The glycemic variability induces ovarian dysfunction in NOD mice by inducing ferroptosis

लाखों महिलाओं के लिए जो मधुमेह (डायबिटीज) के साथ जी रही हैं, रक्त शर्करा (ब्लड शुगर) के स्तर को स्थिर रखने का दैनिक संघर्ष एक जाना-पहचाना युद्ध है। हालांकि रक्त शर्करा के बहुत अधिक होने के खतरों के बारे में अच्छी तरह से ज्ञात है, लेकिन रक्त शर्करा के अनियंत्रित रूप से उतार-चढ़ाव (बहुत कम होना और फिर अचानक बढ़ जाना) के जोखिमों को अब जाकर समझा जा रहा है। यह अस्थिरता, जिसे 'ग्लाइसेमिक वेरिएबिलिटी' कहा जाता है, केवल मॉनिटर पर दिखने वाला एक नंबर नहीं है; यह एक शारीरिक तनाव है जो शरीर के विभिन्न अंगों को नुकसान पहुँचा सकता है। प्रजनन आयु की महिलाओं के लिए, यह अस्थिरता अंडाशय (ओवरी) के लिए एक विशिष्ट और गंभीर खतरा पैदा करती है, जो अंडे छोड़ने और आवश्यक हार्मोन बनाने के लिए जिम्मेदार छोटी ग्रंथियां हैं। जब ये ग्रंथियां विफल होती हैं, तो प्रजनन क्षमता प्रभावित होती है, और बच्चे पैदा करने का अवसर समय से पहले समाप्त हो सकता है। अब तक, वैज्ञानिक जानते थे कि मधुमेह अंडाशय को नुकसान पहुँचा सकता है, लेकिन वे यह नहीं जानते थे कि रक्त शर्करा के स्तर का यह उतार-चढ़ाव ठीक किस तरह से इस क्षति का कारण बनता है, और न ही वे यह समझ पाए थे कि कौन सी कोशिकीय प्रक्रिया इस विनाश के लिए जिम्मेदार थी।

चोंगकिंग मेडिकल यूनिवर्सिटी के फर्स्ट एफिलिएटेड हॉस्पिटल और अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस रहस्य की परतों को खोल दिया है। स्वाभाविक रूप से मधुमेह विकसित करने वाले चूहों का अध्ययन करके, उन्होंने एक ऐसी स्थिति बनाई जहाँ जानवरों ने बार-बार रक्त शर्करा में गिरावट का अनुभव किया, जो मानव रोगियों में देखे जाने वाले उतार-चढ़ाव की नकल करता है। उन्होंने पाया कि रक्त शर्करा के इन उतार-चढ़ावों के कारण अंडाशय सिकुड़ गए और उनकी स्वस्थ अंडे युक्त संरचनाएं नष्ट हो गईं। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि कोशिकाएं उस तरह से नहीं मर रही थीं जैसा कि वैज्ञानिक लंबे समय से मान रहे थे। एक धीमी, प्रोग्राम्ड शटडाउन के बजाय, कोशिकाएं एक हिंसक, लोहे से प्रेरित विस्फोट जैसी क्षति से गुजर रही थीं। यह प्रक्रिया, जिसे 'फेरोप्टोसिस' (ferroptosis) कहा जाता है, जहरीले वसा (फैट्स) के संचय से संचालित होती है जो कोशिका को अंदर से फाड़ देता है। अध्ययन बताता है कि यह विशिष्ट प्रकार की कोशिका मृत्यु मुख्य कारण है कि क्यों अस्थिर रक्त शर्करा अंडाशय के कार्य को नष्ट कर देती है, जो कोशिका मृत्यु के पारंपरिक सिद्धांतों से ध्यान हटाकर मेटाबॉलिक इंजरी की एक नई समझ की ओर ले जाता है।

इन विवरणों को उजागर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने उन मादा चूहों के समूह के साथ काम किया जो स्वाभाविक रूप से उच्च रक्त शर्करा विकसित करते हैं, जो मनुष्यों में टाइप 1 डायबिटीज के समान है। उन्होंने चूहों को समूहों में विभाजित किया, जिनमें से कुछ को इंसुलिन इंजेक्शन दिए गए जिससे उनका रक्त शर्करा खतरनाक रूप से कम हो गया, जबकि अन्य को नियंत्रण के रूप में एक हानिरहित साल्ट वॉटर सॉल्यूशन दिया गया। लो-ब्लड-शुगर समूह के चूहों ने हाइपोग्लाइसीमिया के बार-बार होने वाले एपिसोड का अनुभव किया, जिसमें उनके स्तर 3.9 मिलीमोल प्रति लीटर से नीचे गिर गए। इस अस्थिरता की अवधि के बाद, शोधकर्ताओं ने अंडाशय की जांच की। परिणाम स्पष्ट थे: उतार-चढ़ाव वाली रक्त शर्करा वाले चूहों के अंडाशय नियंत्रण समूह की तुलना में काफी छोटे थे। जब उन्होंने सूक्ष्मदर्शी (माइक्रोस्कोप) के नीचे करीब से देखा, तो उन्होंने पाया कि स्वस्थ फॉलिकल्स (छोटे थैलीनुमा संरचनाएं जो विकसित होते अंडों को धारण करती हैं)—की संख्या में भारी गिरावट आई है। स्वस्थ थैलियों के बजाय, अंडाशय सिस्टिक, खाली संरचनाओं से भरे हुए थे। चूहों में एंटी-मुलरियन हार्मोन नामक एक हार्मोन में भी तीव्र गिरावट देखी गई, जो एक प्रमुख संकेतक है कि एक महिला या जानवर के पास कितने अंडे शेष हैं। इसने पुष्टि की कि रक्त शर्करा के उतार-चढ़ाव केवल एक अस्थायी असुविधा नहीं थे, बल्कि वे प्रजनन प्रणाली को स्थायी क्षति पहुँचा रहे थे।

अगला कदम यह समझना था कि इस क्षति के पीछे का तंत्र क्या है। शोधकर्ताओं ने उन्नत आनुवंशिक विश्लेषण (जेनेटिक एनालिसिस) का सहारा लिया, यह देखने के लिए कि रक्त शर्करा के उतार-चढ़ाव के दौरान अंडाशय की कोशिकाओं के भीतर कौन से जीन सक्रिय या निष्क्रिय होते हैं। जेनेटिक प्रोफाइल ने दो प्रमुख समस्याओं की ओर स्पष्ट संकेत दिया: वसा (फैट्स) को संभालने के तरीके में व्यवधान और ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस में वृद्धि, जो एक ऐसी स्थिति है जहाँ हानिकारक अणु जमा होकर कोशिकीय संरचनाओं को नुकसान पहुँचाते हैं। विश्लेषण ने 'फेरोप्टोसिस' नामक एक विशिष्ट मार्ग को रेखांकित किया। यह कोशिका मृत्यु का एक रूप है जो लोहे और ऑक्सीकृत वसा के संचय पर निर्भर करता है, जो एपोप्टोसिस (apoptosis) नामक अधिक सामान्य प्रकार की कोशिका मृत्यु से भिन्न है, जो एक अधिक व्यवस्थित और सुव्यवस्थित प्रक्रिया है। यह परीक्षण करने के लिए कि क्या वास्तव में यही हो रहा था, शोधकर्ताओं ने विशिष्ट आणविक मार्करों की तलाश की। उन्होंने पाया कि अंडाशय लिपिड पेरोक्सीडेशन के उपोत्पाद, जैसे मैलोनडिआल्डिहाइड (malondialdehyde) के उच्च स्तर के साथ वसा क्षति के संकेतों से भरे हुए थे। साथ ही, कोशिकाओं ने अपनी मुख्य रक्षा प्रणाली, एक सुरक्षात्मक एंजाइम 'ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज 4' (glutathione peroxidase 4) को खो दिया था, जो सामान्यतः इन जहरीले वसा को बेअसर करता है। इसके विपरीत, एक प्रोटीन जो वसा क्षति को बढ़ावा देता है, जिसे 'एसिल-CoA सिंथेटेज़' (acyl-CoA synthetase) कहा जाता है, बहुत अधिक मात्रा में पाया गया।

महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ता यह सुनिश्चित करना चाहते थे कि यह पारंपरिक कोशिका मृत्यु का रूप नहीं है। उन्होंने Bax और Bcl-2 जैसे प्रोटीनों की उपस्थिति की जाँच की जो एपोप्टोसिस के संकेत देते हैं, जो कोशिका के व्यवस्थित विघटन के लिए स्विच के रूप में कार्य करते हैं। अस्थिर रक्त शर्करा वाले चूहों के अंडाशय में, इन मार्करों में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं दिखा। इन प्रोटीनों का अनुपात स्वस्थ चूहों के समान ही रहा, और एपोप्टोसिस के दौरान कोशिका को काटने वाला 'एक्जीक्यूशनर प्रोटीन' सक्रिय नहीं हुआ। इसने इस विचार को खारिज कर दिया कि कोशिकाएं केवल एक प्रोग्राम्ड तरीके से बंद हो रही थीं। इसके बजाय, साक्ष्य सीधे तौर पर फेरोप्टोसिस की ओर इशारा करते थे। कोशिकाएं इसलिए नहीं मर रही थीं क्योंकि उन्हें ऐसा करने के लिए कहा गया था; वे इसलिए मर रही थीं क्योंकि उनकी आंतरिक वसा झिल्लियाँ (fat membranes) अंदर से क्षरण (corrode) हो रही थीं, जो ग्लूकोज के उतार-चढ़ाव के तनाव से संचालित एक प्रक्रिया थी।

यह पुष्टि करने के लिए कि यह तंत्र सीधे तौर पर रक्त शर्करा के उतार-चढ़ाव के कारण था न कि केवल बीमारी का एक दुष्प्रभाव, शोधकर्ताओं ने प्रयोग को प्रयोगशाला की डिश (लैबोरेटरी डिश) में स्थानांतरित कर दिया। उन्होंने मानव अंडाशय कोशिकाओं की एक लाइन का उपयोग किया और उन्हें एक सिम्युलेटेड वातावरण में रखा जहाँ तरल माध्यम में शर्करा का स्तर तेजी से उच्च और निम्न सांद्रता के बीच घूमता रहा, जो चूहों के अनुभव की नकल करता है। इन कोशिकाओं ने बिल्कुल वैसा ही व्यवहार किया जैसा कि चूहे के अंडाशय ने किया था। उन्होंने तीव्र ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस और लिपिड ड्रॉपलेट्स (वसा के भंडारण इकाइयाँ जो ऑक्सीकृत होने पर जहरीली हो जाती हैं) का संचय दिखाया। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के नीचे, कोशिकाओं ने फेरोप्टोसिस के क्लासिक लक्षण दिखाए: उनके माइटोकॉन्ड्रिया (कोशिका के पावर प्लांट), सिकुड़े हुए और घने दिखाई दिए, और उनकी आंतरिक तहें गायब हो गईं। कोशिकाओं ने सुरक्षात्मक एंजाइम में गिरावट और वसा को नुकसान पहुँचाने वाले प्रोटीन में वृद्धि भी दिखाई। यह साबित करने के लिए कि फेरोप्टोसिस ही असली अपराधी था, शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट अवरोधक (इन्हिबिटर), जो फेरोप्टोसिस को रोकने के लिए डिज़ाइन किया गया एक ड्रग है, को कल्चर में डाला। जब उन्होंने ऐसा किया, तो क्षति गायब हो गई। कोशिकाएं अपनी स्वस्थ संरचना बनाए रखने में सफल रहीं, जहरीले वसा का संचय नहीं हुआ, और सुरक्षात्मक एंजाइम सामान्य स्तर पर रहे। इस 'रेस्क्यू एक्सपेरिमेंट' ने पहेली के अंतिम टुकड़े को प्रदान किया, यह प्रदर्शित करते हुए कि फेरोप्टोसिस को रोकना ग्लाइसेमिक उतार-चढ़ाव से होने वाली क्षति को रोक सकता है।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि आवर्ती हाइपोग्लाइसीमिया (बार-बार रक्त शर्करा का कम होना) अंडाशय की विफलता के लिए एक शक्तिशाली ट्रिगर है, जो कोशिका मृत्यु के एक विशिष्ट और हिंसक रूप के माध्यम से कार्य करता है। निष्कर्षों से पता चलता है कि मधुमेह वाली महिलाओं के लिए, उपचार का लक्ष्य केवल उच्च रक्त शर्करा से बचना नहीं होना चाहिए, बल्कि उन तीव्र उतार-चढ़ाव को रोकना होना चाहिए जो इन निम्न स्तरों की ओर ले जाते हैं। फेरोप्टोसिस को मुख्य तंत्र के रूप में पहचानकर, यह शोध प्रजनन क्षमता की रक्षा करने के नए तरीकों के द्वार खोलता है। यदि क्षति आयरन-निर्भर वसा ऑक्सीकरण (iron-dependent fat oxidation) द्वारा संचालित है, तो उपचार जो इस विशिष्ट मार्ग को लक्षित करते हैं, वे संभावित रूप से उन महिलाओं में अंडाशय के कार्य को संरक्षित कर सकते हैं जो अस्थिर रक्त शर्करा के साथ संघर्ष कर रही हैं। हालाँकि यह अध्ययन चूहों और प्रयोगशाला की डिश में मानव कोशिकाओं पर किया गया था, लेकिन देखे गए जैविक प्रक्रियाएं मौलिक हैं कि कोशिकाएं तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती हैं। यह कार्य तत्काल इलाज तो पेश नहीं करता है, लेकिन यह क्षति का एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है, यह दिखाते हुए कि अंडाशय ग्लूकोज के उतार-चढ़ाव के अराजक प्रभाव के प्रति अद्वितीय रूप से संवेदनशील हैं और यह संवेदनशीलता एक विशिष्ट, रोकी जा सकने वाली कोशिकीय विनाश की जड़ में निहित है।