Крупнейший атлас стареющего мозга показал самые уязвимые для времени области

Исследование, опубликованное в Nature, представляет самую детализированную на сегодняшний день карту изменений клеток мозга с возрастом. Ученые проанализировали более 1,2 миллиона клеток мозга молодых и старых мышей и обнаружили, что с возрастом у многих клеток наблюдаются значительные изменения в активности генов. Сильные изменения оказались сосредоточены в гипоталамусе — области мозга, регулирующей голод, гормоны и энергетический баланс.

В прошлом исследования идентифицировали общие признаки старения, такие как повышенное воспаление или сниженная способность к восстановлению, но оставалось сложно определить, какие именно типы клеток и где наиболее подвержены изменениям.

Для анализа активности генов отдельных клеток ученые использовали технологию одноядерной транскриптомики. Они исследовали мозг мышей возрастом около 2 месяцев и более 18 месяцев (последнее примерно соответствует среднему возрасту людей). В общей сложности проанализировали 16 основных регионов мозга, охватывающих около 35% его объема, и создали базу данных из более чем миллиона транскриптомов клеток мозга — самую большую на сегодняшний день базу данных возрастных изменений в мозге мышей.

Сравнивая активность генов в молодом и старом мозге, исследователи выявили 2449 генов, изменяющихся с возрастом. Многие из этих изменений были специфичны для отдельных типов клеток. Например, ген Ccnd2, связанный с регуляцией клеточного цикла, уменьшался в нескольких типах нейронов и глиальных клеток. Другие гены, такие как Oasl2 и Ifit1, связанные с иммунными реакциями, увеличили активность, особенно в микроглии — иммунных клетках мозга.

«Изменения в этих генах указывают на ухудшение структуры и функции нейронов у многих типов нейронов и глиальных клеток, а также на повышенный иммунный ответ воспаление в иммунных и сосудистых клетках мозга», — рассказал руководитель исследования Хункуй Цзэн, директор Института мозга Аллена (США), изданию PsyPost.

Одним из ключевых выводов стало то, что старение не одинаково влияет на разные клетки мозга. Определенные типы глиальных (вспомогательных) клеток были особенно чувствительны. Это микроглия, пограничные макрофаги (способствуют очищению лимфатической системы мозга, ограничивают распространение инфекций), олигодендроциты (помогают изолировать нервные волокна), эпендимальные клетки (обеспечивающие циркуляцию спинномозговой жидкости) и танилоциты (покрывающие стенки третьего желудочка мозга и взаимодействующие с гормонами и питательными веществами).

Однако, возможно, самым поразительным открытием стало обнаружение специфического «горячего очага» возрастных изменений в гипоталамусе. Этот регион мозга, расположенный у его основания, играет центральную роль в поддержании энергии, регуляции гормонов и поведении, связанном с питанием.

«Основное открытие заключается в том, что типы клеток, сосредоточенные вокруг третьего желудочка в гипоталамусе — главного интерфейса между мозгом и кровью для обмена гормонами и химическими веществами — демонстрируют особенно выраженные изменения и снижение функции нейронов,  повышенное воспаление. Таким образом, наше открытие предполагает, что есть горячая точка нейровоспалений в стареющем мозге на стыке между мозгом и кровью, и раскрывает связь между питанием, метаболизмом, иммунитетом и старением», — отметил Цзэн.

Внутри гипоталамуса особое внимание привлекли танилоциты. Эти клетки не только помогают регулировать гематоэнцефалический барьер, но и, возможно, сохраняют определенную способность генерировать новые нейроны. С возрастом танилоциты демонстрируют снижение активности генов, участвующих в нейрогенезе, и увеличение — связанных с воспалением.

Также в пожилых мозгах был обнаружили кластеры микроглии, проявляющие воспалительную активность генов. Оказалось еще, что специальные типы нейронов экспрессируют известные «нейропептиды питания» AGRP и NPY, рецепторы лептина и GLP-1, которые, как известно, являются важными регуляторами потребления пищи и энергетического баланса.

Понимание того, какие типы клеток мозга наиболее затронуты старением, в будущем, возможно, поможет разработке новых методов лечения заболеваний мозга, связанных с возрастом.