Скрытый переключатель в мозге: учёные нашли клетки, которые говорят «хватит есть»

Как мозг узнаёт, что желудок полон, и пора прекращать трапезу? Долгие годы наука считала, что ответ почти полностью связан с нейронами — главными сигнальными клетками мозга. Но новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что астроциты, которые долгое время считались всего лишь вспомогательными клетками, играют активную роль в регулировании аппетита.

Учёные из Университета Консепсьон в Чили совместно с коллегами из Университета Мэриленда обнаружили ранее неизвестный сигнальный путь в гипоталамусе — области мозга, которая контролирует голод и насыщение. Это открытие может помочь в разработке новых методов лечения ожирения и расстройств пищевого поведения.

Неожиданный посредник

Процесс начинается с особых клеток мозга, называемых таницитами. Они выстилают заполненную жидкостью полость глубоко внутри мозга и отслеживают уровень глюкозы (сахара, который питает тело), когда она проходит через спинномозговую жидкость. После еды уровень глюкозы повышается. Танициты реагируют на это, перерабатывая сахар и высвобождая лактат — побочный продукт метаболизма — в близлежащие ткани мозга. Затем этот лактат взаимодействует с соседними астроцитами, запуская следующий этап коммуникации.

«Исследователи раньше думали, что лактат, производимый таницитами, "говорил" напрямую с нейронами, контролирующими аппетит, — поясняет Рикардо Аранеда, профессор кафедры биологии Университета Мэриленда и один из авторов исследования. — Но мы обнаружили, что в этом разговоре был неожиданный посредник — астроциты».

Как работает сигнал насыщения

Исследователи обнаружили, что астроциты несут на себе рецептор под названием HCAR1, который обнаруживает лактат. Когда лактат связывается с этим рецептором, астроциты активируются и высвобождают глутамат — химический мессенджер. Затем этот сигнал передаётся нейронам, которые подавляют аппетит, что приводит к ощущению сытости.

«Что нас удивило, так это сложность процесса, — говорит Аранеда. — Если говорить просто, мы обнаружили, что танициты "разговаривают" с астроцитами, а затем астроциты "разговаривают" с нейронами».

Эффект, распространяющийся по всему мозгу

В одном из экспериментов учёные ввели глюкозу в одну-единственную клетку таницита, наблюдая за соседними астроцитами. Даже это локальное изменение вызвало активность во множестве окружающих астроцитов, показывая, как сигналы могут распространяться по сети мозга.

«Мы также заметили своего рода двойной эффект, — отмечает Аранеда. — Гипоталамус содержит две противоположные популяции нейронов: те, что стимулируют голод, и те, что подавляют его. Мы обнаружили, что лактат, возможно, может работать с обеими одновременно — активируя нейроны насыщения через астроциты, потенциально успокаивая нейроны голода через более прямой путь».

Что это значит для лечения ожирения

Хотя исследование проводилось на животных моделях, и танициты, и астроциты существуют у всех млекопитающих, включая человека. Это предполагает, что тот же механизм может работать и у людей.

Следующий шаг для исследовательской команды — проверить, может ли изменение рецептора HCAR1 в астроцитах влиять на пищевое поведение. Эта работа необходима, прежде чем можно будет разработать какие-либо потенциальные методы лечения. В настоящее время не существует лекарств, напрямую воздействующих на этот путь. Однако Аранеда считает, что он может стать новым перспективным направлением для лечения расстройств, связанных с аппетитом.

«Теперь у нас есть другой механизм, с помощью которого мы могли бы воздействовать на астроциты или конкретно на этот рецептор HCAR1, — добавил он. — Это была бы новая мишень, которая может дополнить существующие методы лечения и улучшить жизнь многих людей, страдающих ожирением и другими состояниями, связанными с аппетитом».

Десятилетие совместной работы

Эти результаты стали итогом почти десяти лет совместной работы между лабораторией Аранеды в Университете Мэриленда и лабораторией Марии де лос Анхелес Гарсия-Роблес в Университете Консепсьон. Ведущий автор исследования Серхио Лопес, аспирант, находившийся под научным руководством обоих исследователей, провёл ключевые эксперименты во время восьмимесячной исследовательской стажировки в Университете Мэриленда.

Открытие этого скрытого пути — танициты, астроциты, затем нейроны — меняет представление о том, как мозг управляет одним из самых фундаментальных инстинктов: голодом. Вопрос в том, сколько ещё таких невидимых цепочек скрыто в структурах мозга, ожидая своего часа. И какие ещё «вспомогательные» клетки окажутся главными действующими лицами.