Результаты, опубликованные в журнале Cell Metabolism, помогают объяснить хорошо известную способность упражнений на выносливость улучшать когнитивные функции, особенно у пожилых людей. По мнению исследователей, если белок может быть преобразован в стабильную форму и превращен в лекарство, это может привести к улучшению методов лечения когнитивных нарушений у пожилых людей и замедлить рост нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
«Что интересно, так это то, что в кровоток может быть введено натуральное вещество, которое может имитировать некоторые эффекты упражнений на выносливость на мозг», — сказал Брюс Шпигельман, доктор философии, Dana-Farber и HMS. Он является соавтором публикации с Майклом Э. Гринберг, кандидат наук, заведующий кафедрой нейробиологии HMS.
Группа Шпигельмана ранее сообщала, что белок, называемый FNDC5, вырабатывается при мышечной нагрузке и попадает в кровоток в виде варианта, называемого иризином. В новом исследовании упражнения на выносливость — мыши, добровольно бегающие на колесе в течение 30 дней — увеличили активность метаболической регуляторной молекулы PGC-1?, в мышцах, что вызвало рост белка FNDC5. Увеличение FNDC5, в свою очередь, усиливало экспрессию белка здоровья мозга, BDNF (нейротрофический белок мозга) в зубчатой извилине гиппокампа, части мозга, участвующей в обучении и памяти.
Было обнаружено, что упражнения стимулируют BDNF в гиппокампе, одной из двух областей мозга взрослого человека, которые могут генерировать новые нервные клетки.
BDNF способствует развитию новых нервов и синапсов — связей между нервами, которые позволяют сохранять знания и память — и помогает сохранить выживание клеток мозга.
Неизвестно, как упражнения повышают активность BDNF в мозге; новые результаты, связывающие упражнение, PGC-1?, FNDC5 и BDNF обеспечивают молекулярный путь для этого эффекта, хотя Шпигельман и его коллеги предполагают, что, вероятно, существуют другие.
Показав, что FNDC5 является молекулярной связью между упражнениями и повышением BDNF в головном мозге, ученые спросили, будет ли искусственное увеличение FNDC5 в отсутствие упражнений иметь такой же эффект.
Они использовали безвредный вирус для доставки белка мышам через кровоток в надежде, что FNDC5 сможет достичь мозга и повысить активность BDNF. Семь дней спустя они исследовали мозг мыши и обнаружили значительное увеличение BDNF в гиппокампе.
«Возможно, наиболее захватывающий результат в целом заключается в том, что периферической доставки FNDC5 с аденовирусными векторами достаточно для индукции центральной экспрессии Bdnf и других генов с потенциальными нейропротективными функциями или генов, участвующих в обучении и памяти», — говорят авторы. Шпигельман предупредил, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, действительно ли введение FNDC5 улучшает когнитивные функции у животных.
Ученые также не уверены, является ли белок, попавший в мозг, сам FNDC5, или иризин, или, возможно, другой вариант белка.
Шпигельман сказал, что разработка иризина как лекарственного препарата потребует создания более стабильной формы белка.
