Спростування парадигми: як мозок використовує жир як паливо

У статті опублікованій у Nature Metabolism, команда Райана довела, що в синапсах нейронів мишей тригліцериди, які містяться в ліпідних краплях, можуть розщеплюватися до жирних кислот і транспортуватися до мітохондрій для синтезу АТФ. Це відкриття ставить під сумнів давню парадигму про виняткову залежність мозку від глюкози як джерела енергії.

Цей процес схожий на те, як м’язи в інших частинах тіла використовують жир для вироблення АТФ. Хоча це дещо прихований процес, оскільки він не відбувається у стані спокою.

Майже 100 років парадигми на кону

Фундаментальне на той час дослідження показало, що м’язи здатні до тканинного дихання, коли джерелом енергії є жирні кислоти. Однак подібна закономірність не була підтвердженою під час дослідження мозкової тканини.

У наступних лабораторних підходах також використовували тканину мозку та більш складні методи — пошук тканини мозку, що використовує жир для виробництва радіоактивного CO2 та дослідження процесів на клітинному рівні.

Ще одним аргументом на користь того, що мозок, ймовірно, не метаболізує жир, була відсутність ліпідних крапель у клітинах мозку, яку ніколи не фіксувала електронна мікроскопія. У поєднанні з дослідженнями метаболізму це питання здавалося вирішеним: інші частини тіла здатні метаболізувати жири, тоді як мозок не демонстрував такої здатності в лабораторних умовах. До того ж ліпідні краплі не спостерігалися на зображеннях високої роздільної здатності.

Питання про те, чи використовує мозок жир, залишалося відкритим у лабораторії Райана, відомою роботою 2014 року, яка продемонструвала, що синапси не зберігають АТФ, а виробляють на вимогу. Тому, синаптична активність — один із найважливіших процесів, що забезпечують роботу мозку. Основне питання, на яке потрібно було відповісти в цьому дослідженні, було таким: яке паливо використовується для виробництва АТФ?

Раян зазначив, що стандартом є глюкоза, але мозок безперервно потребує енергетичного матеріалу, і тому виникло питання: що ще можна використовувати?

Вони розглядали кетони, частково тому, що сувора кетогенна дієта іноді є ефективною як крайній засіб лікування дітей з епілепсією. Зв'язок між кетонами та мозком незрозумілий. Кетони, ймовірно, виробляються в печінці та транспортуються до мозку, а нейрони використовують ці кетони. Правда, до кінця не зрозуміло, як саме це допомагає боротися з епілепсією.

Команда дослідників висунула гіпотезу, що мозок може використовувати ще одне паливо – це жир. М'язи також потребують палива за потребою та використовують глюкозу. Ліпідні краплі мають ідеальні сфери. Але після фізичного навантаження більшість ліпідних крапель зникає, оскільки вони використовувалися як паливо для вироблення АТФ.

Запрошуємо вас 8 вересня відвідати «Українську школу психіатрії», подію, що об’єднує експертів, практиків і нові клінічні горизонти

Що робити, якщо мозок перестане спалювати жир?

Райан та його команда також використали розуміння генетичної схильності до таких захворювань, як хвороба Паркінсона та спастична параплегія, використовуючи існуючі дослідження про те, як мутації впливають на ферменти, що беруть участь у метаболізмі ліпідів. Мутація DDHD2, яка пов'язана зі спадковою спастичною параплегією 54 типу, може призвести до величезного накопичення ліпідних крапель у мозку.

За словами Райана, якщо в мозку немає ферменту, що виробляється DDHD2, він не може розщеплювати ліпідні краплі для утворення жирних кислот, які потім не можуть бути захоплені мітохондріями для утворення АТФ.

Нейробіолог Краватт створив зворотній інгібітор на основі низьких молекул. Після чого, були проведені експерименти, під час яких відбувалося блокування цього ферменту за допомогою препарату, і вже за 10 годин можна було побачити величезне накопичення ліпідних крапель у нейронах.

Висновок

Це дозволило довести, що синапс може працювати абсолютно без глюкози, використовуючи альтернативне джерело енергії - ліпідні краплі. Є певна тенденція, що з віком ми стаємо більш залежними від цього резервного джерела енергії для мозку, що відкриває потенційні сфери майбутніх досліджень, що перетинаються з деменцією та іншими неврологічними захворюваннями.

Тому важливо зазначити, що ліпідний метаболізм як джерело енергії та палива в нейронах зазвичай відіграє цікаву роль у їхній взаємодії.

ДЖЕРЕЛО: Medscape

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.