Эволюционное мышление об ожирении (2014)

Yale J Biol Med, 2014 Jun; 87 (2): 99-112.

Опубликован онлайн 2014 Jun 6.

PMCID: PMC4031802

Фокус: ожирение

Абстрактные

Ожирение, диабет и метаболический синдром растут во всем мире, но их причины еще не полностью поняты. Исследование этиологии эпидемии ожирения сильно зависит от нашего понимания эволюционных корней метаболического контроля. В течение полувека гипотеза бережливого гена, в которой утверждается, что ожирение является эволюционной адаптацией к выжившим периодам голода, доминировало в мышлении на эту тему. Исследователи ожирения часто не осознают, что на самом деле существуют ограниченные доказательства, подтверждающие гипотезу экономного гена, и что предлагаются альтернативные гипотезы. В этом обзоре представлены доказательства гипотетической гипотезы гена и против нее, а также представлены читателям дополнительные гипотезы об эволюционном происхождении эпидемии ожирения. Поскольку эти альтернативные гипотезы предполагают существенно разные стратегии исследования и клинического лечения ожирения, их рассмотрение имеет решающее значение для прекращения распространения этой эпидемии.

Ключевые слова: обзор, ожирение, диабет, метаболический синдром, эволюция, экономная гипотеза гена

Перейти к:

Введение

Частота ожирения во всем мире резко возросла в прошлом столетии, достаточной для того, чтобы Всемирная организация здравоохранения официально объявила глобальную эпидемию в 1997 [1]. Ожирение (определяемое индексом массы тела, превышающим 30 кг / м) вместе с резистентностью к инсулину, дислипидемией и связанными с ней состояниями, определяет «метаболический синдром», который сильно предрасполагает страдать от диабета 2, сердечно-сосудистых заболеваний и ранней смертности [2]. Метаболический синдром поражает 34 процентов американцев, 53 процентов которых страдают ожирением [3]. Ожирение является растущей проблемой развивающихся стран [4,5] и в настоящее время является одной из ведущих причин предотвратимой смерти во всем мире [6].

Логично, что быстрое увеличение любого медицинского состояния должно быть связано с изменениями окружающей среды, однако в многочисленных исследованиях было показано, что ожирение имеет сильный генетический компонент [7,8], что указывает на потенциальное взаимодействие между генами и средой [9]. Любопытно, что некоторые популяции особенно восприимчивы к ожирению и метаболическому синдрому [1,10], в то время как другие устойчивы [10,11]. Высокая распространенность этого, казалось бы, неблагоприятного состояния в сочетании с его неравномерным распределением среди индивидуумов и групп населения привела к предположениям о потенциальном эволюционном происхождении ожирения и метаболического синдрома [12–15].

Здесь я рассмотрю несколько гипотез (как конкурирующих, так и взаимодополняющих) для эволюционного происхождения эпидемии ожирения и обсудим их последствия. Я утверждаю, что лучшее понимание эволюционных сил, которые сформировали человеческий метаболический контроль, имеет решающее значение для борьбы с современной эпидемией ожирения. Понимание эволюционного происхождения ожирения может привести к новым подходам к исследованию патофизиологии ожирения, а также к его клиническому руководству.

Перейти к:

Зачем контролировать вес тела?

Чтобы понять современную патофизиологию ожирения, полезно рассмотреть ту роль, которую играет регуляция массы тела в эволюционной пригодности животных. Какие силы заставляют организм поддерживать минимальный или максимальный лимит веса? Важно прежде всего отметить, что «регулирование веса тела» представляет собой чрезвычайно сложный процесс, включающий гораздо больше, чем простое метаболическое действие. Он включает как периферийные, так и центральные сигналы сытости / голода [16,17], а также когнитивный контроль [18], на которые влияют как генетические, так и экологические факторы.

Есть много сил, действующих для контроля массы тела и ожирения млекопитающих. Угроза голодания приводит к необходимости поддерживать более низкий предел жировых отложений. Энергохранилища необходимы, чтобы избежать смерти от голода при любом незначительном нарушении доступа к продовольствию. Плодородность также сильно зависит от жира [19]. Циклы яичников очень чувствительны к сигналам баланса энергии [20], и определенному проценту жировых отложений необходимо, чтобы женские млекопитающие сохраняли фертильность и успешно выживали потомство [19]. Кроме того, жировые отложения помогают поддерживать температурный гомеостаз. Белая жировая ткань действует как изолятор [21], в то время как коричневая жирность активно способствует термогенезу [22].

Несколько сил поддерживают верхнюю границу жира тела у животных. Время, затрачиваемое на добычу, - это одно. Поддержание высокого ожирения является энергетически дорогостоящим и требует большой калорийности [23]. Для большинства диких животных слишком много времени нужно будет уделять фуражированию за счет других важных видов деятельности, таких как спаривание, сном или избегание хищников [23]. Животные-жертвы должны оставаться достаточно худшими, чтобы избежать хищничества. Животное, страдающее ожирением, не может двигаться так же быстро и не скрыть так же эффективно, как худощавое животное [24]. В лабораторных исследованиях было продемонстрировано, что многие мелкие животные-жертвы устойчивы к ожирению, вызванному диетой, даже при неограниченном доступе к высококалорийной пище [25]. Кроме того, некоторые животные-жертвы были экспериментально продемонстрированы для снижения массы тела, когда хищники присутствуют в их среде обитания [26,27], предположительно, чтобы избежать хищничества.

Современные люди в значительной степени буферизуются из этих факторов. Глобальные экономики защищают развитые страны от голода и обеспечивают легкий доступ к высококалорийным продуктам питания. Укрытие и одежда защищают нас от холода. Мы редко вынуждены охотиться на добычу, и мы также не беспокоимся о том, чтобы стать жертвой самих себя [24]. Хотя современные люди больше не могут подвергаться этим силам, они по-прежнему очень важны для нашего здоровья. Понимание того, как эти силы способствовали эволюции человека, дает нам представление о том, как регулируется вес человеческого тела и какие изменения необходимо внести в наши общества и стратегии здравоохранения для лучшей защиты от метаболических заболеваний.

Перейти к:

Адаптация к тщеславию

Гипотеза Thrifty Gene

В 1962 генетик Джеймс Нил представил первое основное эволюционное объяснение современной эпидемии ожирения [12]. Его первоначальная гипотеза была сосредоточена на объяснении необычно высокой распространенности диабета в некоторых популяциях человека, но была пересмотрена с учетом как ожирения, так и других компонентов метаболического синдрома [28].

Нил утверждал, что тенденция развития диабета (или ожирения) является адаптивной чертой, которая стала несовместимой с современным образом жизни. Его «экономная гипотеза гена» (TGH) «основывается на предположении, что в ходе человеческой эволюции люди постоянно подвергались периодам пира и голода. Во время голода люди, у которых было больше запасов энергии, с большей вероятностью выживали и производят больше потомства. Поэтому эволюция действовала для выбора генов, которые делали тех, кто обладал ими, очень эффективно при хранении жира во время изобилия. В современных индустриальных обществах, где праздники обычны, а голод редок, эта эволюционная адаптация становится неадаптивной. Таким образом, существует несоответствие между окружающей средой, в которой живут люди, и окружающей средой, в которой мы эволюционировали. Thrifty гены действуют, чтобы эффективно хранить энергию, чтобы подготовиться к голоду, который никогда не приходит [12].

TGH обеспечивает простое и элегантное объяснение современной эпидемии ожирения и быстро охвачено учеными и мирянами. Некоторые доказательства подтверждают эту гипотезу. Важным следствием TGH является то, что идентифицируемые генетические полиморфизмы, которые придают «экономный» фенотип, должны существовать. Известно, что как ожирение, так и диабет имеют сильный генетический компонент [7,8,29,30], и было обнаружено несколько генетических полиморфизмов, которые предрасполагают людей к ожирению [31,32], предполагая потенциальные компоненты «экономного генотипа». Многие однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), связанные с повышенным риском ожирения, были идентифицированы в ходе исследований общей ассоциации генома (GWA), хотя каждый из них имеет относительно небольшой эффект [13].

Одна из основных критических замечаний к гипотезе экономных генов заключается в том, что она неспособна объяснить гетерогенность диабета и ожирения между популяциями и внутри них [33]. Если цикл праздника и голода был важной движущей силой всей человеческой эволюции, почему не все люди страдают ожирением? Человеческие популяции демонстрируют большие различия в их восприимчивости к ожирению и диабету [1,10]. Кроме того, даже внутри популяций, живущих в одних и тех же условиях, есть много людей, которые, по-видимому, устойчивы к ожирению [34]. Чтобы решить этот недостаток, Эндрю Прентис позже предположил, что вместо голода, который является «когда-либо присутствующим» избирательным давлением во всей человеческой эволюции, это только совсем недавно, примерно за 10,000 лет с момента появления сельского хозяйства, этот голод стал основным избирательным давление, и, как таковое, возможно, что не было достаточного времени для того, чтобы экономные гены достигли фиксации [35]. Общество охотников-собирателей, основной образ жизни архаичных людей, не часто испытывает голод, потому что их мобильность и гибкость позволяют им перемещаться или использовать альтернативные источники пищи, когда они сталкиваются с трудностями в области окружающей среды [36]. Напротив, земледельцы эксплуатируют относительно немного основных сельскохозяйственных культур и имеют меньшую гибкость для обработки засух и других бедствий. Таким образом, цикл пира / голода может быть выбран для экономных генов только в сельскохозяйственных обществах [36]. Это может объяснить, почему не все люди страдают ожирением и почему существуют различия между популяциями. На протяжении всей своей истории некоторые группы населения, возможно, испытали больше голода или периодов нехватки продовольствия и, таким образом, оказали большее давление на разработку экономного генотипа.

TGH предоставляет несколько проверяемых прогнозов. Одно из таких прогнозов, если предположить, что пост-сельскохозяйственная модель предполагается, заключается в том, что генетические локусы, связанные с ожирением и диабетом, должны проявлять характерные признаки недавнего позитивного отбора. Однако исследование Southam et al. (2007) 13 ожирения и 17 типа 2, связанные с диабетом, генетические варианты (содержащие полный список наиболее хорошо зарекомендовавших себя локусов, связанных с ожирением и диабетом, во время публикации) обнаружили мало доказательств недавнего позитивного отбора [37]. Это исследование обнаружило только один локус риска, мутацию в связанном с ожирением FTO-гена, свидетельствующий о недавнем положительном отборе. По всей видимости, это будет свидетельствовать против TGH; однако он полагался на данные SNP, и поэтому эти локусы могут быть скорее ассоциативными, чем функциональными. Уточнение генетики ожирения и риска диабета должно привести к более информативным испытаниям для отбора.

Еще одно предсказание пост-сельскохозяйственного ТГГ заключается в том, что популяции, которые исторически сталкивались с большим голодом и дефицитом продуктов питания, должны быть более склонны к ожирению и диабету, когда-то подвергающимся обоненогенной среде. До сих пор существуют смешанные доказательства этого предсказания. Некоторые популяции охотников и собирателей, для которых голод был бы исторически необычным, как представляется, демонстрируют некоторую устойчивость к ожирению, вызванному раком [35] по сравнению с популяциями с историей сельского хозяйства, что согласуется с предсказаниями TGH. Однако эта модель также предсказывает, что сельскохозяйственные общества, особенно те из более холодных климатов, испытали бы сильнейшее избирательное давление на генетическую бережливость и, следовательно, особенно подвержены ожирению и диабету типа 2. Европа является ярким примером такого типа окружающей среды: ее народы уже давно занимаются сельским хозяйством, а исторические данные о войне и голоде в этом регионе длинны и обширны [38]. Тем не менее, европейцы имеют более низкий уровень ожирения, чем многие популяции, и кажутся частично резистентными к диабету типа 2 [10,11]. Тихоокеанские островитяне, напротив, имеют одни из самых высоких показателей ожирения и диабета типа 2 в мире [10], несмотря на проживание в тропическом климате с очень маленькой историей голода [15,38].

Некоторые исследователи объясняют эти несоответствия, обращая внимание на TGH, утверждая, что вместо недавнего отбора для экономных генов это, фактически, гены, придающие устойчивость к ожирению и другим нарушениям обмена веществ, которые являются современной адаптацией. Этот модифицированный TGH утверждает, что адаптация к бережливости является древней, но популяции, которые перешли на более богатые источники пищи с момента появления сельского хозяйства, получили некоторые адаптации для предотвращения нарушений обмена веществ. Генетически неизвестная пищевая гипотеза Риккардо Башетти утверждает, что европейцы частично адаптировались к диабетогенной диете [38]. Внедрение диеты в европейском стиле к популяциям, которые к ней не привыкли, например, коренные американцы и жители островов Тихого океана, создает несоответствие между их современной диетой и диетой, с которой они развились, что приводит к метаболической дисфункции. Это потенциально объясняет недавнее резкое увеличение диабета и ожирения в этих популяциях. Другие считают, что потеря бережливости является недавней адаптацией, вызывая различия в распространенности метаболических заболеваний между популяциями [39]. Вместо того, чтобы искать гены, связанные с заболеванием, которые придают восприимчивость к метаболическим заболеваниям, мы должны вместо этого сосредоточить усилия на поиске генетических вариантов, придающих устойчивость к этим заболеваниям [39]. Исследование, проведенное Southam et al. обнаружили доказательства недавнего положительного отбора на один аллель, который защищает от диабета [37]. Крупномасштабное исследование, в котором были обнаружены признаки недавнего положительного отбора на аллель устойчивости к диабету и ожирению, может быть плодотворным для проверки этих гипотез.

Что касается клинического управления ожирением и другими нарушениями обмена веществ, TGH подразумевает, что возвращение к традиционному образу жизни популяции было бы полезно для лечения метаболического синдрома. Если ожирение вызвано несоответствием между нашими генами и окружающей средой, в которой мы сейчас живем, изменение окружающей среды в соответствии с тем, как адаптировались наши геномы, должно обратить вспять эпидемию ожирения. Очевидно, что возвращение к традиционным образцам охотников-собирателей наших предков нецелесообразно. Тем не менее, можно ограничить калории и увеличить физические нагрузки, чтобы более точно имитировать различные традиционные образы жизни [40]. Текущие медицинские рекомендации для лечения ожирения и диабета основаны на этой стратегии [41,42]. Хотя эта стратегия, по-видимому, работает для некоторых пациентов, существует большая вариабельность ее эффективности, особенно при длительном лечении ожирения и диабета [43,44].

Гипотеза Thrifty Phenotype

Не все исследователи были убеждены, что TGH удовлетворительно объяснил этиологию ожирения и метаболического синдрома. В 1992 Чарльз Хейлз и Дэвид Баркер предложили свою «экономную гипотезу фенотипа» (также иногда называемую гипотезой Баркера), отчасти для устранения неадекватности гипотез о ожирении на основе генов, таких как TGH, а также объяснить наблюдаемое явление: дети с низким вес при рождении, похоже, особенно подвержен диабету, ожирению, сердечным заболеваниям и другим нарушениям обмена веществ позже в жизни [44].

Гипотеза Баркера основана на концепции «бережливости», но совершенно иначе, чем гипотеза Нила. В гипотезе Баркера, развивающийся плод должен быть экономным. Недоедающий плод должен аккуратно выделять ресурсы, если он должен выжить до рождения и взрослой жизни. Баркер утверждает, что развивающийся плод, столкнувшись с нехваткой энергии, выделит энергию от поджелудочной железы в пользу других тканей, таких как мозг. Это разумный компромисс, поскольку, если такая же питательная среда, в которой развивается плод, сохраняется в его детской и взрослой жизни, будет мало необходимости в хорошо развитых системах реакции глюкозы. Однако, если питание улучшится позже в жизни, у человека, у которого когда-то был бережливый плод, будет недостаточно поджелудочная железа, чтобы справиться с энергией глюкозы, к которой она теперь имеет доступ, и будет склонна к развитию диабета и других метаболических заболеваний. Это может объяснить, почему дети с низким весом при рождении, как правило, склонны к взрослым нарушениям обмена веществ [45].

Первоначальная гипотеза Баркера конкретно не затрагивает эволюционную историю, но имеет эволюционные последствия. В этой гипотезе это гены, позволяющие завершить пренатальное развитие и выживание плода, которые выбраны, а не адаптивные способности во взрослой жизни. Это только потому, что в прошлом пренатальное питание соответствовало питанию взрослых людей, что этот процесс был адаптивным. Теперь, когда это часто бывает не так, это выделение ресурсов из поджелудочной железы становится неадаптивным.

С момента его предложения гипотеза экономичного фенотипа вдохновила на дальнейшую работу, связывающую гипотезу с эволюционной теорией. Джонатан Уэллс рассмотрел несколько конкурирующих или взаимодополняющих моделей эволюционного использования экономных гипотез фенотипа в 2007 [14]. Эти модели обычно подразделяются на две категории: модели прогноза погоды и модели материнской пригодности.

Модели прогноза погоды утверждают, что плод использует сигналы от в утробе матери окружающая среда - особенно пищевые сигналы - «предсказывать», какую среду она может столкнуться в детстве и / или в жизни взрослого. Можно утверждать, что эволюционно выгодно использовать «простые» метаболические системы для бережливости, если плохое питание ощущается на ранней стадии жизни, чтобы лучше справляться со пожизненным плохим питанием. Метаболические нарушения тогда возникают, если среда для взрослых или детей и среда плода несовместимы. Человек, чья эмбриональная среда «предсказала» жизнь голода, с готовностью развивает диабет и ожирение, когда он или она сталкивается с высоким уровнем калорийности [14,46,47]. Хотя это семейство моделей может объяснить быстрое начало эпидемии ожирения в культурах, внезапно введенных в западные диеты, это не позволяет адекватно объяснить, почему ожирение и диабет сохраняются после последующих поколений.

Модели материнской пригодности утверждают, что сигналы, которые плод получает о питании в матке, позволяют ему согласовывать свои энергетические потребности с способностью матери обеспечивать его в детстве. У людей необычайно длинный период детского роста, в течение которого дети почти полностью зависимы от своей матери за ресурсы, даже за пределами отлучения. Поэтому он адаптивен как для матери, так и для ребенка, если метаболический спрос ребенка синхронизируется с собственным фенотипом матери, так что ребенку не потребуется больше (или меньше), чем она может предоставить. Выравнивание младенческого и материнского метаболизма облегчает конфликт между родителями и потомками и имеет важное значение для успешного воспитания ребенка [14,48], и, таким образом, эта адаптация повышает инклюзивность. Эта экономичная модель фенотипа могла бы объяснить, почему ожирение возможно даже тогда, когда плод плохо питается.

Последствия экономных гипотез фенотипа для клинического управления метаболическим синдромом ясны: правильное питание матери и гестации гораздо важнее, чем вмешательство во взрослой жизни. Если гипотеза экономного фенотипа верна, фокусирование профилактических ресурсов общественного здравоохранения на беременной женщине будет делать гораздо больше для борьбы с эпидемией ожирения, чем сосредоточение внимания на лечении заболеваний у взрослых или даже детей.

Гипотеза Thrifty Epigenome

Одна из главных критических замечаний TGH заключается в том, что если голод был такой сильной движущей силой во всей человеческой эволюции, почему бы не все люди страдать ожирением? Как упоминалось ранее, сторонники TGH часто утверждают, что, возможно, голод только стал сильным избирательным давлением после подъема сельского хозяйства, и поэтому только определенные популяции подверглись такому типу селективного давления [49]. Гипотеза Ричарда Штегера «экономный эпигенома» придерживается противоположного мнения и утверждает, что все люди питают экономный геном. Фактически, он утверждает, что нехватка продовольствия, вероятно, была одной из ключевых эволюционных сил на протяжении всей истории жизни, и метаболический сбережения, вероятно, является признаком всех организмов. Гипотеза Штегера заключается в том, чтобы примирить некоторые из дыр в гипотезе экономного генотипа, интегрируя его с экономичными гипотезами фенотипа [50].

Гипотеза Штегера основана на концепции генетической канализации. Генетическая канализация - это процесс, посредством которого полигенный фенотип становится «забуференным» против генетического полиморфизма и изменения окружающей среды. Этот процесс является адаптивным, поскольку колебания давления окружающей среды могут оставить последующие поколения непригодными для их новой среды. Таким образом, долгосрочная эволюционная история вида выбирает для мультигенетической системы, в которой небольшие мутации мало влияют на общую фенотипическую экспрессию [51]. Один из возможных способов, которым виды способны поддерживать такую фенотипическую устойчивость, - это эпигенетическая регуляция [50].

Штегер утверждает, что метаболическая экономия была подвержена генетической канализации и является фенотипической чертой, которая способна приспосабливаться к различным давлениям окружающей среды посредством эпигенетической модификации. Все люди имеют экономный геном, но фенотипическое выражение может варьироваться в зависимости от воздействия окружающей среды, вызванного эпигенетическими модификациями, унаследованными между поколениями. Таким образом, поколение, родившееся во время голода, может иметь модификации эпигенетического генома, которые обеспечивают более эффективное хранение энергии, и эти модификации могут быть переданы через зародышевую линию. Об этом свидетельствуют данные из исследования «Dutch Hunger Winter». Это исследование отслеживало здоровье когорты, родившихся до, после и во время сильного голода, произошедшего в Нидерландах во время Второй мировой войны [52]. Исследование показало, что мужчины, чьи матери испытали голод во время первых двух триместров беременности, имели гораздо более высокий уровень ожирения и диабета, чем мужчины, родившиеся до или после голода [53]. Важно отметить, что многие из характеристик голландской когорты голода передаются последующим поколениям, что приводит к гипотезе о том, что эта когорта подвергалась какой-то эпигенетической модификации, влияющей на массу тела, и поэтому можно сказать, что она имеет «экономный эпигенотип» [50]. Чтобы проверить эту гипотезу, Tobi et al. (2009) исследовали образцы метилирования у лиц, зачатых во время или незадолго до голода 1944, и сравнили их с их незащищенными однополыми братьями и сестрами [54]. Они обнаружили изменения в структуре метилирования ДНК нескольких родов и связанных с метаболизмом локусов у людей, подверженных голоду, обеспечивая поддержку гипотезы о том, что в утробе матери пищевая среда может вызывать эпигенетические модификации [54].

Аналогичным образом, поколение, рожденное во времена большого избытка пищи, должно быть запрограммировано для этого состояния окружающей среды и, следовательно, менее подвержено ожирению. Штегер утверждает, что это именно то, что начинает происходить среди народов Науру в южной части Тихого океана. Считается, что эта популяция встретила неоднократные приступы дефицита продовольствия на протяжении всей истории и в настоящее время имеет один из самых высоких показателей ожирения и диабета в мире, что указывает на то, что у них есть «экономный генотип». Однако в последние годы эта тенденция начала наоборот, со снижением уровня диабета типа 2, несмотря на небольшое изменение в диете или образ жизни. Штегер утверждает, что наууаны начинают переходить к «пигментному эпигенотипу» [50].

Важным следствием этой гипотезы является то, что генетические полиморфизмы, вероятно, очень мало влияют на патофизиологию ожирения. Это может быть объяснением того, почему, несмотря на десятилетия исследований и бесчисленных исследований GWA генетического полиморфизма, было найдено относительно немного генетических вариантов, которые связаны с развитием ожирения или диабета типа 2. Вместо этого, экономичная гипотеза эпигемона предполагает, что исследования GWA эпигенетических маркеров для ожирения будут более плодотворными.

Кроме того, подразумевается в этой гипотезе идея о том, что эпидемия ожирения в конечном итоге решит себя, если западные диеты остаются постоянными. Популяции, в настоящее время испытывающие проблему ожирения, в конечном итоге перейдут от экономного эпигенома к пигментному пигменту. Недавние данные показывают, что этот переход уже начался. Ожидается, что уровень ожирения в США в последние годы снизился [34], а во всем мире данные показывают, что темпы ожирения у детей также планомерно [55].

Перейти к:

Поведенческая адаптация

В то время как ожирение и метаболический синдром часто рассматриваются только с точки зрения чисто физиологических процессов и основных механизмов выживания, многие другие создают эти расстройства в более социальном контексте. Манкар (2008) показал, что люди связывают разные уровни ожирения с социальным статусом [56]. Другие утверждают, что во время человеческой истории ожирение было сигналом к богатству или плодовитости, позволяя тем, кто легко стал ожирением, привлекать больше помощников и успешно производить и выводить больше потомства [57]. Действительно, некоторые из самых старых образцов человеческого искусства - статуэтки палеолитической Венеры - изображают женщин с тучными телами и считаются символами плодородия [58]. Люди - очень социальный вид, и, таким образом, социальные взаимодействия сыграли важную роль в формировании человеческой эволюции.

«Поведенческая гипотеза переключения» Watve и Yajnik's (2007) объединяет как социальные, так и физиологические механизмы в единую теорию эволюционного происхождения резистентности к инсулину и ожирения. В нем утверждается, что метаболические заболевания являются побочными продуктами социально-экологической адаптации, которые позволяют людям переключаться между репродуктивными и социально-поведенческими стратегиями. Стратегии, с которыми они переключаются, - это репродуктивные и K-выбранные репродукции и «более сильные и умные» стратегии образа жизни (которые они описывают как переход «солдат к дипломату»). Теория выбора r / K имеет дело с концепцией родительских инвестиций в потомство и компромиссом между качеством и количеством. Организмы, которые практикуют селекцию «r», вкладывают больше энергии в производство многих потомков с меньшими инвестициями в заботу о каждом [59]. Это благоприятствует, когда вид значительно ниже пропускной способности их окружающей среды [59]. Организмы, которые практикуют К-селекцию, вкладывают много времени и энергии в свое потомство, но производят относительно мало [59]. Он благоприятствует видам, близким к пропускной способности их окружающей среды [59]. Авторы утверждают, что экологические и социальные условия, которые благоприятствуют «репродуктивной стратегии», подобной «K» (например, высокая плотность населения), аналогичны тем, которые благоприятствуют поведенческой стратегии «дипломата» (например, изобилие пищевых продуктов и стресс со стороны общества) и инсулин превратился в общий переключатель для обоих этих переходов.

В этой гипотезе экологические стимулы, такие как изобилие пищи, плотность населения, социальные стрессоры и другие, служат единственной для тела, чтобы изменить ее использование инсулина. Их гипотеза зависит от идеи о том, что разные ткани имеют разные уровни зависимости от инсулина для поглощения глюкозы, причем скелетная мышечная ткань относится к числу наиболее инсулинозависимых, а ткань мозга и плаценты относится к числу наиболее независимых от инсулина [15]. Уменьшая использование инсулина мышцами и другими инсулинозависимыми тканями, резистентность к инсулину высвобождает энергию для использования в мозге и / или плаценте, что облегчает переход как в поведенческие, так и в репродуктивные стратегии. Больше глюкозы, отвлекаемой на плаценту, может привести к увеличению веса младенцев и опосредует переход на репродуктивную стратегию, выбранную K. Кроме того, резистентность к инсулину снижает овуляцию, что приводит к меньшему количеству потомства и позволяет увеличить инвестиции в каждый. Отвлечение глюкозы от мышечной ткани к мозгу могло бы стать посредником перехода от «солдата» к «дипломатическому» образу жизни. Когда пищи мало, энергия отвлекается на скелетную мышцу, чтобы повысить способность к пиллингу, поэтому чувствительность к инсулину будет увеличена. Когда пища изобилует, мозг более важен, чем мышцы, к фитнесу социального животного, поэтому чувствительность к инсулину будет уменьшаться, чтобы выделить больше ресурсов для развития мозга. Инсулиновая сигнализация в мозге участвует во многих когнитивных процессах. Авторы предлагают, что, когда требуется интенсивная деятельность мозга, уровни инсулина в плазме повышаются, что позволяет больше сигнализировать о наличии инсулина в головном мозге. Поскольку высокие уровни инсулина в плазме могут приводить к гипогликемии, организм развивает периферическую резистентность к инсулину для компенсации [15].

Гипотеза предполагает объяснение связи между резистентностью к инсулину и заболеваемостью. Авторы отмечают, что повышенный тестостерон увеличивает мужскую агрессию и связан с «солдатским» образом жизни, перераспределяя функцию иммунной системы, чтобы подчеркнуть подкожные ткани в ожидании повышенной потребности в заживлении ран [60]. Они полагают, что абдоминальное ожирение, связанное с переходом от солдата к образцу дипломата, делает обратное: оно перераспределяет иммунную функцию от периферии и фокусирует ее на более центральных тканях. В преувеличенном «дипломатическом» образе жизни современной цивилизации это перераспределение становится патологическим, что приводит к замедлению заживления ран и увеличению воспалительной реакции, которая, как было показано, связана со многими нарушениями метаболического синдрома [15]. Важно отметить, что это означает, что заболеваемость резистентностью к инсулину обусловлена изменениями воспалительного ответа, которые являются побочными продуктами поведенческого перехода, а не из-за самого инсулина. Если это так, это имеет глубокие последствия для клинического лечения резистентности к инсулину и ожирения. Фокус на контроле иммунологических изменений, которые приходят с метаболическим синдромом, может сделать больше для смягчения болезней и смертности, чем попытки лечения ожирения или резистентности к инсулину сами [15].

Гипотеза поведенческого переключения объясняет современную пандемию метаболических заболеваний, вызванную экстремальными экологическими стимулами: плотность населения, урбанизация, социальная конкуренция, доступ к калорийности и сидячий образ жизни, преувеличенные до такой степени, никогда ранее не наблюдавшейся в истории человечества [15]. Как и в случае «экономного» семейства гипотез, физиологические реакции, которые были адаптивными в прошлом, стали неадаптивными в современной среде. Это подразумевает клиническую и эпидемиологическую стратегию управления, значительно отличающуюся от стандартных рекомендаций по уходу. Гипотеза решительно указывает на то, что социальные реформы будут иметь решающее значение для борьбы с ожирением и метаболическим синдромом как пандемией. Гипотеза предсказывает, что ожирение и диабет должны быть более распространены в районах с более высокой плотностью населения и с большей социально-экономической конкуренцией [15]. Сокращение переполненности городских районов и смягчение социальной конкуренции за счет сокращения бремени благосостояния и создания более уравновешенных обществ могут повлиять на этот неконтролируемый ответ на инсулин.

Перейти к:

Неадаптивное происхождение ожирения

В то время как все другие объяснения, предложенные в этом обзоре, основывались на предположении, что ожирение когда-то было адаптивным механизмом нашего эволюционного прошлого, биолог Джон Спикман утверждает в своей «гипотетичной гипотезе генов» как раз наоборот: ожирение неадаптировано и имеет поднялись до высокой частоты через нейтральные (т. е. случайные, неселективные) эволюционные процессы [9,24,33].

Гипотеза Спикмана предлагается как прямая альтернатива гипотезе Нила. Посредством статистических моделей он утверждает, что если цикл пир / голод был «вездесущей» движущей силой эволюции человека, как утверждал первоначальный TGH, даже небольшие выборочные преимущества для увеличения ожирения привели бы к почти фиксации у всех людей над 2 миллионы лет человеческой эволюции [13]. Если эта версия TGH точна, говорит Спикман, все люди будут страдать ожирением. Однако даже в высокообеспокоенных средах современных промышленно развитых стран лишь небольшая часть населения страдает ожирением, а другие, похоже, устойчивы к ожирению [33]. Действительно, как упоминалось ранее, уровень ожирения в Соединенных Штатах застопорился недавно [34]. Возможное объяснение состоит в том, что все люди, которые склонны к ожирению, уже страдают ожирением, не оставляя места для дальнейшего роста. В качестве альтернативы, Speakman утверждает, что если бережливость является пост-сельскохозяйственной адаптацией, как Прентис и другие утверждают [49], недостаточно времени, чтобы объяснить масштабы современной эпидемии ожирения, учитывая небольшой вклад в ожирение, связанное с ассоциированными с ожирением генами, выявленными до сих пор.

Speakman также утверждает, что цикл праздника / голода TGH не является исторически точным. Он отмечает, что, хотя периоды незначительного дефицита продовольствия относительно распространены, эти периоды не приводят к увеличению смертности. Истинные голода, которые приводят к высокой смертности, были относительно редки в течение всей истории человечества, и в эти периоды наибольшая смертность среди очень старых и очень молодых и, следовательно, вряд ли будет сильной эволюционной силой [9].

Speakman утверждает, что свобода от избирательного ограничения по поводу высокого ожирения, а не адаптации, является лучшей моделью, объясняющей нынешнюю распространенность ожирения в современном обществе. Чтобы объяснить, что могло позволить эту свободу от избирательного ограничения, Speakman предлагает гипотезу «хищничества-релиза». Было показано, что угроза хищничества влияет на регулирование веса у животных-жертв. Млекопитающие Prey уменьшают размер тела и время кормления, когда присутствуют хищники [26,27]. Когда хищники экспериментально исключены из области, береговые и луговые полевки увеличивают свой вес тела по сравнению с контрольными [27]. В лаборатории эти же животные уменьшают свою массу тела, когда подвергаются фекалиям у хищника, но не фекалии от не-хищника [24,27]. Считается, что это защищает от хищничества, поскольку более мелкие животные могут двигаться быстрее, вписываться в большее количество укрытий и делать менее привлекательные цели жертвы [24].

В прошлом архаичные люди также подвергались сильному давлению хищников [61]. Однако, начиная примерно с 2 миллионов лет назад с ростом рода Homo, архаичные люди развивали больший размер тела, увеличивали интеллект, использовали инструмент и в основном больше не подвергались давлению хищников [24]. Speakman утверждает, что поскольку хищничество не было более важным, не было более сильного избирательного давления, чтобы оставаться скудным. Таким образом, гены, контролирующие верхний предел веса тела у людей, были освобождены от избирательного ограничения и подвержены генетическому дрейфу. Это позволило свободно мутироваться в этих генах, в результате чего их функции терялись или уменьшались у некоторых людей и популяций [33]. Speakman утверждает, что генетический дрейф является лучшим объяснением изменчивости, наблюдаемой в массе человеческого тела, чем модели, основанные на адаптации.

Гипотеза Спикмана была подвергнута критике по нескольким пунктам, особенно в том, что они не учитывали глубокое влияние, которое голод оказывает на фертильность. В прямом опровержении гипотезы Speakman, Prentice et al. (2008) [35] согласился с Speakman, что смертность во время голода была недостаточно велика, чтобы стимулировать эволюцию экономного генотипа, но вместо этого утверждала, что глубокий эффект, который голод оказывает на женскую фертильность, вызвал отбор для метаболической бережливости. Они указывают на то, что почти полное подавление плодородия наблюдается в исторических суровых голодах и что фертильность может быть уменьшена на 30 до 50 процентов в течение обычных голодных сезонов в современной Гамбии и Бангладеш [35]. Таким образом, TGH все еще может быть жизнеспособным, потому что метаболическая бережливость увеличивает инклюзивную пригодность. Speakman противопоставил эти аргументы, отметив, что после периодов голода часто наблюдается «отскок назад» от плодородия, с увеличением представлений о том, чтобы компенсировать период низкой рождаемости во время голода [13,33].

Несмотря на противоречие, эта гипотеза имеет интригующие последствия для изучения человеческого ожирения. Если раньше существовали механизмы у людей, которые подавляли увеличение веса в ответ на хищников, поиск подобных механизмов у животных может привести к идентификации человеческих генов и механизмов метаболизма, ответственных за контроль массы тела и вариации, которую мы наблюдаем в популяциях. Правда или нет, гипотеза Спикмана подчеркивает необходимость лучшего понимания регулирования веса тела у других животных с рядом эволюционных историй, чтобы действительно понять происхождение человеческого ожирения.

Что касается клинических последствий, если ожирение является результатом вредных мутаций и генетического дрейфа, а не укоренившегося адаптивного механизма, его можно рассматривать как гетерогенное заболевание. Понимание того, как худые люди (и другие животные) регулируют свой вес тела, может помочь определить, какие гены были мутированы у людей с ожирением. Гипотеза Спикмана предсказывает, что многие различные системы регулирования веса могли бы понести мутации потери функции из-за генетического дрейфа, и разные системы могут быть затронуты у разных людей. Современная наука быстро приближается к эпохе личной генетики. Если генетика контроля предела массы тела была хорошо понята, меры по управлению весом могли бы быть адаптированы к индивидууму, основанному на его или ее индивидуальном генетическом профиле. Например, стратегии управления весом были бы очень разными для тех, чье ожирение было вызвано основной генетической проблемой с контролем потребления пищи по сравнению с тем, у кого был генетический дефект в скорости обмена веществ.

Перейти к:

Выводы

В этом обзоре я обсудил несколько известных конкурирующих гипотез об эволюционном происхождении эпидемии ожирения. Они обобщены в Таблица 1, с дополнительными гипотезами, перечисленными для интереса читателя. Эти гипотезы кажутся разрозненными, но не обязательно несовместимыми. Гибкая гипотеза эпигемона является мостом между экономным геном и экономными гипотезами фенотипа. Он предлагает механизм, с помощью которого экономичные фенотипы работают для формирования метаболизма в утробе матери, делая те же предположения об эволюционных силах в геноме, которые устанавливает TGH. Гипотеза поведенческого переключения также несовместима с экономным семейством гипотез. Пищевые дефициты (или их отсутствие) являются важным фактором в посредничестве в переключении между репродуктивными и образными стратегиями. Недостаток пищи способствует «солдатскому» образу жизни, а изобилие пищи способствует «дипломатическому» образу жизни. Метаболическая бережливость по-прежнему остается важной эволюционной силой в гипотезе поведенческого переключения. Наконец, несмотря на то, что гипотеза гнусного гена была сформирована для непосредственного вызова TGH, элементы обеих гипотез могут быть точными. Выбор для экономных генов мог бы быть ускорен в случае хищничества-освобождения / свободы от сценария выборочных ограничений. В далеком прошлом может существовать баланс между метаболической изменчивостью и контролем веса, чтобы избежать хищничества, которое может иметь ограниченный выбор для экономных генов. Как только угроза хищника была устранена, и больше не было выбора для худобы, можно было бы выбрать для бережливости взлет.

Таблица 1

Резюме эволюционных гипотез для метаболического синдрома.

Несмотря на то, что существует вероятность того, что более чем одна гипотеза будет правильной, все же важно определить точное эволюционное происхождение ожирения. Несмотря на очень небольшие тщательные исследования, чтобы поддержать это, как исследователи, так и широкая общественность в значительной степени приняли TGH. В результате было сделано много предположений о причинах ожирения на основе TGH, которые оказали большое влияние на исследования и клиническое лечение ожирения и диабета. Значительные исследовательские фонды были вылиты в поиск неуловимых «экономных» генов, которые объясняли бы масштабы эпидемии ожирения, но те, которые были найдены, либо объясняют ожирение только в очень небольшой части населения, либо увеличивают риск ожирения крайне малыми меры. Более тщательное изучение достоверности TGH может привести к более направленному и эффективному подходу к этиологии ожирения. Каждая гипотеза, которую я обсуждал, предлагает очень разные стратегии исследований.

Наконец, эволюционные механизмы, которые позволяют ожирение, имеют большое значение для управления эпидемией в области клинического и общественного здравоохранения. TGH предполагает, что простые изменения в диете и упражнениях должны предотвращать ожирение, и хотя это интуитивно имеет смысл, мы знаем, что эта стратегия легче сказать, чем сделать. Несмотря на то, что исправление «несоответствия» между окружающей средой, в которой люди эволюционировали, и нашей современной средой, по-видимому, можно было бороться с эпидемией ожирения в соответствии с большинством обсуждаемых гипотез, другие гипотезы предоставляют значительно другие и более конкретные стратегии в лечении и профилактике ожирения, а затем TGH. Гибкая гипотеза гена подразумевает, что для лечения ожирения необходима более основанная на болезни стратегия, направленная на индивидуальную генетическую историю. Как экономный фенотип, так и экономные гипотезы эпигемона сделали упор на в утробе матери питания и подразумевают, что изменения образа жизни, сделанные во время взрослой жизни, в значительной степени бесполезны. Эти гипотезы имеют особое значение для борьбы с ростом ожирения в развивающемся мире. Наконец, гипотеза поведенческого переключения предполагает радикально различную стратегию лечения диабета типа 2 и ожирения с акцентом в основном на борьбу с воспалительным ответом, а не на самих нарушениях. Кроме того, гипотеза поведенческого переключения предполагает, что широкие социальные и экономические реформы уменьшат основные причины эпидемии ожирения и остановят ее рост.

Хотя все эти стратегии для управления клиниками не являются несовместимыми и, безусловно, могут применяться параллельно, учитывая ограниченные ресурсы глобальных медицинских учреждений, ясно, что необходимы дополнительные исследования для адаптации лечения и поиска тех, которые будут наиболее эффективными. Изучение человеческой эволюции, далекое от простого академического стремления, критически важно для здоровья современных людей.

Перейти к:

Сокращения

TGH	экономная гипотеза гена
SNP	полиморфизм единичного нуклеотида
GWA	глобальная ассоциация

Перейти к:

Примечание автора

Финансирование осуществляется через Программу стипендий в области научных исследований Национального научного фонда.

Перейти к:

Эволюционное мышление об ожирении (2014)

Абстрактные

Введение

Зачем контролировать вес тела?

Адаптация к тщеславию

Гипотеза Thrifty Gene

Гипотеза Thrifty Phenotype

Гипотеза Thrifty Epigenome

Поведенческая адаптация

Неадаптивное происхождение ожирения

Выводы

Сокращения

Примечание автора

Рекомендации

Полезное