Биомаркеры старения мозга

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые Школы медицины Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine)  в крови старых мышей были обнаружены вещества, которые вызывают в мозге молодых животных изменения, свойственные мозгу старых. Эти вещества, уровень которых повышается с возрастом, как представляется, подавляют способность мозга производить новые нейроны, играющие важную роль в формировании памяти и в способности к обучению.
 
Руководитель исследования - Тони Висс-Корей (Tony Wyss-Coray) говорит: «Это открытие поднимает вопрос о том, нельзя ли защитить мозг от старения, устранив или смягчив действие этих очевидно разрушительных факторов или, возможно, установив другие образующиеся в крови вещества, оказывающие на мозг омолаживающий эффект, уровень которых с возрастом снижается».
 
Долгое время считалось, что мозг взрослого человека не способен производить новые нейроны. Но сейчас ученым известно, что, по крайней мере, в двух областях мозга млекопитающих, включая мышей и человека, нейроны продолжают образовываться на протяжении всей жизни. Одной из таких областей является  зубчатая извилина ( gyrus dentatus ) - часть  гиппокампа, ключевой области мозга, где новый опыт закрепляется в памяти. Как и в других тканях, новые нейроны в этих областях мозга образуются только благодаря присутствию здесь стволовых клеток, способных как создавать точные копии самих себя, так и давать начало другому типу дочерних клеток - нейрональным прогениторным клеткам, которые в результате дифференциации становятся полностью специализированными клетками, в том числе и нейронами.
 
Количество стволовых клеток во взрослом мозге с возрастом снижается, так же как и определенные когнитивные способности, в том числе, пространственная память. Пример такой памяти у человека - это способность запоминать, где он припарковал машину, а у мыши - местонахождение подводной платформы, взобравшись на которую она может отдохнуть: ей больше не нужно постоянно плавать, чтобы ее нос оставался над водой.
 
Стэнфордские ученые хирургически объединили кровеносные системы старых и молодых мышей так, что кровь двух животных смешивалась. Теперь они могли изучать действие крови старых мышей на мозг молодых и наоборот. Впервые эта методика была разработана соавтором исследования профессором неврологии  Томасом Рандо (Thomas Rando), который использовал ее для демонстрации омолаживающего эффекта молодой крови на старые мышцы.
 
Смешение старой и молодой крови привело к изменениям в мозге как молодых, так и старых мышей. В зубчатой извилине более старых мышей в парах с общим кровообращением стало образовываться больше новых нейронов, чем у обычных старых мышей.

«Мы увидели трехкратное увеличение количества новых нервных клеток у старых мышей, находившихся в этой «более молодой» окружающей среде», - комментирует результаты экспериментов Висс-Корей. В противоположность этому в зубчатой извилине молодых членов пар наблюдалось меньшее количество новых нейронов, чем у молодых мышей, не «привязанных» к старым.

Ученые задались вопросом, что же именно производит такой эффект. Чтобы исключить возможность его объяснения обменом клетками, они создали пары молодых и старых мышей с общим кровообращением, один из членов которых был генетически модифицирован: под воздействием света его клетки светились зеленым. Зеленые клетки модифицированных мышей, как и следовало ожидать, всегда оказывались в крови другого члена пары, но практически никогда не попадали в мозг обычной немодифицированной мыши. Без всякого сомнения, на мозг партнера оказывали влияние не клетки, а какие-то находящиеся в крови вещества.

Более того, введение молодым мышам плазмы - бесклеточной фракции крови - старых мышей привело к таким же негативным изменениям в их зубчатой извилине, как если бы они имели общее кровообращение со старыми животными. Молодые мыши, получившие инъекции плазмы старых, хуже решали пространственно-навигационные задачи, такие как нахождение возвышенности для отдыха в наполненной водой камере, чем животные, получившие инъекции плазмы более молодых мышей. Мыши первой группы находили подводную платформу так же легко, как и животные второй группы, но быстрее забывали ее местонахождение, что является признаком нарушения функций гиппокампа.

Чтобы выявить циркулирующие в крови связанные со старением и тканевой дегенерацией или регенерацией специфические факторы, исследователи проанализировали 66 различных сигнальных белков иммунной системы, обнаруженных в крови мышей. Уровни шести из этих факторов были повышены как у обычных старых мышей, так и у молодых животных, «спаренных» со старыми.

Первым в списке оказался   хемокин CCL11,  известный также как эотаксин ( eotaxin ), небольшой белок, привлекающий определенный тип иммунных клеток в области, где он секретируется другими типами клеток. Проведенные группой Висс-Корея тесты на крови и спинномозговой жидкости здоровых людей в возрасте от 20 до 90 лет показали аналогичный подъем уровня эотаксина, подчеркивая возможную актуальность этих данных для организма человека. У человека эотаксин связан с аллергическими реакциями и астмой.

Нормальные мыши молодого возраста, получавшие инъекции эотаксина, демонстрировали снижение генерации новых нейронов в зубчатой извилине. То же самое наблюдалось как у молодых мышей, получавших плазму старых мышей, так и у молодых мышей, чья система кровообращения была объединена с кровообращением старых животных - эффект, который может быть противопоставлен инъекциям другого вещества, блокирующего действие эотаксина. Инъекции эотаксина также отрицательно влияли на выполнение животными тестов на пространственную память.

Значительную роль в возрастном снижении когнитивных функций играют, вероятно, и другие факторы крови. Одним из шести факторов, выявленных в проведенном группой Висс-Корея скрининге белков, было  химическое вещество  MCP-1,  которое, и у мышей и у человека, привлекает иммунные клетки  макрофаги. Адъюнкт-профессор кафедры нейрохирургии  Тео Палмер (Theo Palmer) ранее уже связывал вызываемое воспалением снижение уровней MCP-1 со снижением количества стволовых клеток в зубчатой извилине.

В настоящее время группа Висс-Корея изучает потенциальную роль эотаксина в потери памяти при  болезни Альцгеймера и занимается разработкой расширенного анализа белков крови для выявления «омолаживающих» факторов, которые могут оказаться полезными в лечении деменции и, возможно, в замедлении процесса старения мозга.

Источник - Lifesciencestoday.ru
По материалам - Scientists discover blood factors that appear to cause aging in brains of mice
Аннотация к статье -  The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function