522

13. Chan K., Wong F.S., Pearson J.A. Circadian rhythms and pancreas physiology: a review. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022;13:920261. DOI: 10.3389/fendo.2022.9202612022

14. Heyde I., Begemann K., Oster H. Contributions of white and brown adipose tissues to the circadian regulation of energy metabolism. Endocrinology. 2021;162(3):bqab009. DOI: 10.1210/endocr/bqab009

15. Froy O., Garaulet M. The circadian clock in white and brown adipose tissue: mechanistic, endocrine, and clinical aspects. Endocr. Rev. 2018;39(3): 261–73. DOI: 10.1210/er.2017-00193

16. Aldhahi W., Hamdy O. Adipokines, inflammation, and the endothelium in diabetes. Curr. Diab. Rep. 2003;3(4):293–8. DOI: 10.1007/s11892-003-0020-2

17. Zhao E., Tait C., Minacapelli C.D., Catalano C. et al. Circadian rhythms, the gut microbiome, and metabolic disorders. Gastro Hep. Adv. 2022;1(1):93–105. DOI: 10.1016/j.gastha.2021.10.008

18. Shostak A., Meyer-Kovac J., Oster H. Circadian regulation of lipid mobilization in white adipose tissues. Diabetes. 2013;62(7):2195–203. DOI: 10.2337/db12-1449

19. Shostak A., Husse J., Oster H. Circadian regulation of adipose function. Adipocyte. 2013;2(4):201–6. DOI: 10.4161/adip.26007

20. Grimaldi B., Bellet M., Katada M., Astarita G. et al. PER2 controls lipid metabolism by direct regulation of PPARgamma. Cell Metab. 2010;12(5): 509–20. DOI: 10.1016/j.cmet.2010.10.005

21. Solt L.A., Wang Y., Banerjee S., Hughes T. et al. Regulation of circadian behaviour and metabolism by synthetic REV-ERB agonists. Nature. 2012;485:62–8. DOI: 10.1038/nature11030

22. Paschos G.K., Ibrahim S., Song W.L., Kunieda T. et al. Obesity in mice with adipocyte-specific deletion of clock component. Arntl. Nat. Med. 2012;18(12):1768–77. DOI: 10.1038/nm.2979

23. Delezie J., Dumont S., Dardente H., Oudart H. et al. The nuclear receptor REV-ERBalpha is required for the daily balance of carbohydrate and lipid metabolism. FASEB J. 2012;26(8):3321–35. DOI: 10.1096/fj.12-208751

24. Dollet L., Zierath J.R. Interplay between diet, exercise and the molecular circadian clock in orchestrating metabolic adaptations of adipose tissue. J. Physiol. 2019;597(6):1439–50. DOI: 10.1113/JP276488

25. Engin A. Misalignment of circadian rhythms in diet-induced obesity. Adv. Exp. Med. Biol. 2024;1460:27–71. DOI: 10.1007/978-3-031-63657-8_2

26. Tang Q., Godschall E., Brennan C.D., Zhang Q. et al. Leptin receptor neurons in the dorsomedial hypothalamus input to the circadian feeding network. Sci. Adv. 2023;9(34):eadh9570. DOI: 10.1126/sciadv.adh9570

27. Arble D.M., Vitaterna M., Turek F.W. Rhythmic leptin is required for weight gain from circadian desynchronized feeding in the mouse. PLoS One. 2011;6(9):e25079. DOI: 10.1371/journal.pone.0025079

28. Liu C., Liu Y., Xin Y., Wang Y. Circadian secretion rhythm of GLP-1 and its influencing factors. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022;13:991397. DOI: 10.3389/fendo.2022.991397

29. Garaulet M., Ordovás J.M., Gómez-Abellán P., Martínez J.A. et al. An approximation to the temporal order in endogenous circadian rhythms of genes implicated in human adipose tissue metabolism. J. Cell Physiol. 2011;226(8):2075–80. DOI: 10.1002/jcp.22531

30. Marot L.P., Lopes T.D.V.C., Balieiro L.C.T., Crispim C.A. et al. Impact of nighttime food consumption and feasibility of fasting during night work: a narrative review. Nutrients. 2023;15(11):2570. DOI: 10.3390/nu15112570

31. April-Sanders A.K., Rodriguez C.J. Invited commentary nutrition, obesity, and exercise. metabolically healthy obesity redefined. JAMA Netw. Open. 2021;4(5):e218860. DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2021.8860

32. Elías-López D., Vargas-Vázquez A., Mehta R., Cruz Bautista I. et al. Natural course of metabolically healthy phenotype and risk of developing cardiometabolic diseases: a three years follow-up study. Metabolic Syndrome Study Group. BMC Endocr. Disord. 2021;21(1):85. DOI: 10.1186/s12902-021-00754-1

33. Taheri S., Lin L., Austin D., Young T. et al. Short sleep duration is associated with reduced leptin, elevated ghrelin, and increased body mass index. PLoS Med. 2004;1(3):e62. DOI: 10.1371/journal.pmed.0010062

34. LeDuc C.A., Skowronski A.A., Rosenbaum M. The role of leptin in the development of energy homeostatic systems and the maintenance of body weight. Front. Physiol. 2021;12:789519. DOI: 10.3389/fphys.2021.789519

35. Гариева М.А., Косян А.А. Влияние нарушенного циркадного ритма на углеводный обмен и степень выраженности ожирения у пациентов с сахарным диабетом 2 типа. Эндокринология: новости, мнения, обучение. 2020;9(2):87–8. DOI: 10.33029/2304-9529-2020-9-2-87-88

36. Andriessen C., Schrauwen P., Hoeks J. The importance of 24-h metabolism in obesity-related metabolic disorders: opportunities for timed interventions. Int. J. Obes. 2021;45:479–90. DOI: 10.1038/S41366-020-00719-9

37. Sun M., Feng W., Wang F., Li P. et al. Meta-analysis on shift work and risks of specific obesity types. Obes. Rev. 2018;19(1):28–40. DOI: 10.1111/obr.12621

38. Lal H., Verma S.K., Wang Y., Xie M. et al. Circadian rhythms in cardiovascular metabolism. Circ. Res. 2024;134(6):635–58. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.123.323520

39. Bonham M.P., Bonnell E.K., Huggins C.E. Energy intake of shift workers compared to fixed day workers: a systematic review and meta-analysis. Chronobiol. Int. 2016;33(8):1086–100. DOI: https://doi.org/10.1080/07420528.2016.1192188

40. Rogers M., Coates A.M., Banks S. Meal timing, sleep, and cardiometabolic outcomes. Curr. Opin. Endocrine Metab. Res. 2021;18:128–32. DOI: 10.1016/j.coemr.2021.03.006

41. Sato T., Sato S. Circadian regulation of metabolism: commitment to health and diseases. Endocrinology. 2023;164(7):bqad086. DOI: 10.1210/endocr/bqad086