Физическая нагрузка улучшает память и уменьшает воспаление мозга с помощью Кластерина

Плазма крови ежедневно тренирующейся мыши содержит факторы, которые могут защитить мозг от воспалений.

Физические упражнения, как правило, полезны для всех аспектов здоровья человека и животных, замедляя когнитивное старение и нейродегенерацию. Когнитивные преимущества физических упражнений связаны с повышенной пластичностью и уменьшением воспаления в гиппокампе, но мало что известно о факторах и механизмах, которые опосредуют эти эффекты.

И снова возвращаемся к лабораторным мышам.  Оказывается особо ленивым из них совсем не нужна физическая активность, чтобы поддерживать свой мозг в тонусе. Новое исследование показало, что все, что им нужно,  это инъекция крови, предоставленная им их более активными собратьями. Исследования показывают, что молекулярная основа крови,  активных мышей может имитировать определенные физические нагрузки, в том числе влиять на воспалительные процессы в головном мозге, которые могут спровоцировать такие заболевания, как болезнь Альцгеймера.

«Подобные результаты весьма перспективны для терапии», говорит нейробиолог Кристиан Вранн из Гарвардской медицинской школы, который не принимал участия в исследовании. Выделив еще одно соединение, которое может привести к новым методам лечения, улучшающим здоровье мозга, он сказал, что исследование вносит важный вклад в развитие медицины.

Работа основана на более чем десятилетних исследованиях нейробиолога Тони Висс-Корая из Стэнфордского университета и его коллег. В 2014 году они обнаружили, что кровь молодых мышей положительно влияет на мозг пожилых грызунов, улучшая их память.

Ученым давно известно, что физические упражнения также являются эликсиром для мозга. Стимулируется выработка новых мозговых клеток у грызунов, улучшается обучение и память, а также более благоприятно проходят воспалительные процессы, которые могут быть причиной болезни Альцгеймера и других заболеваний стареющего мозга.

Итак, в новом исследовании команда, возглавляемая Виссом-Кораем и его тогдашним постдоком Зурином Де Мигелем, проверила, может ли кровь физически здоровых мышей передать эти преимущества мозга их нуждающимся сверстникам.

Исследователи поместили одну группу молодых мышей в клетки с вращающимися колесами. Животные пробегали около 10 километров в день. Вторая группа молодых грызунов жила в клетках с неподвижными колесами. Эти мыши конечно, как-то упражнялись, бегая из угла в угол в клетке, но гораздо меньше, чем животные с «вращающимся тренажером».

Через 28 дней у мышей, которые подвергались физическим нагрузкам, была взята кровь и выделена плазма, богатая гетеродимерным белком, Кластерином, способными воздействовать на мозг. Затем исследователи вводили плазму каждые 3 дня в течение 28 дней, мышам, которых не подвергали нагрузкам.

Плазма крови мышей, которые подвергались нагрузкам, оказала преимущественно то же влияние на мозг мышей второй группы, если бы они пробегали те самые 10 километров ежедневно в течении 28 дней, сообщает команда ученых в журнале Nature. Например, это увеличивало время жизни клеток мозга и их деление. Мыши, не участвующие в эксперименте, получавшие плазму от грызунов из первой группы, также лучше справлялись с тестами на память, чем мыши, получавшие плазму от грызунов из второй группы.

В одном тесте на память исследователи определили для мышей местоположение платформы в резервуаре с водой. Когда на следующий день ученые снова опустили мышей в воду, животные, получавшие плазму от мышей «крутивших колесо», казалось, лучше помнили, где находилась платформа. Они потратили примерно на треть меньше времени на поиск правильной части резервуара, чем мыши, получавшие плазму от мышей, не занимающихся физическими упражнениями.

Проанализировав активность генов в мозге мышей-реципиентов, обнаружилось, что инъекция плазмы действует на множество генов, способствующих воспалению. Чтобы подтвердить, что плазма подавляет воспаление, команда ввела мышам бактериальные патогены, вызывающие воспаление, и дала животным плазму мышей из двух исследуемых групп грызунов. Опять же, плазма мышей, которых обязали «бегать по утрам», снижала активность генов способствующих воспалению в мозге.

Какая молекула или молекулы, в белковом супе плазмы, вызвала эти улучшения? Чтобы выяснить это, исследователи проанализировали уровни различных белков у мышей, которые были более активными. Концентрация четырех белков, которые играют важную роль в иммунитете при воспалении, значительно увеличилось после 1-го месяца физических упражнений. В эту четверку входит Кластерин, который является частью молекулярной системы, защищающей организм от патогенов и помогающий контролировать воспалительные процессы.

Исследователи удалили каждый белок из плазмы и изучили его влияние на воспаление. “Когда мы удалили Кластерин, противовоспалительное действие плазмы уменьшилось больше всего”, — говорит Мигель, сейчас работающий в Университете штата Калифорния в Монтерей-Бей.

Печень вырабатывает большую часть Кластерина для мозга

Физические упражнения могут влиять на мозг через молекулы, которые образуются в организме, — говорит нейробиолог Фернандо Гомес-Пинилья из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который не принимал участия в исследовании. Новая работа предоставляет механизм, с помощью которого это может произойти, сказал он.

Эта работа дает веские основания полагать, что Кластерин, участвует в регулировании воспалительного процесса, но это еще не все, говорит Вранн. Он и другие исследователи выявили по меньшей мере девять дополнительных соединений, которые могут частично объяснить влияние физических упражнений на мозг.

Висс-Корай отмечает, что даже если Кластерин является ключевым, он вряд ли будет хорошо обеспечивать лечение в одиночку, потому что для эффективности необходимы большие дозы. Но белок, по-видимому, подавляет воспаление мозга, стимулируя рецепторы в оболочке кровеносных сосудов и эти рецепторы могут быть мишенями для новых лекарств.

Ученые из Норвегии, не принимавшие участие в исследовании, начали проводить клинические испытания, чтобы проверить, воздействует ли кровь физически активных людей на пациентов на ранней стадии болезни Альцгеймера. Результаты этого 4-х летнего исследования могут показать, способны ли люди, как и мыши, получать пользу от физических упражнений, не вставая с дивана.

Ссылки на исследования в тексте статьи.