Международная группа исследователей обнаружила новый компонент периферической нервной системы, который действует путем увеличения энергетического обмена в организме. Это открытие прокладывает путь к разработке более простых и дешевых препаратов для контроля ожирения и набора веса, независимо от количества потребляемой пищи.
В статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи из Оксфордского университета в Соединенном Королевстве и Центра исследований ожирения и сопутствующих заболеваний (OCRC), базирующегося в Государственном университете Кампинаса (UNICAMP) в Бразилии, описывают, где и как этот компонент периферической нервной системы действует через нейропептид Y (NPY) на расход энергии и калорий.
Этот нейромедиатор, отвечающий за передачу информации между нейронами головного мозга, подробно изучался учеными в связи с центральной нервной системой, однако его действие в периферических нервах (за пределами головного и спинного мозга) и его способность действовать в жировых клетках (адипоцитах) для защиты организма от ожирения никогда не изучались.
«Поскольку этот новый компонент действует не на мозг, а на периферию [периферическую нервную систему] организма, он открывает новые перспективы для разработки препаратов, которые могут лечить ожирение проще, эффективнее и даже дешевле. Это связано с тем, что в отличие от последних препаратов против ожирения, которые действуют на мозг, новый терапевтический подход не должен был бы быть большой молекулой [биологического препарата] и тем более иметь возможность пересекать [гематоэнцефалический] барьер, который защищает мозг, что значительно упрощает вопросы доступа и разработки нового препарата», — говорит соавтор исследования Лисио Веллозо из OCRC.
Следует пояснить, что периферическая нервная система делится на две основные группы: соматическую и автономную. В то время как соматическая нервная система регулирует произвольные движения и ощущения в коже (прикосновение, холод, тепло), другая отвечает за такие движения, как сердцебиение и кровяное давление, которые функционируют независимо от воли человека.
Автономная нервная система также делится на две части. Симпатическая ветвь отвечает за подготовку организма к ситуациям бдительности, преодоления или бегства от угрозы. Поэтому она включает в себя такие изменения, как ускоренное сердцебиение и повышенный расход энергии. Парасимпатическая нервная система, с другой стороны, нормализует работу внутренних органов после того, как угроза миновала.
«Например, учебники по нейроанатомии описывают симпатическую нервную систему как работающую за счет высвобождения норадреналина в нервных окончаниях. Однако в ходе исследования было обнаружено, что в дополнение к норадреналину эти нервы также экспрессируют нейропептид Y, ранее неизвестный в этой части нервной системы. Когда NPY активен в гипоталамусе, человек чувствует голод. С другой стороны, в периферической нервной системе было обнаружено, что NPY оказывает противоположный эффект, ускоряя метаболизм и, следовательно, расход энергии», — объясняет Веллосо.
Помимо доказательства существования нового компонента, исследователи из Оксфорда продемонстрировали, что NPY действует на треть симпатических нервов, распределенных по всему телу, способствуя образованию новых жировых клеток, участвующих в термогенезе (сжигании энергии и выработке тепла).
В отличие от белой жировой ткани, которая хранит избыток потребляемых калорий, бурые и бежевые адипоциты играют метаболически полезную роль, используя накопленный жир для высвобождения тепла.
В лаборатории исследователя Аны Домингос в Оксфорде ученые обнаружили, что высвобождение NPY в периферической нервной системе происходит в синапсах, которые контактируют с муральными клетками (расположенными вокруг кровеносных сосудов, которые инфильтрируют ткани). «Важной особенностью муральных клеток является то, что они являются предшественниками определенного типа жировой ткани, бурой жировой ткани, которая необходима для регуляции метаболизма», — сказал Веллосо. «Таким образом, исследовательская группа Оксфорда обнаружила, что когда нерв соединяется с муральной клеткой через синапс, он высвобождает NPY и активирует дифференциацию муральной клетки, которая становится предшественником бурой жировой ткани, что очень важно для лучшего контроля метаболизма».
Последняя часть исследования была проведена в лаборатории UNICAMP. Чтобы охарактеризовать действие нового компонента периферической нервной системы, исследователи использовали мышей, генетически модифицированных для того, чтобы не экспрессировать нейропептид Y в симпатической нервной системе.
«Мы заметили, что эти животные стали более тучными и испытывали трудности с поддержанием стабильной температуры тела при воздействии холода [низкая термогенная способность]. У них также были метаболические нарушения, такие как предрасположенность к развитию диабета. С другой стороны, животные с NPY, которые ели столько же пищи, сколько и другие, показали защиту от ожирения», — говорят авторы.
Группа обнаружила любопытное явление: NPY оказывает совершенно разное воздействие на массу тела, когда находится в центральной нервной системе и когда находится в периферической нервной системе. В то время как в мозге NPY мешает насыщению, вызывая голод, на периферии он связан с энергетическим обменом, способствуя пролиферации клеток, которые сжигают жир, а не запасают его.
«Уже было известно, что термогенные адипоциты могут происходить из муральных клеток. Также было известно, что муральные клетки могут обнаруживать NPY, поскольку у них есть рецептор для этого нейропептида [белок NPYR1]. Мы смогли впервые показать, что без NPY в периферической системе мыши становятся тучными — не потому, что они едят больше, а потому, что они сжигают меньше жира. Этот механизм, вероятно, распространяется и на другие типы ожирения, поскольку наше исследование показало, что эти нервы, продуцирующие NPY, дегенерируют с началом ожирения, вызванного диетой», — говорит Домингос.
По словам исследователя, защитная роль NPY против ожирения, обнаруженная у мышей, представляет собой биологический механизм, который можно связать с генетической чертой человека, недавно обнаруженной на портале знаний о распространенных метаболических заболеваниях (CMDKP).
Инструмент, который количественно оценивает участие различных генов в заболеваниях, показал, что NPY связан с ожирением у человека, но не с измененными моделями питания.
«Это довольно удивительно, поскольку существуют десятки исследований, показывающих действие NPY на нейроны мозга, способствующее потреблению пищи, — отсюда его обозначение как стимулятора аппетита [орексигенного пептида]», — говорит Домингос.
«Как же тогда изменения в NPY могут быть парадоксальным образом связаны с высоким индексом массы тела [ИМТ] у людей, но не с изменениями в привычках питания? Наше исследование раскрывает возможное объяснение этого, предполагая, что рассеивание энергии может играть более важную роль, чем аппетит, в поддержании веса тела у некоторых людей — хотя и не у большинства из них», — заключает Домингос.
По словам Веллосо, открытие и характеристика этого нового компонента автономной нервной системы, регулирующего обмен веществ на периферии организма, открывает путь к разработке новых лекарственных препаратов для лечения ожирения.
«Ожидается, что молекула — вероятно, лиганд рецептора нейропептида Y — может действовать, усиливая метаболизм, сжигание калорий, что, как мы обнаружили, именно и происходит с NPY в периферической нервной системе», — говорит она.
