Найден молекулярный переключатель режима очистки мозга во сне

Сон «работает ночной уборщицей» мозга, выводя накопившиеся за день вредные кислородные свободные радикалы, установили китайские ученые. Своими выводами они поделились в журнале Cell Metabolism.

Новаторское исследование подтвердило гипотезу 30-летней давности: в роли молекулярного регулятора этих жизненно важных процессов выступает перекись водорода H₂O₂ — реактивный побочный продукт метаболизма: когда ее уровень повышается в нейронах, регулирующих сон, мозг переключается в «режим починки», инициируя восстановительный отдых.

Избыточное накопление этих свободных радикалов ухудшает качество сна и провоцирует воспаление, что раскрывает патогенез возрастной бессонницы и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Исследование не только раскрывает давнюю загадку биологической необходимости сна, но и открывает пути для терапий, направленных на окислительный стресс, чтобы бороться с его нарушениями.

Многие молекулярные изменения в мозге во время сна хорошо известны, а теперь впервые полностью описана конкретная функциональная роль роль H₂O₂, подчеркнула руководившая исследованием Лю Даньцянь из Шанхайского центра передовых исследований мозга и интеллекта при Китайской академии наук.

Регуляция сна относится к инстинктивному поведению, известному в нейронауках как «гомеостатическая регуляция» — способность организма поддерживать стабильную внутреннюю среду.

По словам Лю, ученые давно пытались понять, какие химические изменения в мозге запускают эту регуляцию сна: «Какие изменения происходят в мозге при длительном бодрствовании? Как мозг их распознает, заставляя тело спать для возврата к гомеостазу? Именно на эти вопросы отвечает наше исследование».

В 1994 году патолог Э. Раймунд с медицинского факультета школы Техасского технологического университета выдвинул теорию свободнорадикального потока, предположив, что накапливающиеся при бодрствовании свободные радикалы могут служить сигналом для сна, который, в свою очередь, устраняет их избыток.

Теорию быстро подтвердили исследованиями на дрозофилах, но проверить ее на млекопитающих из-за несовершенства методик не удавалось, и гипотеза считалась непроработанной.

Шанхайская команда вернулась к этой идее, создав сложную систему мониторинга и управления в глубоких отделах мозга мышей. После пяти лет работы они подтвердили гипотезу Раймунда.

В нейронах сна ученые обнаружили, что колебания уровня H₂O₂ (используемой в экспериментах как источник кислородных радикалов) вызывают «сонный» стресс-ответ:

• повышение H₂O₂ в этих нейронах инициирует сон,
• снижение его уровня уменьшает потребность в сне.

Однако при чрезмерной концентрации эта молекула приводит к фрагментации сна и воспалительной реакции, что указывает на необходимость поддержания ее в здоровом диапазоне.

Свободные радикалы (преимущественно кислородные) — высокоактивные нестабильные молекулы, образующиеся из-за метаболизма, загрязнения среды или курения. Их накопление повреждает клеточную ДНК, связывается с рядом заболеваний и старением.

Теперь, когда доказана их роль в регуляции сна, ученые предлагают антиоксидантную терапию как возможный метод борьбы с возрастными и нейродегенеративными нарушениями сна. 

«Избыток свободных радикалов нарушает сон — вероятно, этим объясняется распространенность его расстройств у пожилых», — отметила Лю.

По данным 2011 года от исследователей Гарвардской медицинской школы, до 50% пожилых людей сталкиваются с трудностями засыпания или поддержания сна, что повышает риски серьезных заболеваний и смертности.