Недавно обнаруженный механизм передачи информации от тела к мозгу показывает, как физические упражнения могут омолаживать память, укрепляя защитные механизмы стареющего мозга. Автор: Shutterstock
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско выявили биологический процесс, который может объяснить, почему физические упражнения обостряют мышление и память. Их результаты свидетельствуют о том, что физическая активность укрепляет встроенную в мозг защитную систему, помогая защитить ее от возрастных повреждений.
С возрастом гематоэнцефалический барьер становится более хрупким. Эта плотная сеть кровеносных сосудов обычно защищает мозг от вредных веществ, циркулирующих в крови. Однако со временем она может стать непроницаемой, что позволяет вредным соединениям проникать в ткани мозга. В результате возникает воспаление, которое связано со снижением когнитивных способностей и часто наблюдается при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера.
Несколько лет назад исследовательская группа обнаружила, что у мышей, занимающихся физическими упражнениями, в печени вырабатывается более высокий уровень фермента под названием GPLD1. Оказалось, что GPLD1 омолаживает мозг, но это было загадкой. Сам по себе фермент не может проникнуть в мозг, поэтому ученые не уверены, каким образом он обеспечивает свои когнитивные преимущества.
Новое исследование дает ответ на этот вопрос.
Как GPLD1 уменьшает воспаление мозга
Ученые обнаружили, что GPLD1 влияет на другой белок, известный как TNAP. С возрастом у мышей в клетках, образующих гематоэнцефалический барьер, накапливается TNAP. Это приводит к ослаблению барьера и повышению его проницаемости. Когда мыши тренируются, их печень выделяет GPLD1 в кровоток. Фермент проникает в кровеносные сосуды, окружающие мозг, и удаляет TNAP с поверхности этих клеток, помогая восстановить целостность барьера.
«Это открытие показывает, насколько важно изучение организма для понимания того, как с возрастом ухудшается работа мозга», — сказал Сол Вилледа, доктор философии, заместитель директора Калифорнийского института исследований старения имени Бакара.
Вилледа — старший автор статьи, которая была опубликована в журнале Cell 18 февраля.
Определение роли TNAP в снижении когнитивных способностей
Чтобы определить, как GPLD1 проявляет свои эффекты, команда ученых сосредоточилась на том, что фермент делает лучше всего. GPLD1 удаляет определенные белки с поверхности клеток. Исследователи искали ткани, содержащие белки, которые могли бы служить мишенями, и подозревали, что некоторые из этих белков могут накапливаться с возрастом.
Клетки гематоэнцефалического барьера выделяются тем, что они несут несколько возможных мишеней для GPLD1. Когда ученые протестировали эти белки в лаборатории, только один из них был обработан GPLD1: TNAP.
Дальнейшие эксперименты подтвердили важность TNAP. У молодых мышей, генетически модифицированных для выработки избыточного количества TNAP в гематоэнцефалическом барьере, наблюдались проблемы с памятью и когнитивными способностями, аналогичные тем, которые наблюдались у более старых животных.
Когда исследователи снизили уровень TNAP у 2-летних мышей, что эквивалентно 70 годам жизни человека, гематоэнцефалический барьер стал менее проницаемым, воспаление уменьшилось, и животные лучше справлялись с тестами на память.
«Мы смогли задействовать этот механизм на мышах в более позднем возрасте, и он все еще работал», — сказал Грегор Бири, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Вильеды и соавтор исследования.
Последствия для болезни Альцгеймера и старения мозга
Полученные данные свидетельствуют о том, что разработка лекарств, способных нейтрализовать такие белки, как TNAP, может предложить новую стратегию восстановления гематоэнцефалического барьера, даже после того, как он был ослаблен в результате старения.
«Мы открываем биологические возможности, которые в исследованиях болезни Альцгеймера в значительной степени упускались из виду», — сказал Вильеда. «Это может открыть новые терапевтические возможности, выходящие за рамки традиционных стратегий, которые фокусируются почти исключительно на мозге».
Авторы: Другими авторами UCSF являются Каришма Пратт, доктор философии; Ясухиро Фусея, доктор медицинских наук; Туран Агаев, доктор медицинских наук; Джулиана Сухарова; Алана Горовиц, доктор философии; Эмбер Филп, доктор философии; Карла Фонсека-Валенсия, доктор философии; Ребекка Чу; Мэйсон Фан; Лаура Ремесал, доктор философии; Эндрю Янг, доктор философии; и Кейтлин Казалетто, доктор философии. Список всех авторов приведен в статье.
Финансирование: Исследование было частично поддержано Национальными институтами здравоохранения (AG081038, AG086042, AG082414, AG077770, AG067740, P30 DK063720); Фондом Саймонса; Семейным фондом Бакара; Фондом лечения болезни Альцгеймера; Фондом Хиллблома; Фондом Гленна; JSPS; Японской докторской стипендией по биохимии; Фондом борьбы с рассеянным склерозом; Frontiers in Medical. Исследования; Американская федерация исследований старения; Национальный научный фонд; Бакарский научно-исследовательский институт старения; Марк и Линн Бениофф.