Известно, что ограничение калорий улучшает здоровье и увеличивает продолжительность жизни, но как это происходит, остается загадкой, особенно в отношении того, как это защищает мозг. Ученые раскрыли роль гена под названием OXR1, который необходим для увеличения продолжительности жизни при ограничении питания и важен для здорового старения мозга.
"Когда люди ограничивают количество потребляемой пищи, они обычно думают, что это может повлиять на их пищеварительный тракт или накопление жира, но не всегда задумываются о том, как это влияет на мозг", - говорит Кеннет Уилсон, доктор философии и первый автор исследования, опубликованного онлайн 11 января 2024 года в журнале Nature Communications. - "Как оказалось, этот ген важен и для мозга".
Кроме того, команда продемонстрировала подробный клеточный механизм того, как ограничение в питании может замедлить старение и прогрессирование нейродегенеративных заболеваний. Работа, проведенная на плодовых мушках и клетках человека, также определяет потенциальные терапевтические мишени для замедления старения и возрастных нейродегенеративных заболеваний.
"Мы обнаружили нейрон-специфический ответ, который опосредует нейропротекцию при ограничении питания", - сказал профессор Панкадж Капахи, доктор философии, один из соавторов исследования. "Такие стратегии, как прерывистое голодание или ограничение калорийности, которые ограничивают поступление питательных веществ, могут повысить уровень этого гена, чтобы опосредовать его защитные эффекты".
"Этот ген является важным фактором устойчивости мозга, защищающим от старения и неврологических заболеваний", - говорит профессор Бак Лиза Эллерби, доктор философии, соавтор исследования.
Различия в реакциях людей на ограничение питания
Члены команды уже продемонстрировали механизмы, улучшающие продолжительность жизни и здоровье при ограничении питания, но реакция на сокращение калорий у разных людей и в разных тканях настолько изменчива, что становится ясно, что в ней участвует множество еще не открытых процессов. Этот проект был начат для того, чтобы понять, почему разные люди по-разному реагируют на диету.
Команда начала с того, что просканировала около 200 штаммов мух с разным генетическим фоном. Мух выращивали на двух разных диетах - обычной или с ограничением питания, которое составляло всего 10 % от обычного. Исследователи выявили пять генов, специфические варианты которых существенно влияли на продолжительность жизни при ограничении рациона. Два из них имели аналоги в генетике человека.
Команда выбрала для тщательного изучения один ген, который называется mtd у плодовых мушек и OXR1 у людей и мышей. Этот ген защищает клетки от окислительного повреждения, но механизм его работы был неясен. Потеря OXR1 у людей приводит к тяжелым неврологическим дефектам и преждевременной смерти. У мышей дополнительный OXR1 повышает выживаемость в модели бокового амиотрофического склероза (ALS).
Связь между старением мозга, нейродегенерацией и продолжительностью жизни
Чтобы выяснить, как ген, активный в нейронах, влияет на общую продолжительность жизни, команда провела ряд углубленных тестов. Они обнаружили, что OXR1 влияет на комплекс, называемый ретромером, который представляет собой набор белков, необходимых для утилизации клеточных белков и липидов. "Ретромер - важный механизм в нейронах, поскольку он определяет судьбу всех белков, поступающих в клетку", - говорит Уилсон. Дисфункция ретромера была связана с возрастными нейродегенеративными заболеваниями, от которых защищает ограничение в питании, в частности с болезнями Альцгеймера и Паркинсона.
В целом, результаты исследования рассказали о том, как ограничение питания замедляет старение мозга благодаря действию mtd/OXR1 в поддержании ретромера. "Эта работа показывает, что путь ретромера, который участвует в повторном использовании клеточных белков, играет ключевую роль в защите нейронов при ограничении питательных веществ", - говорит Капахи. Команда обнаружила, что mtd/OXR1 сохраняет функцию ретромера и необходим для функционирования нейронов, здорового старения мозга и увеличения продолжительности жизни, наблюдаемого при ограничении питания.
"Диета влияет на этот ген. Если вы едите меньше, вы фактически усиливаете этот механизм правильной сортировки белков в ваших клетках, потому что ваши клетки усиливают экспрессию OXR1", - говорит Уилсон.
Команда также обнаружила, что повышение уровня mtd у мух приводит к увеличению продолжительности их жизни, что наводит исследователей на мысль о том, что и у людей избыточная экспрессия OXR1 может способствовать увеличению продолжительности жизни. "Следующим нашим шагом будет определение конкретных соединений, которые повышают уровень OXR1 во время старения, чтобы задержать старение мозга", - говорит Эллерби.
"Надеемся, что благодаря этому мы сможем получить более полное представление о том, почему наш мозг деградирует в первую очередь", - поводит итог Уилсон, - "Диета влияет на все процессы в организме. Я думаю, что эта работа поддерживает усилия по соблюдению здорового питания, потому что то, что вы едите, влияет на большее, чем вы думаете".