Самый жир: в борьбе с заболеваниями мозга ученым поможет карта липидов
Российские ученые разработали карту жирности человеческого головного мозга, указывающую на концентрацию липидов в его разных областях. В будущем она позволит точнее подбирать терапию при лечении психических заболеваний, например шизофрении, или болезни Альцгеймера. С промежуточными результатами исследований и научными планами ознакомились «Известия».
Карты на стол
Инженер-исследователь Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Мария Осетрова и ее коллеги нашли способ зафиксировать и указать местоположение липидов — органических жиров, структурной части клеточных мембран центральной нервной системы (ЦНС).
— В целом обнаружено было более 400 разных липидов. Мы обратили внимание, что почти все они, то есть более 90%, распределялись между частями человеческого мозга неравномерно. Высокий уровень холестерина был зафиксирован в части мозга, отвечающей за движения и в части зрительной коры, а вот в префронтальной коре, расположенной в лобной доле и обеспечивающей принятие решений, холестерина было меньше, — говорит Мария Осетрова.
В человеческом мозге содержится очень много липидов, их функции обширны. Они, например, снабжают энергией клеточные процессы, формируют клеточные мембраны, участвуют в межклеточной и внутриклеточной связи. Особенно богат липидами миелин, вещество, окружающее аксоны нервных клеток, защищающее их от внешнего воздействия и увеличивающее быстроту электрических импульсов вдоль аксона. Благодаря миелину и липидам аксон похож на электропровод с изоляцией и быстро передает электрические импульсы через синаптические каналы (расстояние между нейронными сетями).
Липиды участвуют и в нейрогенезе, и в передаче импульсов. У каждой разновидности своя функция, липидный обмен в мозге тесно связан с энергетическими процессами в нем, окислительным стрессом, нейровоспалением и старением, объясняют ученые.
— Например, холестерин в мозге в основном содержится в миелиновых оболочках, потребность в нем появляется для восстановления отростков нейронов после повреждения нервов. Жирные кислоты могут проникать в мозг и подвергаться окислительной деградации, а при дефиците питательных веществ клеточный источник энергии переключается с метаболизма глюкозы на окисление жирных кислот, — говорит д.м.н., профессор Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ) Ирина Мухина.
Причина шизофрении?
Досконально функции липидов и, главное, их влияние на нейрогенез пока не изучены. Впрочем, ученые полагают, что нарушение липидного обмена мозга может лежать в основе широкого спектра его заболеваний и нервной системы, например шизофрении и аутизма или биполярного расстройства. При шизофрении концентрация некоторых липидов и миелина в мозгу понижена, а при аутизме, она, наоборот, может быть повышена. Эти отклонения могут вести к нарушению проводимости между отделами мозга и разбалансировке обработки информации нейросетями, патологии функций белого вещества головного мозга, считают ученые.
— Обмен липидов в мозге для активного его функционирования и нашего когнитивного долголетия должен быть сбалансирован. Чрезмерные нагрузки, стрессы, приводящие к чрезмерной активации нейронов, перекисного окисления липидов, будут нарушать баланс липидов, что может приводить к излишнему накоплению липидных капель в мозге и запуску патологических процессов, приводящих к деменции и раннему старению, — говорит д.м.н., профессор Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ) Ирина Мухина.
Чтобы определить зависимость между заболеваемостью мозга и концентрацией липидов и воспроизвести аспекты разных неврологических и психиатрических заболеваний человека на животных, российские ученые Лаборатории когнитивных дисфункций ФГБУ НИИОПП и кафедры нормальной физиологии Сеченовского университета ведут лабораторные исследования на генетически модифицированных мышах. Их гены, утверждают ученые, уже известны по роли в различных болезнях человека. В лаборатории их удаляют из генома искусственно в ходе сложной и многоэтапной процедуры.
— Из клеток здоровой мыши удаляется ген, и такая клетка подсаживается путем искусственного оплодотворения. Если всё проходит удачно, то тогда у потомков данного животного возникают признаки заболевания, которое нужно изучить. Эти признаки бывают разные. Например, если ученые воспроизводят болезнь Альцгеймера, то речь идет об образовании амилоидных бляшек и нарушении памяти. Если они моделируют человеческие симптомы при депрессии, то наблюдают у мышей снижение чувствительности к удовольствиям, например снижение удовольствия от сладкого. Когда после стресса на выбор мыши получают обычную воду и чуть -чуть подслащенную, в случае устойчивости к стрессу животные предпочтут сладкую воду, а если есть признаки депрессии, тогда мы наблюдаем снижение интереса к сладкой воде. Конечной целью нашей работы является углубление понимания природы неврологических и психиатрических заболеваний человека, с тем чтобы оптимизировать их лечение, — говорит заведующая Лабораторией когнитивных дисфункций НИИОПП, профессор кафедры нормальной физиологии Сеченовского университета Татьяна Стрекалова.
Липиды и границы
Карта липидов в головном мозге — промежуточный результат фундаментального исследования. Пока ученые не могут дать ответ, как именно подбирать терапию для лечения болезней мозга — для этого понадобятся годы исследований. Ведь мозг — очень автономная система, защищающая свои привычные механизмы работы. В частности, подбирая терапию для того или иного заболевания, нужно будет учитывать наличие гематоэнцефалического барьера — границы из очень плотного слоя непроницаемых эндотелиальных клеток, поддерживающей гомеостаз головного мозга и защищающей попадание в него токсичных веществ из крови и новых лекарственных препаратов.
— Вслед за созданием липидной карты мы планируем наблюдать за генетическим влиянием на липиды, а также на заболевания мозга определенных белков, чтобы картина изучения была более объемной. Так что основные эксперименты еще впереди. Будем изучать, насколько сильно различается липидный состав мозга у здоровых людей и у людей с различными диагнозами, какие регионы накапливают наибольшее количество различий, какие соединения ведут себя наиболее контрастно, — подытоживает Мария Осетрова.