Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско выявили биологический процесс, который может объяснить, почему физические упражнения улучшают мышление и память. Согласно их выводам, физическая активность укрепляет встроенную защитную систему мозга, помогая защитить его от возрастных изменений.
С возрастом гематоэнцефалический барьер становится более хрупким. Эта плотно прилегающая сеть кровеносных сосудов обычно защищает мозг от вредных веществ, циркулирующих в крови. Однако со временем барьер может нарушаться, и вредные соединения проникают в ткани мозга. Это приводит к воспалению, которое связано с ухудшением когнитивных функций и часто наблюдается при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера.
Несколько лет назад исследовательская группа обнаружила, что у мышей, получавших физическую нагрузку, в печени повышался уровень фермента под названием GPLD1. Оказалось, что GPLD1 способствует омоложению мозга, но оставалась одна загадка. Сам фермент не может проникать в мозг, поэтому ученые не понимали, как он влияет на когнитивные функции.
Новое исследование дает ответ на этот вопрос.
Как GPLD1 уменьшает воспаление в головном мозге?
Учёные обнаружили, что GPLD1 влияет на другой белок, известный как TNAP. С возрастом у мышей в клетках, формирующих гематоэнцефалический барьер, накапливается TNAP. Это приводит к ослаблению барьера и повышению его проницаемости. Когда мыши тренируются, их печень выделяет GPLD1 в кровоток. Фермент попадает в кровеносные сосуды, окружающие мозг, и удаляет TNAP с поверхности этих клеток, помогая восстановить целостность барьера.
«Это открытие показывает, насколько важно изучать организм, чтобы понять, как с возрастом ухудшается работа мозга», — сказал Сол Вильеда, доктор философии, заместитель директора Научно-исследовательского института старения Бакара при Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
Определение роли TNAP в снижении когнитивных функций
Чтобы определить, как именно действует GPLD1, команда сосредоточилась на том, что этот фермент делает лучше всего. GPLD1 удаляет определенные белки с поверхности клеток. Исследователи искали ткани, содержащие белки, которые могли бы служить мишенями, и предположили, что некоторые из этих белков могут накапливаться с возрастом.
Клетки гематоэнцефалического барьера выделялись тем, что содержали несколько возможных мишеней для GPLD1. Когда учёные протестировали эти белки в лаборатории, оказалось, что только один из них подвергается расщеплению с помощью GPLD1 — TNAP.
Дальнейшие эксперименты подтвердили важность TNAP. У молодых мышей, генетически модифицированных таким образом, чтобы в их гематоэнцефалическом барьере вырабатывалось больше TNAP, наблюдались проблемы с памятью и когнитивные нарушения, схожие с теми, что встречаются у пожилых животных.
Когда исследователи снизили уровень TNAP у 2-летних мышей, что эквивалентно 70 человеческим годам, гематоэнцефалический барьер стал менее проницаемым, воспаление уменьшилось, и животные лучше справлялись с тестами памяти.
«Мы смогли задействовать этот механизм на поздних стадиях развития мышей, и он все равно сработал», — сказал Грегор Биери, доктор философии, постдокторант в лаборатории Вильеды и один из первых авторов исследования.
Последствия для болезни Альцгеймера и старения мозга
Полученные данные позволяют предположить, что разработка препаратов, способных расщеплять такие белки, как TNAP, может стать новой стратегией восстановления гематоэнцефалического барьера даже после его ослабления в результате старения.
«Мы открываем биологические закономерности, которые в исследованиях болезни Альцгеймера практически не учитывались, — говорит Вильеда. — Это может открыть новые терапевтические возможности, выходящие за рамки традиционных стратегий, которые сосредоточены почти исключительно на мозге».
Подписывайтесь, чтобы узнавать новое о науке каждую неделю!