Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 181: белок печени способен омолаживать мозг

Физическая активность – это не только ключ к хорошему здоровью, но и эффективный способ борьбы с возрастным угасанием когнитивных функций мозга. Исследователи из Сан-Франциско обнаружили, что переливание плазмы крови от активных мышей малоподвижным может дать последним те же преимущества, что и регулярные физические упражнения. Результаты работы, опубликованные в Science, показали, что секрет кроется в малоизученном белке печени.

Новое исследование показало, что после тренировки мышей их печень выделяет в кровь белок под названием Gpld1 (гликозилфосфатидилинозитол  (GpI)-специфическая фосфолипаза D1). Уровень этого белка в крови соответствуют улучшению когнитивных функций у старых мышей. Также удалось продемонстрировать, что этот фермент также повышен в крови пожилых людей, которые регулярно тренируются.

«Если бы существовал препарат, который давал такую же пользу для мозга, что и физические упражнения, каждый принимал бы его. Наше исследование предполагает, что по крайней мере некоторые полезные преимущества однажды могут стать доступны в виде таблеток», – говорит старший автор исследования Сол Вилледа (Saul A. Villeda).

Ученые брали кровь у возрастных мышей, которые регулярно занимались физической активностью в течение семи недель, и вводили ее мышам, ведущим малоподвижный образ жизни. Они обнаружили, что четыре недели такой терапии привели к значительным улучшениям в показателях обучения и памяти у мышей старшего возраста, аналогично тому, что наблюдали у мышей, которые регулярно «занимались физкультурой». При гистологическом исследовании мозга удалось обнаружить признаки увеличения количества новых нейронов гиппокампа.

Чтобы выяснить, какие специфические биологические факторы в крови могут быть причиной этих эффектов, исследователи измерили количество различных растворимых белков в крови активных и неактивных мышей. Они определили 30 белков-кандидатов, 19 из которых, к их удивлению, были преимущественно получены из печени, и многие из которых ранее связывались с функциями контроля метаболизма в организме. Два из этих белков – Gpld1 и Pon1 – особенно важны для метаболических процессов, и исследователи решили более подробно изучить Gpld1 просто потому, что лишь немногие предыдущие работы изучали его функцию.

Команда обнаружила, что уровень Gpld1 увеличивается в плазме мышей после упражнений и тесно связан с улучшением когнитивных функций животных. Анализ данных, собранных в рамках исследования Сети старения Хиллблома, организованного Центром памяти и старения UCSF, показал, что уровень Gpld1 также повышен в крови здоровых и активных пожилых людей по сравнению с менее активными пожилыми людьми.

Чтобы проверить, может ли сам Gpld1 управлять наблюдаемыми преимуществами физических упражнений, исследователи использовали генную инженерию, чтобы заставить печень старых мышей производить Gpld1 в повышенном количестве, а затем измерили продуктивность животных в нескольких тестах, направленных на оценку различных аспектов познания и памяти. К их удивлению, три недели эксперимента дали эффекты, аналогичные шести неделям регулярных упражнений, в сочетании с резким увеличением роста новых нейронов в гиппокампе.

«Честно говоря, я не ожидал, что нам удастся найти единственную молекулу, которая могла бы объяснить пользу упражнений для мозга. Казалось более вероятным, что физические упражнения будут иметь много небольших, тонких эффектов, которые в совокупности приносят большую пользу, но которые трудно изолировать. Благодаря этому белку печень реагирует на физические нагрузки и как бы подталкивает мозг к омоложению, — говорят авторы. — Это замечательный пример коммуникации между печенью и мозгом, о существовании которого, насколько нам известно, никто еще не подозревал».

Дальнейшие лабораторные эксперименты показали, что Gpld1, продуцируемый печенью, не проходит через гематоэнцефалический барьер, который защищает мозг от токсических 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 организму. Известно, что как свертываемость крови, так и воспаление усиливаются с возрастом и связаны с деменцией и снижением когнитивных функций.

В настоящее время сотрудники лаборатории работают над тем, чтобы лучше понять, как именно Gpld1 взаимодействует с другими биохимическими сигнальными системами, в надежде определить конкретные цели для терапевтических средств, которые однажды могли бы принести стареющему мозгу ту же пользу, что и физические упражнения.


Текст: Диана Галимова

Blood factors transfer beneficial effects of exercise on neurogenesis and cognition to the aged brain by Alana M. Horowitz, Xuelai Fan, Saul A. Villeda et al. in Nature. Publushed July 2020.

 

DOI: 10.1126/science.aaw2622