Ученые из Технического университета Мюнхена (Technical University Munich), Германия, в ходе нового исследования доказали, что транспорт глюкозы из кровеносного русла в клетки головного мозга является активным процессом, а не пассивным, как принято считать в настоящее время. Они выявили, что данный процесс регулируется глиальными клетками под воздействием уровня инсулина и лептина. Результаты работы опубликованы в журнале «Cell».
Стремительное увеличение количества пациентов с ожирением и ассоциированным с ним сахарным диабетом 2-го типа представляет собой огромную проблему общественного здравоохранения. Эффективные и безопасные лекарственные средства для профилактики и лечения данных состояний в настоящее время отсутствуют. Одной их причин отсутствия прогресса в разработке адекватных методов терапии является недостаток знаний о молекулярном механизме системного контроля над метаболизмом. Целью данной работы, проведенной учеными под руководством доктора Кристины Гарсиа-Кацерес (Cristina García-Cáceres), было исследование процессов, посредством которых головной мозг контролирует метаболизм в соответствии с условиями внешней среды. Известно, что клетки головного мозга поглощают большее количество глюкозы, чем ткани других органов, кроме того, они контролируют возникновение и выраженность чувства голода. Это позволило ученым предположить, что процесс обеспечения головного мозга глюкозой является не случайным, а строго контролируемым. Распространенное мнение о том, что транспорт глюкозы в ткани головного мозга является пассивным процессом, основано на том, что нейроны не контролируют данный переход, однако ученые предположили, что определенную роль в этом могут играть глиальные клетки — астроциты. Они являются наиболее распространенным типом клеток в головном мозгу. Основной их функцией является формирование гематоэнцефалического барьера и поддержка групп нейронов.
В ходе данной работы ученые оценили активность инсулиновых рецепторов на поверхности астроцитов. Они выявили, что отсутствие таких рецепторов приводило к снижению активности поглощения веществ нейронами. В то же время адаптация метаболизма к изменениям в поступлении сахара нарушалась. Так, с помощью методов нейровизуализации, таких как позитронно-эмиссионная томография, ученые определили, что инсулин и лептин воздействуют на глиальные клетки, что приводит к изменению интенсивности транспорта глюкозы. Астроциты без инсулиновых рецепторов, которые находятся в «центре сытости» в гипоталамусе, менее эффективно способствуют поступлению глюкозы в ткани головного мозга.
Авторы работы отметили, что в ходе данного исследования им впервые удалось доказать, что важные этапы метаболизма и поведенческие процессы регулируются не исключительно нейронами, контроль над ними выполняют и глиальные клетки, например астроциты. Эти выводы помогут объяснить отсутствие эффективных и безопасных препаратов для лечения пациентов с сахарным диабетом и ожирением. Ученые считают необходимым проведение дополнительных исследований для коррекции существующего представления о нейрональном контроле метаболизма и потребления различных веществ с учетом новой концепции о влиянии астроцитов и, возможно, клеток иммунной системы на состояние головного мозга. Конечной целью таких работ будет определение биологических механизмов, обеспечивающих усвоение глюкозы. Такие исследования будут полезны при разработке новых методов борьбы с гипергликемией для лечения при сахарном диабете и ожирении.
- García-Cáceres C., Quarta C., Varela L. et al. (2016) Astrocytic insulin signaling couples brain glucose uptake with nutrient availability. Cell, August 11 [Epub ahead of print].
- Technical University of Munich (2016) Sugar addiction: Discovery of a brain sugar switch: Cell types like astrocytes regulate metabolic processes. ScienceDaily, August 12 (http://www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160812103708.htm).
Юлия Котикович
