Физические упражнения активизируют ферменты печени, которые улучшают память

Фото из открытых источников

Недавно было установлено, что фермент печени, выделяющийся во время физических упражнений, способствует восстановлению стареющих кровеносных сосудов головного мозга и восстановлению памяти у мышей. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell.

Новое открытие переосмысливает представление о том, как физическая активность защищает когнитивные функции, связывая ее пользу с процессом восстановления на внешней границе мозга, а не внутри самих нейронов.

У старых мышей кровеносные сосуды, отделяющие мозг от кровотока, стали пористыми, что позволило мелким молекулам проникать в окружающие ткани.

Отслеживая эти утечки у стареющих животных, Саул Вилледа из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) продемонстрировал, что всплеск активности фермента GPLD1 в печени совпадает с более плотными стенками сосудов и улучшением памяти. Вместо того чтобы проникать в ткани мозга, фермент воздействовал на поверхность сосудов, удаляя отложения, накопившиеся с возрастом.

Поскольку защитный фактор никогда не проникал в сам мозг, механизм должен был находиться на барьере, что позволило более детально изучить, что именно удалялось из этих стареющих сосудов.

Клетки, выстилающие кровеносные сосуды головного мозга, образуют гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), стенку сосуда, которая блокирует многие молекулы крови. Когда гематоэнцефалический барьер ослабевает, нежелательные соединения проникают внутрь, и расположенные рядом клетки мозга реагируют стрессовыми сигналами, которые могут ухудшить память.

В одном исследовании на людях было выявлено увеличение нарушений когнитивных функций у пожилых людей, и эта связь была обнаружена с ухудшением когнитивных показателей.

Аналогичные закономерности утечки наблюдались на ранних стадиях болезни Альцгеймера, что ставит здоровье гематоэнцефалического барьера в один из ключевых списков потенциальных мишеней.

Шесть лет назад команда исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Франциско показала, что у мышей, подвергавшихся физическим нагрузкам, наблюдалось улучшение когнитивных функций благодаря плазме крови, даже когда животные оставались неподвижными.

В ходе этой работы был выделен фермент GPLD1, вырабатываемый печенью и высвобождающийся в кровь после физических упражнений, способный расщеплять более 100 белков. Однако GPLD1 не мог проникнуть в ткани мозга, в результате чего исследователи получили сильный сигнал, но не нашли четкого пути его доставки.

«Это открытие показывает, насколько важен человеческий организм для понимания того, как мозг деградирует с возрастом», — сказал Вилледа.

По мере взросления мышей липкий фермент начал накапливаться на клетках, выстилающих кровеносные сосуды головного мозга, ослабляя плотное уплотнение, которое обычно защищает нежную ткань.

В лабораторных исследованиях фермент GPLD1, активируемый физическими упражнениями, игнорировал большинство поверхностных белков, но неизменно удалял эти возрастные отложения.

У молодых мышей, у которых в сосудах головного мозга накапливалось повышенное количество этого вещества, начали возникать проблемы с запоминанием, и они стали вести себя скорее как гораздо более старые животные.

Сосредоточение внимания на этом единственном изменении позволило исследователям напрямую проверить, может ли удаление накопившихся отложений восстановить защитную границу мозга в более позднем возрасте.

Высвобождаясь из печени во время физических упражнений, GPLD1 перемещался по кровотоку и достигал сосудов, окружающих головной мозг. На поверхности сосуда он удалял накопившийся фермент, снижая нагрузку на барьер между кровью и мозгом.

У старых мышей, которым вводили дополнительное количество GPLD1, во время тестирования в кровеносных сосудах оставалось гораздо больше красителя, что свидетельствует об усилении барьера.

В тех же самых клетках сосудов многие возрастные изменения в генах сместились в сторону более молодого типа, сигнализируя о более масштабном процессе восстановления. У мышей, примерно соответствующих 70-летнему возрасту человека, уменьшение накопления отложений на клетках сосудов снижало проницаемость барьера.

После этого снижения воспаление мозга уменьшилось, и животные восстановили способность к выполнению задач на память, которая ранее ухудшилась. Повторное накопление этого вещества в стареющих сосудах свело на нет большую часть пользы от GPLD1, что подчеркивает, насколько важной стала эта мишень.

Тем не менее, эксперименты показали, что восстановление сосудов объясняет большую часть, но не все, эффекты физических упражнений на память.

Исследователи также протестировали соединение, добавляемое в пищу, которое уменьшало отложение веществ на поверхности сосудов, не проникая при этом в мозг.

У мышей старшего возраста, получавших лечение, наблюдалось более плотное прилегание стенок сосудов и лучшие результаты в тестах на объектную и пространственную память, что соответствует улучшению, наблюдаемому при дополнительном введении GPLD1.

Поскольку это соединение действовало вне самого мозга, оно выявило поверхность кровеносных сосудов как реальную терапевтическую мишень. 

Любое дальнейшее лечение должно проводиться с осторожностью, поскольку тот же фермент играет роль и в других тканях, а длительная блокировка может нести в себе риски.

У мышей, выведенных для развития бляшек, подобных тем, что образуются при болезни Альцгеймера, повышение уровня GPLD1 уменьшило количество этих отложений в гиппокампе — области, имеющей важное значение для памяти.

Блокирование образования бляшек в сосудах привело к аналогичному уменьшению их количества, снизив общую нагрузку бляшек в головном мозге. В образцах головного мозга пожилых людей с болезнью Альцгеймера также наблюдался более высокий уровень накопления этого вещества в сосудах.

Эти результаты указывают на то, что оздоровление кровеносных сосудов может стать одним из способов снижения нагрузки на нейроны, хотя только клинические испытания смогут показать, работает ли эта стратегия на людях.

Для людей, которые не могут много заниматься спортом, терапия, направленная на поверхность кровеносных сосудов, в будущем может имитировать часть биологических процессов, связанных с физическими нагрузками.

В крупных когортных исследованиях была установлена связь между повышенной физической активностью и сниженным риском развития деменции, однако сами по себе эти данные не могут доказать причинно-следственную связь.

«Это может открыть новые терапевтические возможности, выходящие за рамки традиционных стратегий, которые почти исключительно сосредоточены на головном мозге», — сказал Вилледа.

Прежде чем какой-либо препарат попадет в клинику, ученые из UCSF должны проверить его безопасность, сроки применения и то, имеют ли значение для человека и другие мишени GPLD1.

В этой работе физические упражнения, биохимические процессы в печени и кровеносные сосуды головного мозга объединены в единую причинно-следственную цепочку, которая изменяет память.

В настоящее время эта цепочка направляет исследователей к защите гематоэнцефалического барьера в более позднем возрасте, при этом регулярные физические упражнения по-прежнему признаются самой безопасной и проверенной стратегией на сегодняшний день.

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