AC: длительное ограничение калорий может замедлить биологическое старение мозга

Фото из открытых источников

Новое исследование предполагает, что ограничение потребления калорий в течение жизни может замедлить биологическое старение вспомогательных клеток мозга приматов. Исследование подтверждает, что сокращение потребления калорий на 30% сохраняет метаболическую функцию клеток, ответственных за изоляцию нервных волокон. Результаты исследования были опубликованы в журнале Aging Cell.

Для корректной работы мозга необходимы сложные коммуникационные сети. Эта коммуникация во многом зависит от белого вещества, состоящего из нервных волокон, покрытых защитным жировым веществом, называемым миелином. С возрастом у приматов это белое вещество имеет тенденцию к деградации. Потеря целостности в этих областях часто коррелирует со снижением когнитивных способностей и замедлением скорости обработки информации.

Учёные стремились понять клеточные механизмы, лежащие в основе этого возрастного ухудшения. Значительное внимание сместилось в сторону глиальных клеток, которые ранее считались лишь связующим звеном нейронов. Сейчас известно, что глиальные клетки, в частности олигодендроциты и микроглия, активно поддерживают здоровье мозга. Олигодендроциты вырабатывают миелин, а микроглия выполняет функции иммунной системы мозга.

Нарушение работы этих клеток в результате старения может способствовать разрушению белого вещества. Предыдущие исследования на грызунах показали, что снижение потребления калорий может увеличить продолжительность жизни и замедлить развитие возрастных заболеваний. Однако остаётся неясным, как подобные вмешательства влияют на сложный мозг высших приматов.

Чтобы исследовать это явление, группа исследователей изучила влияние длительного ограничения калорий на мозг макак-резусов. Макаки-резусы служат надёжной моделью старения человека благодаря сходству структуры мозга и закономерностям снижения когнитивных функций. В исследовании использовалась мозговая ткань животных, участвующих в долгосрочном проекте Национального института старения.

Исследование проводилось под руководством Аны Т. Витантонио и Тары Л. Мур из Медицинской школы имени Чобаняна и Аведисяна Бостонского университета совместно с коллегами из Национальных институтов здравоохранения. Целью исследования было определить, может ли диета с пониженным на 30% содержанием калорий изменить профили экспрессии генов стареющих глиальных клеток. Исследование сравнивало эти профили с профилями у обезьян, питавшихся стандартной пищей.

Исследователи проанализировали ткань мозга из передней части мозолистого тела, области, богатой белым веществом. Они использовали метод, называемый секвенированием РНК отдельных ядер. Этот метод позволил команде определить, какие гены активны в тысячах отдельных клеток. Основной набор данных для секвенирования включал образцы десяти самцов макак-резусов.

Возраст подопытных варьировался от 22 до 34 лет, что считается преклонным возрастом для этого вида. Некоторые животные находились на диете с ограничением калорий более двух десятилетий. Другие в течение того же времени питались по стандартной диете. Исследователи также подтвердили свои выводы, используя микроскопические исследования тканей четырнадцати самцов и самок обезьян.

Анализ показал, что, хотя общее количество глиальных клеток оставалось одинаковым в обеих группах, их внутренние молекулярные функции существенно различались. Олигодендроциты в группе с ограничением калорийности демонстрировали признаки лучшего метаболического здоровья. Эти клетки экспрессировали более высокие уровни генов, участвующих в гликолизе и биосинтезе жирных кислот.

Эти пути необходимы для выработки энергии и образования липидов, необходимых для поддержания миелиновой оболочки. Напротив, олигодендроциты контрольной группы демонстрировали генные сигнатуры, связанные со стрессом и активацией иммунной системы. Это позволяет предположить, что стандартная диета может делать эти клетки более уязвимыми к старению.

Исследование также выявило особую субпопуляцию олигодендроцитов, которая, по-видимому, специализировалась на взаимодействии с нервными аксонами. Исследователи назвали их «синаптическими» олигодендроцитами. У животных, потреблявших ограниченное количество калорий, эта группа клеток активировала ген NLGN1. Этот ген кодирует белок, способствующий формированию физических связей между клетками.

Чтобы подтвердить это генетическое открытие, исследователи использовали визуализацию для определения физического положения этих клеток в мозговой ткани. Они обнаружили, что олигодендроциты, экспрессирующие NLGN1, располагались значительно ближе к нервным аксонам. Такая близость может способствовать лучшей коммуникации и метаболической поддержке между миелинпродуцирующими клетками и изолируемыми ими нервами.

Исследователи также исследовали микроглию — иммунные клетки, которые патрулируют мозг на предмет повреждений. Микроглия в группе с ограничением калорийности продемонстрировала паттерны экспрессии генов, связанные с синтезом белка и метаболизмом. Напротив, микроглия в контрольной группе продемонстрировала повышенные признаки воспаления и окислительного стресса.

Важное открытие было связано с обнаружением определённой подгруппы микроглии, которая, по-видимому, была заполнена миелиновыми отложениями. Эти клетки экспрессировали гены, указывающие на то, что они поглощали повреждённый миелин, но не могли эффективно его переработать. Накопление таких клеток часто наблюдается при нейродегенеративных заболеваниях. Исследование показало, что у обезьян, ограничивавших калорийность рациона, количество этих микроглиальных клеток, заполненных миелиновыми отложениями, было значительно ниже.

Это снижение свидетельствует о том, что ограничение калорийности может либо предотвратить повреждение миелина, либо улучшить способность микроглии выводить продукты распада. Контрольная группа, имевшая большее количество этих клеток, продемонстрировала более высокую степень патологических изменений тканей. Это различие выявляет потенциальный механизм влияния диеты на нейровоспаление.

Помимо анализа резидентных клеток мозга, команда искала иммунные клетки, проникшие из других частей тела. Т-клетки — это иммунные клетки, которые обычно находятся в крови, но могут проникать в мозг при старении или заболевании. Присутствие Т-клеток в паренхиме мозга обычно считается признаком нарушения здоровья.

В ходе исследования была количественно определена плотность Т-клеток в белом веществе. Исследователи обнаружили, что, хотя общая плотность существенно не различалась между двумя группами, её связь с возрастом была. У контрольных животных количество Т-клеток, как правило, увеличивалось более резко с возрастом. В группе с ограничением калорийности наблюдалась более медленная скорость накопления Т-клеток с течением времени.

Эта тенденция свидетельствует о том, что низкокалорийная диета может смягчить возрастное разрушение защитных барьеров мозга. Это также может свидетельствовать об общем снижении системного воспаления. Результаты исследования свидетельствуют о том, что защитный эффект ограничения калорий распространяется и на клеточную среду мозга приматов.

Исследование имеет некоторые ограничения. Первичное генетическое секвенирование проводилось только у самцов из-за доступности тканей. Хотя валидационные эксперименты включали самок, половые различия в реакции на диету остаются областью дальнейшего изучения. Кроме того, размер выборки был относительно небольшим, что характерно для исследований с участием нечеловекообразных приматов.

Исследование является наблюдательным и основано на посмертных образцах тканей. Это означает, что исследователи получили лишь моментальный снимок состояния клеток, а не наблюдали процесс в реальном времени. Следовательно, исследование выявляет взаимосвязи, а не окончательные причинно-следственные механизмы. Дальнейшие исследования должны выявить точные молекулярные сигналы, связывающие диету с этими изменениями в экспрессии генов.

Несмотря на эти ограничения, исследование предлагает детальное представление о том, как изменения образа жизни могут влиять на старение мозга на транскриптомном уровне. Оно предполагает, что метаболическое перепрограммирование глиальных клеток является перспективной целью для поддержания здоровья белого вещества. Результаты подтверждают потенциал диетических стратегий для повышения устойчивости стареющего мозга.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний