Диета с высоким содержанием жиров ухудшает формирование памяти

Фото из открытых источников

Исследователи из Университета Чиба (Япония) продемонстрировали, что метаболический стресс, вызванный диетой с высоким содержанием жиров, ухудшает формирование промежуточной памяти у дрозофилы, нарушая аутофагическую активность и лизосомальную функцию.

Современный образ жизни и изменения в питании значительно увеличили потребление продуктов с высоким содержанием жиров, что привело к резкому росту распространённости ожирения, диабета и метаболических нарушений. Более того, диета с высоким содержанием жиров (HFD) связана с когнитивными нарушениями и нейродегенерацией, а также, как было показано в экспериментах на мышах, усугубляет течение болезни Альцгеймера — прогрессирующего нейродегенеративного заболевания. Однако основные механизмы этого явления до сих пор остаются неясными.

Аутофагия, важнейший процесс клеточной переработки, способствует поддержанию здоровья нейронов. Недавние исследования показали, что нарушение аутофагии способствует нейродегенерации и снижению когнитивных функций. Но связана ли аутофагия с когнитивными нарушениями, вызванными высокоэффективным питанием?

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из Университета Тиба (Япония) изучили влияние высокочастотного флуктуационного эффекта (HFD) на аутофагию и формирование памяти, используя в качестве модельной системы дрозофилу (Drosophila), скромную плодовую мушку. Исследования на грызунах были сосредоточены в основном на отдельных областях мозга, оставляя более широкое влияние HFD на нервную систему неизученным. Чтобы восполнить этот пробел, исследователи использовали дрозофилу, учитывая её лёгкость в генетической модификации, короткую продолжительность жизни, схожесть метаболических и нейронных путей с млекопитающими и хорошо валидированные оценки памяти.

Аяко Тоноки с командонй, включая Тонг Юэ, Минруй Цзян и Котоми Онуки из Высшей школы медицинских и фармацевтических наук, а также профессора Мотоюки Ито из Высшей школы фармацевтических наук Университета Тиба, Япония, недавно опубликовали свои выводы в журнале PLOS Genetics. «Наши результаты показывают, что когнитивное снижение, вызванное диетой, не является необратимым и может быть улучшено с помощью вмешательств в образ жизни, которые стимулируют аутофагию, таких как физические упражнения или прерывистое голодание. Это исследование может повысить осведомленность общественности о когнитивных рисках HFD и дать новое представление о потенциальных профилактических стратегиях против метаболических и нейродегенеративных расстройств», — объясняет Тоноки.

Исследователи содержали мух на обычной диете или диете с высоким содержанием жира в течение семи дней и исследовали уровень липидов — триацилглицеридов (ТАГ) и циркулирующей глюкозы. Примечательно, что у мух, питавшихся диетой с высоким содержанием жира, наблюдался значительно более высокий уровень ТАГ и глюкозы, а также более выраженное накопление липидов в кишечнике, что позволяет предположить, что диета с высоким содержанием жира влияет на метаболизм глюкозы и липидов.

Затем исследователи изучили влияние HFD на формирование памяти, вырабатывая у мух условный рефлекс на различные запахи и оценивая их кратковременную (3 минуты после воздействия), средневременную (3 часа после воздействия) и долговременную (24 часа после воздействия) память (STM, ITM и LTM соответственно). Специфические обонятельные трубки использовались в сочетании с устройством для электрошока для поведенческого подкрепления. Примечательно, что у мух, получавших HFD, наблюдались нарушения ITM и LTM, в то время как STM оставалась неизмененной.

Чтобы выяснить роль аутофагии в ухудшении памяти, вызванном HFD, исследователи количественно оценили уровни белков, связанных с аутофагией. Они обнаружили, что уровни Ref(2)p — белка, обычно разрушаемого при аутофагии, — были значительно повышены у мух, питавшихся HFD. В то же время соотношение Atg8a-II/I, маркера образования аутофагосом (везикул рециркуляции), было заметно ниже, что указывает на дисфункцию аутофагии. Кроме того, временное подавление белка аутофагии Atg1 во взрослых нейронах селективно снижало ITM, не затрагивая STM, что согласуется с эффектами, наблюдаемыми при питании HFD, что позволяет предположить, что временное снижение активности аутофагии нейронов во взрослом возрасте достаточно для снижения памяти. Напротив, усиление аутофагии путем гиперэкспрессии Atg1, подавления ингибитора аутофагии Rubicon или обработки индуктором аутофагии рапамицином улучшало дефицит памяти у мух, питавшихся HFD. Эти результаты свидетельствуют о том, что дефицит памяти, вызванный HFD, можно устранить путем усиления аутофагической активности.

Чтобы лучше понять, как HFD нарушает аутофагию, исследователи изучили заключительную стадию аутофагии — слияние аутофагосом и лизосом в аутолизосомы, где клеточное содержимое деградирует и перерабатывается. Примечательно, что у мух, питавшихся HFD, наблюдалось обильное количество аутофагосом и лизосом, но количество аутолизосом не менялось, что указывает на то, что вызванное HFD нарушение аутофагии, вероятно, было обусловлено дефектным слиянием аутофагосом и лизосом. Интересно, что анализ экспрессии генов показал, что экспрессия генов, связанных с сигнализацией лизосом, у мух, питавшихся HFD, была значительно снижена. Наконец, ингибирование лизосомальной функции значительно снижало ITM.

В целом, эти результаты открывают новые возможности понимания того, как высокопитательная диета вызывает нарушения памяти посредством аутофагических и лизосомальных нарушений. Устранение когнитивных рисков, связанных с высокопитательной диетой, может способствовать ранней профилактике нейродегенеративных заболеваний.

«Это исследование расширяет наше понимание того, как пищевые привычки влияют на здоровье мозга. Наши результаты также могут ускорить разработку методов, стимулирующих аутофагию, включая специфические питательные вещества и терапевтические средства, для борьбы со снижением когнитивных функций, вызванным диетой, и сохранения когнитивных функций у стареющих людей», - заключает Тоноки.