Нейробиологи: "Физические упражнения могут "омолодить" мозг"

Новое исследование, опубликованное в журнале Aging Cell, проливает свет на потенциал физических упражнений для предотвращения или замедления снижения когнитивных функций, связанного со старением. Это исследование показало, что физические упражнения могут существенно изменить экспрессию генов стареющей микроглии (типа клеток головного мозга), возвращая их в более молодое состояние.

С возрастом люди часто испытывают ухудшение как физического здоровья, так и когнитивных способностей. Это снижение может привести к таким состояниям, как деменция, для которой в настоящее время существует мало эффективных методов лечения.

Предыдущие наблюдательные исследования показали, что физические упражнения могут помочь облегчить некоторые возрастные нарушения в мозге, но точные механизмы, лежащие в основе этих преимуществ, не были хорошо изучены. Исследователи стремились изучить, как физические упражнения влияют на мозг на клеточном уровне, уделяя особое внимание микроглии, чтобы выявить потенциальные терапевтические цели для снижения когнитивных функций.
«Я испытал на себе и увидел на опыте других, что регулярные физические упражнения оказывают много благотворного воздействия, в том числе на здоровье мозга, однако до сих пор неизвестно, как упражнения управляют этими изменениями. Было бы удивительно узнать ключевые компоненты упражнений, которые оказывают благотворное воздействие на мозг и его функции», — сказала автор исследования Яна Вукович , доцент Университета Квинсленда.

Исследователи провели свое исследование на мышах — распространенной модели для понимания биологии человека из-за их генетического и физиологического сходства. Они использовали самок мышей двух возрастных групп: молодых (3 месяца) и пожилых (18 месяцев). Мышей разделили на две группы: те, у кого был доступ к беговому колесу (группа упражнений) и те, у кого его не было (группа, ведущая малоподвижный образ жизни). Режим упражнений состоял из 21 дня произвольного бега на колесе с последующим 14-дневным периодом отдыха.

Чтобы изучить влияние физических упражнений на мозг, исследователи использовали метод, называемый секвенированием одноклеточной РНК. Этот метод позволяет анализировать экспрессию генов в отдельных клетках, обеспечивая детальное представление клеточной активности. Исследователи специально изучили гиппокамп, область мозга, важную для обучения и памяти, чтобы оценить изменения в различных типах клеток, включая микроглию.

Микроглия играет решающую роль в поддержании здоровья мозга, реагируя на травмы и инфекции. Однако по мере старения мозга микроглия имеет тенденцию переходить в провоспалительное состояние, что может способствовать ухудшению когнитивных функций. В этом исследовании у пожилых малоподвижных мышей наблюдался профиль экспрессии генов в микроглии, указывающий на это вредное старческое состояние. Эта микроглия продемонстрировала повышенную экспрессию воспалительных генов, что соответствует усиленному иммунному ответу, который может повредить нейроны и другие клетки головного мозга.

Примечательно, что когда пожилые мыши регулярно выполняли произвольные упражнения, их микроглия демонстрировала профиль экспрессии генов, аналогичный профилю молодых мышей. Это указывает на то, что физические упражнения могут эффективно обратить вспять процесс старения микроглии, восстанавливая экспрессию их генов до более молодого и противовоспалительного состояния.

Еще одним важным результатом исследования стало влияние физических упражнений на Т-клетки головного мозга. Т-клетки — это тип иммунных клеток, которые, если они присутствуют в мозге в больших количествах, могут способствовать воспалению и ухудшению когнитивных функций. Исследователи обнаружили, что старение естественным образом приводит к накоплению Т-клеток в мозге.
Однако физические упражнения значительно снизили количество Т-клеток у пожилых мышей. Это снижение наблюдалось не только в мозге, но и в периферических органах, таких как печень, что позволяет предположить, что физические упражнения оказывают системное противовоспалительное действие, выходящее за пределы мозга.

«Среди всех типов клеток мозга было удивительно, что именно иммунные клетки больше всего реагировали на физические упражнения», — сказал Вукович PsyPost. «Было также удивительно увидеть драматический эффект физических упражнений на популяцию Т-клеток в мозге. Т-клеток обычно нет в мозге взрослого человека, однако с возрастом их количество увеличивается. Физические упражнения привели к снижению количества Т-клеток».

Хотя наиболее драматические эффекты физических упражнений наблюдались в микроглии, исследование также отметило изменения в других типах клеток головного мозга. Астроциты, эндотелиальные клетки и олигодендроциты также показали измененные профили экспрессии генов в ответ на физическую нагрузку, хотя эти изменения были менее выраженными, чем те, которые наблюдались в микроглии.
Астроциты, которые поддерживают функцию и здоровье нейронов, и олигодендроциты, которые производят миелиновую оболочку, изолирующую нервные волокна, показали признаки улучшения функции и уменьшения воспаления у тренирующихся старых мышей. Это говорит о том, что физические упражнения оказывают широкое благотворное влияние на различные типы клеток головного мозга, способствуя общему здоровью мозга.

Когнитивные преимущества упражнений были продемонстрированы с помощью поведенческого теста, известного как задача избежания активного места, который измеряет пространственное обучение и память. Пожилые мыши, у которых был доступ к беговому колесу, справлялись с этой задачей значительно лучше, чем их малоподвижные собратья, что указывает на то, что физические упражнения могут улучшить когнитивные функции даже в стареющем мозге. Это улучшение когнитивных функций, вероятно, было связано с наблюдаемыми клеточными и молекулярными изменениями, в частности, с омоложением микроглии и уменьшением воспаления головного мозга.

«Наше исследование предоставляет дополнительные доказательства и демонстрирует, что физические упражнения меняют мозг на клеточном уровне», — сказал Вукович. «Упражнения изменяют иммунный ландшафт стареющего мозга, делая его более молодым, и эти изменения связаны с улучшением обучения и памяти».

Исследование предлагает многообещающие доказательства того, что физические упражнения могут противодействовать возрастным изменениям в мозге, в частности, путем омоложения микроглии. Полученные результаты способствуют нашему пониманию того, как физическая активность может улучшить когнитивное здоровье, и открывают новые возможности для разработки мер по предотвращению или замедлению снижения когнитивных функций во время старения.

«Одна из целей — побудить пожилых людей заниматься спортом, поскольку мы продемонстрировали, что можно обратить вспять некоторые негативные аспекты старения мозга и тем самым улучшить когнитивные функции», — сказал Вукович. «Другие долгосрочные цели — найти способы и методы лечения, которые помогут выявить полезный аспект физических упражнений для мозга у тех людей, которые не могут заниматься физическими упражнениями или прикованы к постели».