Мозг и диабет: новые данные
У грызунов с диабетом 2 типа однократная инъекция в желудочки мозга фактора роста фибробластов 1 (FGF1) может восстановить нормальный уровень сахара в крови на несколько недель или месяцев. Тем не менее, механизм его действия был плохо изучен.
Выяснение того, как FGF1 приводит к снижению повышенного уровня сахара в крови, может привести к созданию более эффективной стратегии для достижения стойкой ремиссии диабета, а не просто для ежедневного снижения уровня сахара в крови, как это делают современные методы лечения.
До недавнего времени способность мозга нормализовать повышенный уровень сахара в крови у животных с диабетом не была признана. Посредством анализа клеточных и молекулярных ответов, индуцированных в гипоталамусе пептидом FGF1, последние исследования пришли к более полному пониманию того, как достигается этот эффект.
Диабет 2 типа поражает 10% жителей США. Он тесно связан с ожирением и вызывает серьезные нарушения здоровья, включая сердечно-сосудистые заболевания, потерю зрения, почечную недостаточность, деменцию, тяжелые инфекции и повреждение нервов. Он также увеличивает риск ампутации т.н. диабетической стопы и более высоких отделов нижних конечностей. Контроль уровня сахара в крови может предотвратить эти проблемы, но пациентам бывает трудно добиться нормальных показателей.
В двух статьях, опубликованных в журналах Nature Communications и Nature Metabolism, международная группа исследователей описала сложную биологию реакции мозга на FGF1. Первая статья описывает устойчивые клеточные реакции, которые, по-видимому, защищают сигнальные системы мозга, важные для контроля уровня сахара в крови. Вторая статья тех же ученых изучила структуру внеклеточного матрикса нервной ткани – перинейрональной сети, которая окружает нейроны, участвующие в контроле уровня сахара в крови. Исследователи показали, что FGF1 восстанавливает перинейрональные сети, поврежденные диабетом, вызывая таким образом стойкую ремиссию диабета.
Старшими авторами статьи в Nature Communications являются доктор Тунес Перс из Копенгагенского университета и доктор Майкл Шварц из Вашингтонского университета. Международная группа ученых, которую они собрали, начала с детального изучения изменений экспрессии генов, вызванных введением FGF1, в различных типах клеток, расположенных в гипоталамусе. Эта область мозга регулирует многие функции организма, включая уровень сахара в крови, чувство голода, а также использование и хранение энергии.
Ученые обнаружили, что глиальные клетки, которые обеспечивают структурную поддержку и регулируют активность нейрональных цепей, реагируют на FGF1 более интенсивно, чем нейроны.
Исследователи также наблюдали усиление взаимодействия между астроцитами и подмножеством нейронов, которые производят агути-связанный белок (AgRP). Астроциты – это звездчатые глиальные клетки, которые питают нейроны и поддерживают их способность передавать электрические импульсы. Нейроны AgRP являются важными компонентами меланокортиновой сигнальной системы – цепи мозга, которая имеет большое значение для контроля питания, массы тела и уровня сахара в крови.
Известно, что чрезмерная активация нейронов AgRP подавляет передачу меланокортиновых сигналов, что связано с развитием диабета у людей и грызунов. Исследователи отметили, что после внутрижелудочковой инъекции FGF1 полное блокирование передачи меланокортиновых сигналов не позволяет диабету перейти в стойкую ремиссию.
Среди других типов клеток, которые реагировали на FGF1, были танициты – удлиненные, чувствительные к питательным веществам глиальные клетки, обнаруженные только в гипоталамусе. Их роль в нормализации уровня глюкозы требует дополнительных исследований.
В статье, опубликованной в Nature Metabolism, рассматривались ранее неизвестные участники процесса развития стойкой ремиссии диабета под действием FGF1. Это перинейрональные сети, которые окружают регулирующие уровень сахара в крови нейроны в гипоталамусе, включая нейроны AgRP. Авторами этой статьи являются Ким Алонж из Вашингтонского университета, Майкл Шварц и другие.
Перинейрональные сети обеспечивают стабильность нейрональных цепей, охватывая нейроны и связи между ними. Исследователи хотели выяснить, связан ли диабет, ассоциированный с ожирением, со структурными изменениями в перинейрональных сетях и можно ли их лечить.
Перинейрональные сети вокруг глюкозорегулирующих нейронов в аркуатном ядре гипоталамуса. Источник: Kim Alonge/Schwartz lab.
Исследовательская группа отметила, что у крысиных моделей диабета 2 типа и ожирения перинейрональных сетей в гипоталамусе меньше, чем у крыс с нормальным уровнем сахара в крови, однако в других частях мозга количество сетей сопоставимо.
Этот недостаток перинейрональных сетей был быстро устранен после однократной внутрижелудочковой инъекции FGF1. Способность FGF1 облегчать течение диабета была нарушена удалением сетей путем ферментативного переваривания. Напротив, интактные перинейрональные сети не требуются для FGF1, чтобы влиять на потребление пищи.
Эти данные указывают на то, что перинейрональные сети являются ключевой мишенью FGF1 для достижения устойчивой ремиссии диабета. Исследователи предполагают, что, возможно, эти сети помогают ограничивать активность нейронов AgRP и тем самым повышать передачу меланокортиновых сигналов.
Исследователи планируют продолжить попытки расшифровать клеточные (и внеклеточные) ответы на FGF1 и механизм нормализации уровня сахара в крови. Они надеются, что это поможет создать новые стратегии достижения устойчивой ремиссии диабета у пациентов.
Статья M.A.Bentsen et al. Transcriptomic analysis links diverse hypothalamic cell types to fibroblast growth factor 1-induced sustained diabetes remission опубликована в журнале Nature Communications; статья K.M.Alonge et al. Hypothalamic perineuronal net assembly is required for sustained diabetes remission induced by fibroblast growth factor 1 in rats – в журнале Nature Metabolism.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UW Medicine: Brain can induce diabetes remission in rodents, but how?