Наш мозг — невероятно энергозатратный орган. Потребляя почти четверть всей глюкозы в организме, он постоянно нуждается в «топливе» для поддержания своей сложной деятельности. Долгое время в научном сообществе доминировала теория о том, что основную работу по переработке сахара выполняют глиальные клетки, которые, словно заботливые помощники, снабжают нейроны энергией. Однако недавние исследования полностью переворачивают эти представления, указывая на то, что нейроны сами активно участвуют в метаболизме глюкозы, и этот процесс имеет решающее значение для здоровья мозга.
Устаревшая модель: мозг на «энергетической диете»?
Представление о том, что мозг зависит от глюкозы, не ново. Она является основным источником энергии, и строгий контроль ее метаболизма жизненно важен для физиологии мозга. Прежняя модель предполагала, что нейроны получают энергию опосредованно. Считалось, что глиальные клетки, в частности астроциты, поглощают глюкозу из кровотока, перерабатывают ее и затем передают нейронам в удобной для использования форме.
Эта гипотеза казалась логичной, ведь она объясняла, как нервные клетки, выполняющие колоссальную работу по передаче сигналов, получают необходимое питание. Нейронам отводилась пассивная роль потребителей, в то время как вся метаболическая «кухня» была отдана на откуп их клеткам-помощникам.
Революция в нейробиологии: нейроны берут дело в свои руки
Новые данные, полученные исследователями из Институтов Гладстона и Калифорнийского университета в Сан-Франциско, заставили пересмотреть устоявшиеся взгляды. Ученым удалось доказать, что нейроны не просто пассивные потребители, а активные участники метаболизма. Они напрямую поглощают и расщепляют глюкозу в процессе, известном как гликолиз, для поддержания своей работы.
«Мы давно знали, что мозг требует много глюкозы, но было неясно, насколько сами нейроны зависят от нее и какие методы они используют для ее расщепления», — говорит Кен Накамура, доктор медицинских наук и ведущий автор исследования. Теперь у нас есть гораздо лучшее понимание основного топлива, на котором работают нейроны.
Эксперименты на мышах, у которых была нарушена способность нейронов поглощать глюкозу, наглядно продемонстрировали важность этого процесса. Животные показали значительные ухудшения в обучении и памяти, что подтверждает: прямое потребление сахара нейронами необходимо для нормального функционирования мозга.
Гликоген: неожиданный виновник болезни Альцгеймера
Еще более поразительное открытие было сделано учеными из Института Бака по исследованию старения. Их работа, опубликованная в журнале Nature Metabolism, выявила неожиданного игрока в развитии нейродегенеративных заболеваний — гликоген.
Гликоген — это запасенная форма глюкозы, которую организм хранит в основном в печени и мышцах. Его присутствие в мозге, особенно в нейронах, долгое время считалось незначительным. Новое исследование полностью опровергает эту точку зрения. Оказалось, что в нейронах пациентов с таупатиями (группой заболеваний, к которой относится и болезнь Альцгеймера) накапливается избыточное количество гликогена.
Механизм этого явления оказался зловеще прост: тау-белок, тот самый, что образует токсичные клубки в мозге больных, физически связывается с гликогеном. Он буквально «запирает» сахар внутри нейрона, не давая ему расщепляться и использоваться в качестве энергии. Этот процесс, по-видимому, напрямую способствует прогрессированию болезни.
Новые горизонты для терапии
Эти открытия имеют колоссальное значение. Известно, что на ранних стадиях болезней Альцгеймера и Паркинсона поглощение глюкозы мозгом снижается. Теперь становится ясно, что проблема может крыться не только в доставке «топлива», но и в его неправильном использовании и хранении внутри самих нейронов.
Это открывает совершенно новые терапевтические возможности. Если научиться воздействовать на метаболизм гликогена в нервных клетках, возможно, удастся замедлить или даже остановить дегенеративные процессы. Кроме того, понимание того, как мозг реагирует на уровень сахара, может привести к созданию более целенаправленных методов лечения диабета и других метаболических расстройств, например, мигрени, которая также связана с нарушением обмена глюкозы в мозге.
Переосмысление роли питания
Открытие прямой связи между метаболизмом сахара в нейронах и развитием тяжелых заболеваний заставляет по-новому взглянуть на роль питания в поддержании здоровья мозга. Сложная система регуляции, включающая даже специальные сенсорные клетки в кишечнике, которые отличают настоящий сахар от подсластителей и мгновенно сообщают об этом мозгу, подчеркивает, насколько важен для организма этот продукт.
Исследования продолжаются, но уже сейчас ясно: наше представление о работе мозга и его энергетическом обеспечении изменилось навсегда. Простой сахар оказался в центре сложных процессов, от которых зависит наше мышление, память и, в конечном счете, здоровье.
Что вы думаете об этом прорыве? Может ли контроль над питанием оказывать на здоровье наших нейронов более прямое влияние, чем мы когда-либо предполагали? Поделитесь своим мнением в комментариях. Мы в «ОК» обязательно читаем и отвечаем на самые интересные из них.