Мозг может вызывать ремиссию диабета у грызунов, но как?
Глюкорегуляторные нейроны в пределах дугообразного ядра гипоталамуса, срединного возвышения мозга, опутаны внеклеточными матрицами, известными как перинейрональные сети, которые могут глубоко влиять на функцию нейронов. Последние данные указывают на то, что эти структуры участвуют как в контроле мозга над гомеостазом глюкозы, так и в качестве потенциальных мишеней для лечения диабета. Предоставлено: Кимберли Алонж/Лаборатория Шварца/Медицинский научно-исследовательский институт диабета.

У грызунов с диабетом 2 типа однократная хирургическая инъекция протеина, называемого фактором роста фибробластов 1, может восстановить нормальный уровень сахара в крови на несколько недель или месяцев. Тем не менее, как этот фактор роста действует в головном мозге, чтобы произвести эту долговременную пользу, было плохо изучено.

Выяснение того, как это происходит, может привести к более эффективным методам лечения диабета, которые задействуют врожденный потенциал мозга для улучшения состояния.

«До недавнего времени способность мозга нормализовать повышенный уровень сахара в крови у животных с диабетом не была признана», — сказал д-р Майкл Шварц, профессор медицины Медицинской школы Вашингтонского университета и содиректор Медицинского института диабета Университета штата Вашингтон. . «Последние данные наших международных групп, исследуя клеточные и молекулярные реакции, вызванные в гипоталамусе пептидом мозга, называемым фактором роста фибробластов 1, позволяют нам лучше понять, как достигается этот эффект.

«Эти идеи, — сказал он, — однажды могут послужить основой для терапевтических стратегий для достижения стойкой ремиссии диабета, а не просто для ежедневного снижения уровня сахара в крови, как это делают современные методы лечения».

Сахарный диабет 2 типа поражает 10% населения США. Он тесно связан с ожирением и вызывает серьезные проблемы со здоровьем, включая сердечные заболевания, потерю зрения, почечную недостаточность, деменцию, трудноизлечимые инфекции и повреждение нервов. Это также увеличивает риск ампутации. Контроль уровня сахара в крови может предотвратить эти проблемы, но часто бывает трудно достичь и становится постоянной проблемой для многих пациентов.

В двух сопутствующих статьях в выпусках журналов Nature Communications и Nature Metabolism от 7 сентября международные группы исследователей описывают сложную биологию реакции мозга на фактор роста фибробластов. 1. Первая группа описывает устойчивые клеточные реакции, которые, по-видимому, защищают сигнальные пути мозга, важные для контроля уровня сахара в крови.

Вторая группа, в состав которой входили те же исследователи, сделала открытия относительно структур внеклеточного матрикса, называемых «перинейрональными сетями», которые охватывают группы нейронов, участвующих в контроле уровня сахара в крови. Исследователи узнали, что фактор роста фибробластов 1 восстанавливает перинейрональные сети, поврежденные диабетом. Такой ответ необходим для стойкой ремиссии диабета.

Доктор Тунес Перс из Центра фундаментальных метаболических исследований Ново Нордиск при Копенгагенском университете в Дании и исследователь диабета и ожирения доктор Майкл Шварц из UW Medicine в Сиэтле были старшими авторами отчета Nature Communications. Ведущими авторами из своих лабораторий были доктор Мари Бентсен и доктор Дилан Рауш.

Международная группа ученых, которую они собрали, начала с подробного изучения изменений экспрессии генов, вызванных лечением фактором роста 1 фибробластов, в различных типах клеток мозга, расположенных в гипоталамусе. Этот небольшой участок мозга регулирует многие функции организма, включая уровень сахара в крови, чувство голода, прием пищи, а также использование и хранение энергии.

Ученые обнаружили, что глиальные клетки, которые не только обеспечивают структурную поддержку, но и помогают организовывать и регулировать активность нейросетей, реагируют более интенсивно, чем нейроны, клетки мозга, известные своей электрической передачей информации.

Исследователи также наблюдали усиление взаимодействия между астроцитами и подмножеством нейронов, которые вырабатывают связанный с агути белок (так называемые нейроны Agrp). Астроциты — это многочисленные звездчатые глиальные клетки, которые питают нейроны и поддерживают их электрическую передачу. Нейроны Agrp являются важными компонентами сигнальной системы меланокортина, цепи мозга, имеющей решающее значение для контроля питания, массы тела и уровня сахара в крови.

Известно, что чрезмерная активация нейронов Agrp ослабляет передачу сигналов меланокортина. Этот эффект был связан с развитием диабета у людей и грызунов. Исследователи отметили, что запрещение передачи сигналов меланкортина после инъекции фактора роста фибробластов 1 в мозг предотвращает стойкую ремиссию диабета.

Среди других типов клеток, которые устойчиво реагируют на фактор роста фибробластов 1, есть танициты, удлиненные, чувствительные к питательным веществам глиальные клетки, обнаруженные только в гипоталамусе. Их вклад в нормализацию уровня глюкозы требует дополнительных исследований.

В статье, опубликованной в Nature Metabolism, рассматривались структуры, которые ученые назвали «ранее неизвестными участниками» в механизме способности фактора роста 1 фибробластов вызывать ремиссию диабета.

Это перинейрональные сети, которые охватывают нейроны, регулирующие уровень сахара в крови, в гипоталамусе, включая нейроны Agrp. Ведущим автором этой статьи является Ким Алонж, действующий преподаватель медицины в Медицинской школе UW. Главный автор — Майкл Шварц.

Перинейрональные сети способствуют стабильности нейросетей, связывая нейроны и опоясывая связи между ними. Исследователи хотели знать, связан ли диабет, связанный с ожирением, со структурными изменениями в этих перинейрональных сетях и можно ли их лечить.

Исследовательская группа отметила, что в модели диабета 2 типа у крыс Zucker Diabetes Fatty этих сеток мало в гипоталамусе по сравнению с крысами с нормальным уровнем сахара в крови, однако в других частях мозга сети нормальны.

Эта потеря перинейрональных сетей была быстро устранена после однократной инъекции фактора роста фибробластов 1 в мозг. Способность фактора роста фибробластов 1 ослаблять диабет была нарушена удалением сеток путем ферментативного переваривания. Напротив, интактные перинейрональные сети не требуются для фактора роста фибробластов 1, чтобы влиять на потребление пищи.

Эти данные определяют перинейрональные сети как ключевые мишени для устойчивой ремиссии диабета, вызванной действием фактора роста фибробластов 1. Исследователи предполагают, что, возможно, эти сети помогают ограничивать активность нейронов Agrp и тем самым повышать передачу сигналов меланокортина.

Исследователи планируют продолжить попытки преодолеть разрыв между клеточной (и внеклеточной) реакцией на фактор роста фибробластов 1 и нормализацией уровня сахара в крови. Они надеются, что это может в конечном итоге раскрыть новые стратегии для достижения стойкой ремиссии диабета у пациентов.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *