W ostatnich latach badania zaczęły ujawniać, że linie komunikacji między narządami organizmu są kluczowymi regulatorami starzenia. Kiedy te linie są otwarte, narządy i układy organizmu dobrze ze sobą współpracują. Jednak z wiekiem linie komunikacyjne ulegają pogorszeniu, a narządy nie otrzymują sygnałów molekularnych i elektrycznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania.
Nowe badanie przeprowadzone na Washington University School of Medicine w St. Louis identyfikuje na myszach kluczową ścieżkę komunikacji łączącą mózg z tkanką tłuszczową w pętli sprzężenia zwrotnego, która wydaje się kluczowa dla wytwarzania energii w całym organizmie. Badania sugerują, że stopniowe pogarszanie się tej pętli sprzężenia zwrotnego przyczynia się do narastania problemów zdrowotnych typowych dla naturalnego starzenia się.
Badanie – opublikowane 8 stycznia w czasopiśmie Cell Metabolism – ma implikacje dla opracowania przyszłych interwencji, które mogłyby dłużej utrzymać pętlę sprzężenia zwrotnego i spowolnić skutki starzenia się.
Naukowcy zidentyfikowali specyficzny zestaw neuronów w podwzgórzu mózgu, który, gdy jest aktywny, wysyła sygnały do tkanki tłuszczowej organizmu w celu uwolnienia energii. Korzystając z metod genetycznych i molekularnych, naukowcy badali myszy zaprogramowane tak, aby po osiągnięciu określonego wieku ta ścieżka komunikacji była stale otwarta. Naukowcy odkryli, że myszy te były bardziej aktywne fizycznie, wykazywały oznaki opóźnionego starzenia i żyły dłużej niż myszy, u których ten sam szlak komunikacji stopniowo ulegał spowolnieniu w ramach normalnego starzenia się.
„Zademonstrowaliśmy sposób na opóźnienie starzenia się i wydłużenie zdrowego życia myszy poprzez manipulację ważną częścią mózgu” – powiedział starszy autor Shin-ichiro Imai, lekarz medycyny, wybitny profesor medycyny środowiskowej Theodore i Bertha Bryan oraz profesor na Wydziale Biologii Rozwoju Uniwersytetu Waszyngtońskiego. „Wykazanie tego efektu u ssaków stanowi ważny wkład w tę dziedzinę; wcześniejsze prace wykazujące wydłużanie życia w ten sposób przeprowadzono na mniej złożonych organizmach, takich jak robaki i muszki owocowe”.
Te specyficzne neurony w części mózgu zwanej podwzgórzem grzbietowo-przyśrodkowym wytwarzają ważne białko – Ppp1r17. Kiedy to białko jest obecne w jądrze, neurony są aktywne i stymulują współczulny układ nerwowy, który reguluje reakcję organizmu na walkę lub ucieczkę.
Reakcja walki lub ucieczki jest dobrze znana z tego, że ma szeroki wpływ na cały organizm, w tym powoduje przyspieszenie akcji serca i spowolnienie trawienia. W ramach tej reakcji naukowcy odkryli, że neurony w podwzgórzu uruchamiają łańcuch zdarzeń, który uruchamia neurony zarządzające białą tkanką tłuszczową – rodzajem tkanki tłuszczowej – przechowywaną pod skórą i w okolicy brzucha. Aktywowana tkanka tłuszczowa uwalnia do krwioobiegu kwasy tłuszczowe, które można wykorzystać do napędzania aktywności fizycznej. Aktywowana tkanka tłuszczowa uwalnia także inne ważne białko – enzym zwany eNAMPT – które powraca do podwzgórza i pozwala mózgowi wytwarzać paliwo do swoich funkcji.
Ta pętla sprzężenia zwrotnego ma kluczowe znaczenie dla zasilania ciała i mózgu, ale z czasem zwalnia. Naukowcy odkryli, że wraz z wiekiem białko Ppp1r17 ma tendencję do opuszczania jądra neuronów, a kiedy to nastąpi, neurony w podwzgórzu wysyłają słabsze sygnały. Przy mniejszym użyciu okablowanie układu nerwowego w białej tkance tłuszczowej stopniowo się kurczy, a to, co kiedyś było gęstą siecią połączonych ze sobą nerwów, staje się rzadkie. Tkanki tłuszczowe nie otrzymują już tak wielu sygnałów do uwalniania kwasów tłuszczowych i eNAMPT, co prowadzi do gromadzenia się tłuszczu, przyrostu masy ciała i mniejszej ilości energii potrzebnej do zasilania mózgu i innych tkanek.
Naukowcy, w tym pierwszy autor dr Kyohei Tokizane, pracownik naukowy i były pracownik naukowy ze stopniem doktora w laboratorium Imai, odkryli, że gdy stosowali metody genetyczne u starych myszy, aby utrzymać Ppp1r17 w jądrze neuronów podwzgórza, myszy były bardziej aktywne fizycznie – częściej poruszające się na kołach – i żyły dłużej niż myszy kontrolne. Zastosowali także technikę bezpośredniej aktywacji tych specyficznych neuronów w podwzgórzu starych myszy i zaobserwowali podobne efekty przeciwstarzeniowe.
Średnio górna granica życia typowej myszy laboratoryjnej wynosi około 900 do 1000 dni, czyli około 2,5 roku. W tym badaniu wszystkie starsze myszy z grupy kontrolnej umierały zwykle do 1000 dnia życia. Te, które przeszły interwencje mające na celu utrzymanie pętli sprzężenia zwrotnego między mózgiem a tkanką tłuszczową, żyły od 60 do 70 dni dłużej niż myszy kontrolne. Przekłada się to na wzrost długości życia o około 7%. U ludzi 7% wzrost długości życia 75 lat przekłada się na około pięć lat więcej. Myszy otrzymujące interwencje były również bardziej aktywne i wyglądały młodziej – z grubszą i bardziej błyszczącą sierścią – w późniejszym wieku, co sugeruje również więcej czasu i lepsze zdrowie.
Imai i jego zespół nadal badają sposoby utrzymania pętli sprzężenia zwrotnego między podwzgórzem a tkanką tłuszczową. Badana przez nich metoda polega na dostarczaniu myszom eNAMPT, enzymu wytwarzanego przez tkankę tłuszczową, który powraca do mózgu i zasila m.in. podwzgórze. Po uwolnieniu przez tkankę tłuszczową do krwioobiegu enzym jest pakowany w przedziały zwane pęcherzykami zewnątrzkomórkowymi, które można zebrać i wyizolować z krwi.
„Możemy wyobrazić sobie możliwą terapię przeciwstarzeniową obejmującą dostarczanie eNAMPT na różne sposoby” – powiedział Imai. „Wykazaliśmy już, że podawanie eNAMPT do pęcherzyków zewnątrzkomórkowych zwiększa poziom energii komórkowej w podwzgórzu i wydłuża życie myszy. Z niecierpliwością czekamy na kontynuację naszych prac nad badaniem sposobów utrzymania centralnej pętli sprzężenia zwrotnego między mózgiem a tkankami tłuszczowymi organizmu w sposób co, mamy nadzieję, wydłuży zdrowie i długość życia.”