Поддержание здорового веса тела может быть трудным для многих людей, но отрадно знать, что наш мозг и тело настроены на совместную работу именно для этого – по сути, для достижения феномена, известного как энергетический баланс, точного соответствия между числами. потребленных калорий по сравнению с затраченными. Этот тщательный баланс является результатом сложного обмена нейробиологическими перекрестными помехами в областях гипоталамуса головного мозга, и когда это "беседа" идет наперекосяк, может возникнуть ожирение или анорексия.
Учитывая серьезность этих условий, к сожалению, мало что известно о деталях этого сложного обмена. Теперь исследование, проведенное исследователями из Медицинского центра диаконис Бет Исраэль (BIDMC), дает новые идеи, которые помогают навести порядок в этой сложности. Результаты, описанные в выпуске журнала Cell от 26 октября, демонстрируют, как нейромедиатор ГАМК избирательно регулирует расход энергии, и, что важно, также помогает объяснить нейросхемы, лежащие в основе жиросжигающих свойств бурого жира.
"Наша группа разработала исследовательскую программу с общей целью разгадать «электрическую схему», с помощью которой мозг контролирует аппетит и сжигание калорий," говорит старший автор Брэдфорд Лоуэлл, доктор медицинских наук, профессор медицины отделения эндокринологии BIDMC и Гарвардской медицинской школы. "Чтобы продвинуть наше понимание до этого уровня, нам необходимо знать функцию определенных подмножеств нейронов и, кроме того, нейроны вышележащего направления, обеспечивающие входные данные, и нижележащие нейроны, получающие выходные данные от этих функционально определенных нейронов. До недавнего времени такие знания о гипоталамусе были недоступны."
Область размером с жемчужину, которая управляет множеством важных функций в организме, гипоталамус является центром мозга, контролирующим энергетический баланс. Этот баланс возникает, когда мозг получает сигналы обратной связи от тела, которые сообщают о состоянии запасов топлива, а затем объединяет их с данными из внешнего мира, а также с эмоциональным состоянием человека, чтобы изменить поведение при кормлении и расход энергии.
В этом новом исследовании ученые исследовали уникальную популяцию нейронов, которые расположены в основании мозга в дугообразном ядре гипоталамуса. "Мы генетически сконструировали мышей так, что у них есть специфический дефект, который не позволяет этим нейронам высвобождать тормозящий нейротрансмиттер, ГАМК," говорит Лоуэлл. "У мышей с этим дефектом развилось выраженное ожирение, и, что примечательно, их ожирение было полностью связано с недостатком сжигания калорий," он объясняет, добавляя, что на прием пищи это никак не повлияло.
Следующей разработкой другой группы мышей, у которых эти нейроны можно было бы выборочно включать в разное время, команда продолжила показывать, что дугообразные нейроны действуют через ряд нижестоящих нейронов, управляя расходом энергии в буром жире. В последнее время бурый жир попал в заголовки газет, потому что многие недавние исследования показали, что, в отличие от белого жира, накапливающего энергию, бурый жир сжигает энергию для выработки тепла. Этот процесс называется термогенезом.
"Расход энергии, опосредованный коричневой жировой тканью, имеет решающее значение для поддержания массы тела и предотвращения ожирения, вызванного диетой. Однако его регулирующий механизм, основанный на мозге, все еще плохо изучен," говорит первый автор Донг Конг, доктор философии, инструктор по медицине в лаборатории Лоуэлла. "Наше открытие нейросети на основе гипоталамуса, которая в конечном итоге контролирует термогенез, является важным достижением," добавляет Лоуэлл. Исследователи дополнительно обнаружили, что, когда они включали эти нейроны, расход энергии полностью зависел от высвобождения ГАМК. Эти результаты показывают, что высвобождение ГАМК из дугообразных нейронов выборочно увеличивает расход энергии.
"Наши открытия значительно продвинули наше понимание контроля за расходом энергии и предоставили новое понимание патогенеза ожирения," говорит Конг.
Уникальные особенности дугообразных нейронов важны, потому что они могут предоставить возможность экспериментально изменить контроль мозга над расходом энергии. В частности, нейроны, получающие GABA-опосредованные сигналы от дугообразных нейронов, вероятно, будут играть важную роль в регулировании расхода энергии, но не приема пищи.
"Теперь важно полностью очертить вышележащие нейроны, которые контролируют эти регулирующие термогенез дугообразные нейроны, а также нижележащие нейроны, которые завершают «цепь» к коричневой жировой ткани," Лоуэлл добавляет. Он и его коллеги определили несколько конкретных типов нейронов, которые действуют ниже дугообразных нейронов, но необходимы дополнительные исследования, чтобы получить четкую и окончательную диаграмму. Такая работа может открыть новые возможности для фармакологических вмешательств, которые могут привести к эффективному лечению ожирения и связанных с ним осложнений, таких как диабет.