Недостающее звено в механизмах регуляции аппетита мозгом

Как мозг узнает, что пора прекратить есть, когда желудок полон? Ученые долгое время предполагали, что ответ кроется в нейронах – основных клетках мозга, передающих сигналы. Но в новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, говорится о том, что другой тип клеток мозга, называемый астроцитами, обычно рассматриваемый как “вспомогательный персонал”, может играть гораздо более активную роль в контроле пищевого поведения, чем считалось ранее.

Исследование, проведенное учеными из Университета Консепсьона в Чили в сотрудничестве с Мэрилендским университетом, выявило ранее неизвестную коммуникационную цепочку в гипоталамусе – области мозга, отвечающей за регуляцию чувства голода и сытости. Команда отмечает, что эти результаты могут в конечном итоге указать на новые способы лечения состояний, связанных с аппетитом, таких как ожирение и расстройства пищевого поведения.

“Когда люди думают о том, как работает мозг, они, как правило, сразу же вспоминают о нейронах”, – говорит Рикардо Аранеда, профессор биологического факультета Мэрилендского университета и автор-корреспондент исследования.

“Но мы обнаружили, что астроциты, которые мы привыкли считать просто вспомогательными клетками, также участвуют в том, как наш мозг регулирует количество потребляемой пищи. Это исследование меняет наше представление об этих коммуникационных цепях”.

Как танициты ощущают повышение уровня глюкозы

Цепочка коммуникации начинается со специализированного типа клеток головного мозга, называемых таницитами. Танициты выстилают заполненную жидкостью полость глубоко внутри мозга и обнаруживают глюкозу (сахар, который питает организм), циркулирующую в спинномозговой жидкости.

Когда после приема пищи уровень глюкозы повышается, танициты перерабатывают сахар и выделяют в окружающую мозговую ткань побочный продукт, называемый лактатом. Затем этот лактат достигает соседнего класса клеток, называемых астроцитами, запуская следующий этап в цепочке.

“Раньше исследователи считали, что лактат, вырабатываемый таницитами, напрямую общаются с нейронами, участвующими в контроле аппетита”, – объясняет Аранеда. “Но мы обнаружили, что в этом общении есть неожиданный посредник – астроциты”.

Астроциты передают сигнал о сытости

Астроциты являются одними из самых распространенных клеток головного мозга и традиционно считалось, что они критически важны для поддержания функций нейронов, но сами по себе играют ограниченную непосредственную эффекторную роль. Но команда ученых опровергла это предположение, когда обнаружила, что астроциты экспрессируют специализированный рецептор HCAR1, который распознает лактат.

Когда лактат связывается с HCAR1, астроциты активируются и выделяют свои собственные химические сигналы, называемые глутаматом. Когда эти сигналы достигают нейронов головного мозга, подавляющих аппетит, это вызывает чувство сытости.

“Нас удивила сложность этого процесса”, – говорит Аранеда. “Проще говоря, мы обнаружили, что танициты “общаются” с астроцитами, а затем астроциты “общаются” с нейронами”.

Эксперименты выявили более широкий сетевой эффект

В ходе одного из экспериментов ученые вводили глюкозу непосредственно в один таницит, одновременно контролируя окружающие астроциты. Активности одной этой клетки было достаточно, чтобы вызвать реакцию во множестве соседних астроцитов, демонстрируя, что даже крошечное локализованное метаболическое событие отражается на всей сети мозга.

“Мы также заметили своего рода двойной эффект”, – отмечает Аранеда. “Гипоталамус содержит две противоположные популяции нейронов: те, которые стимулируют чувство голода, и те, которые его подавляют. Мы обнаружили, что лактат может воздействовать на обе группы одновременно -активируя нейроны, отвечающие за чувство сытости, через астроциты, и подавляя нейроны, отвечающие за чувство голода, более прямым путем».

Потенциал для будущих методов лечения нарушений аппетита

Хотя это исследование проводилось на животных моделях, танициты и астроциты присутствуют у всех млекопитающих, включая человека. Следующие шаги команды включают изучение того, может ли прямое манипулирование рецептором HCAR1 в астроцитах изменить пищевое поведение животных, что является необходимым шагом, прежде чем это исследование сможет найти клиническое применение.

Хотя в настоящее время лекарства не нацелены именно на этот механизм, Аранеда предполагает, что однажды он может стать новым подходом к лечению расстройств пищевого поведения.

“Теперь у нас есть другой механизм, с помощью которого мы можем воздействовать на астроциты или, в частности, на этот рецептор HCAR1”, – добавляет он. “Это будет новая мишень, которая может дополнить существующие методы лечения, такие, как, например, Оземпик, и улучшить жизнь многих людей, страдающих ожирением и другими заболеваниями, связанными с аппетитом”.

Результаты исследования стали следствием почти десятилетнего сотрудничества между лабораторией Аранеды в Мэрилендском университете и лабораторией Марии де лос Анхелес Гарсия-Роблес в Университете Консепсьона, главной исследовательницы проекта.