Упражнения – один из наиболее изученных и наиболее эффективных способов защиты мозга от возрастного когнитивного снижения, и было показано, что они улучшают познавательные способности у людей с риском нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и лобно-височная деменция, даже с редкими генами. варианты, которые неизбежно приводят к слабоумию.
Но многие пожилые люди не могут регулярно заниматься спортом из-за физических ограничений или инвалидности, и исследователи долго искали методы лечения, которые могли бы принести те же неврологические преимущества людям с низким уровнем физической активности.
Новое исследование, опубликованное 9 июля 2020 года в журнале Science, показало, что после физических упражнений их печень выделяет в кровь белок Gpld1. Уровни этого белка в крови соответствуют улучшенной когнитивной функции у старых мышей, и в сотрудничестве с Центром памяти и старения UCSF было обнаружено, что этот фермент также повышен в крови пожилых людей, которые регулярно тренируются. Но исследователи показали, что простое увеличение количества Gpld1, вырабатываемого печенью мыши, может принести многие из тех же преимуществ для мозга, что и регулярные упражнения.
"Если бы существовал препарат, который оказывает такое же воздействие на мозг, как и упражнения, его принимали бы все. «Теперь наше исследование предполагает, что по крайней мере некоторые из этих преимуществ могут однажды быть доступны в форме таблеток», – сказал старший автор исследования Саул Виледа, доктор философии, доцент UCSF на кафедрах анатомии и физиотерапии и реабилитации.
Лаборатория Вилледы ранее показала, что биологические факторы, присутствующие в крови молодых мышей, могут омолаживать стареющий мозг мышей, и, наоборот, факторы в крови более старых мышей могут вызывать преждевременное возрастное снижение когнитивных функций у молодых мышей.
Эти предыдущие результаты привели к тому, что аспирантка лаборатории Вилледы Алана Хоровиц и доктор наук Сюэлай Фэн, доктор философии, исследовали факторы, передающиеся с кровью, которые также могут дать преимущества физических упражнений, которые, как известно, омолаживают стареющий мозг аналогично тому, что мы видели. в лабораторных экспериментах с "молодой кровью".
Горовиц и Фан взяли кровь у старых мышей, которые регулярно занимались физическими упражнениями в течение семи недель, и ввели ее у мышей, ведущих сидячий образ жизни. Они обнаружили, что четыре недели этого лечения привели к значительным улучшениям в обучении и памяти у старых мышей, аналогичных тем, которые наблюдались у мышей, которые регулярно тренировались.
Когда они исследовали мозг животных, они обнаружили доказательства повышенной выработки новых нейронов в области, известной как гиппокамп, – хорошо задокументированный показатель омолаживающего эффекта физических упражнений.
Чтобы выяснить, какие конкретные биологические факторы в крови могут стоять за этими эффектами, Хоровиц, Фан и его коллеги измерили количество различных растворимых белков в крови активных мышей и мышей, ведущих сидячий образ жизни. Они идентифицировали 30 белков-кандидатов, 19 из которых, к их удивлению, были преимущественно получены из печени, и многие из них ранее были связаны с функциями по контролю метаболизма организма. Два из этих белков – Gpld1 и Pon1 – оказались особенно важными для метаболических процессов, и исследователи решили изучить Gpld1 более подробно, потому что немногие предыдущие исследования изучали его функцию.
«Мы полагали, что если бы белок уже был тщательно исследован, кто-то мог бы наткнуться на этот эффект», – сказал Виледа. "Я хотел бы сказать: если вы собираетесь рискнуть, исследуя что-то новое, вы можете стать большим!"
Команда обнаружила, что Gpld1 увеличивает кровообращение мышей после упражнений, и что уровни Gpld1 тесно коррелируют с улучшением когнитивных функций животных. Анализ человеческих данных, собранных в рамках исследования Hillblom Aging Network Центра памяти и старения UCSF, показал, что Gpld1 также повышен в крови здоровых, активных пожилых людей по сравнению с менее активными пожилыми людьми.
Чтобы проверить, может ли сам Gpld1 способствовать наблюдаемым преимуществам упражнений, исследователи использовали генную инженерию, чтобы заставить печень старых мышей производить избыточное количество Gpld1, а затем измерили производительность животных в нескольких тестах, которые измеряют различные аспекты познания и памяти. К их удивлению, три недели лечения дали эффект, аналогичный шести неделям регулярных упражнений, в сочетании с резким увеличением роста новых нейронов в гиппокампе.
"Честно говоря, я не ожидал, что мне удастся найти единственную молекулу, которая могла бы объяснить так много преимуществ упражнений для мозга. Казалось более вероятным, что упражнения окажут множество мелких, тонких эффектов, которые в сумме дадут большую пользу, но которые будет трудно изолировать."Виледа сказал. "Когда я увидел эти данные, я был полностью поражен."
«Через этот белок печень реагирует на физическую нагрузку и приказывает старому мозгу молодеть», – добавил Виледа. "Это замечательный пример коммуникации между печенью и мозгом, о существовании которой, насколько нам известно, никто не знал.
Это заставляет меня задаться вопросом, чего еще мы упускали в нейробиологии, игнорируя драматические эффекты, которые другие органы могут оказывать на мозг, и наоборот?."
Дальнейшие лабораторные эксперименты показали, что Gpld1, продуцируемый печенью, не проходит через так называемый гематоэнцефалический барьер, который защищает мозг от токсичных или инфекционных агентов в крови. Вместо этого белок, по-видимому, оказывает свое влияние на мозг через пути, которые уменьшают воспаление и свертывание крови по всему телу. Известно, что как свертываемость крови, так и воспаление усиливаются с возрастом и связаны с деменцией и возрастным снижением когнитивных функций.
В настоящее время лаборатория работает над тем, чтобы лучше понять, как именно Gpld1 взаимодействует с другими биохимическими сигнальными системами, оказывая стимулирующее действие на мозг, в надежде определить конкретные цели для терапевтических средств, которые однажды могут дать многие из защитных преимуществ упражнений для стареющего мозга.