Обнаружение клеточного механизма для поддержания энергии головного мозга может улучшить здоровье мозга в пожилом возрасте.

Учёные из UCL обнаружили ключевой механизм, который определяет, когда мозгу нужно дополнительное энергоснабжение для поддержания своей активности, в ходе исследования на мышах и клетках. Своими результатами, опубликованными в журнале Nature, учёные считают, можно воспользоваться для разработки новых методов терапии, направленных на поддержание здоровья мозга и его долголетия. Другие исследования уже указывают на то, что метаболизм энергии в мозге может ухудшаться с возрастом, способствуя когнитивному снижению и развитию нейродегенеративных заболеваний.

Профессор Александр Гурин (UCL Нейробиология, Физиология и Фармакология) отметил: "Мозг состоит из миллиардов нервных клеток, которые работают вместе, координируя множество функций и выполняя сложные задачи, такие как управление движениями, обучение и формирование воспоминаний. Все эти процессы требуют много энергии и постоянного притока питательных веществ и кислорода. Когда мозг работает активнее, например, при выполнении сложной умственной задачи, ему необходимо немедленное увеличение энергоснабжения, но точные механизмы, обеспечивающие местное снабжение энергией, до конца не изучены."

Исследования ранее показывали, что многие клетки мозга, называемые астроцитами, играют роль в снабжении нейронов энергией. Астроциты, имеющие форму звёзд, представляют собой тип глиальных клеток, которые не являются нейронами и находятся в центральной нервной системе. Когда соседние нейроны нуждаются в увеличении энергоснабжения, астроциты активизируют свои запасы глюкозы и метаболизм, что приводит к увеличению производства и выделения лактата. Лактат пополняет энергопул, доступный для использования мозговыми нейронами.

Профессор Гурин объяснил: "Наше исследование показало, как именно астроциты могут мониторить использование энергии соседними нервными клетками и запускать процесс, который доставляет дополнительную химическую энергию к активным участкам мозга."

В серии экспериментов с использованием мышиных моделей и образцов клеток исследователи выявили набор специфических рецепторов в астроцитах, способных обнаруживать и отслеживать нейронную активность, запускающих сигнальный путь, включающий важную молекулу аденозин. Исследователи обнаружили, что метаболический сигнальный путь, активируемый аденозином в астроцитах, совпадает с путём, который привлекает запасы энергии в мышцах и печени, например, во время физических упражнений.

Аденозин активирует метаболизм глюкозы в астроцитах и обеспечивает нейроны энергией для поддержания синаптической функции (передача сигналов между клетками) в условиях высокой энергетической потребности или недостаточного энергоснабжения. Исследователи обнаружили, что при деактивации ключевых рецепторов астроцитов у мышей, активность мозга была менее эффективной, наблюдались существенные нарушения в глобальном метаболизме мозга, памяти и нарушении сна, что подтвердило важность выявленного сигнального пути для процессов обучения, запоминания и сна.

Доктор Шефик Тепарамбил, первый и соавтор исследования, начавший своё изучение в UCL, а затем перешедший в Ланкастерский университет, добавил: "Идентификация этого механизма может иметь более широкие последствия, так как это может стать способом лечения заболеваний мозга, при которых нарушается энергетика мозга, таких как нейродегенерация и деменция."

Профессор Гурин добавил: "Мы знаем, что энергетический гомеостаз мозга постепенно ухудшается с возрастом, и этот процесс ускоряется при развитии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Наше исследование выявляет привлекательную терапевтическую цель и возможность для спасения энергетики мозга с целью защиты его функций, поддержания когнитивного здоровья и увеличения долголетия мозга."

Исследователи получили финансовую поддержку от Wellcome, а исследование проводилось совместно с учёными из UCL, Ланкастерского университета, Имперского колледжа Лондона, Королевского колледжа Лондона, Лондонского университета королевы Марии, Бристольского университета, Уорикского университета и Университета Колорадо.