Физическите упражнения освобождават полезен за мозъка белтък

Credit: Farhad sh, flickr (CC BY 2.0)
Credit: Farhad sh, flickr (CC BY 2.0)

Всички знаем, че физическите упражнения са важни за силно и здраво тяло. Но по-малко внимание се обръща на факта, че те изглежда са важни и за силен и здрав ум, като подобряват паметта и способността за учене и вероятно отлагат свързаното с възрастта влошаване на когнитивните функции. Защо е така? Учените са събрали множество доказателства, които предполагат, че мускулните клетки секретират в кръвта белтъци и други фактори по време на физически упражнения, а тези вещества имат регенериращ ефект върху мозъка.

Сега, проучване, подкрепено от Националните институти по здравеопазване на САЩ (NIH), е установило нов биохимичен кандидат, който помага за изучаването на връзката между мускулите и мозъка: белтък, който се секретира от мускулните клетки и се нарича катепсин Б. Изследователите са открили, че нивата на този белтък се повишават в кръвта на хора, които редовно правят физически упражнения – в този случай – на бягаща пътечка. При мишки, мозъчните клетки, третирани с този протеин, показали молекулни изменения, свързани с продукцията на нови неврони. Изследователите открили, че подобряването на паметта, което обичайно се свързва с физическите упражнения, е понижено при мишки, които не могат да произвеждат катепсин Б.

След бягане в колело, възрастните мишки формирали нови неврони (в зелено) в така наречената назъбена извивка (dentate gyrus) в мозъка. Credit: Henriette van Praag и Linda Kitabayashi
След бягане в колело, възрастните мишки формирали нови неврони (в зелено) в така наречената назъбена извивка (dentate gyrus) в мозъка. Credit: Henriette van Praag и Linda Kitabayashi

Откритието, публикувано наскоро в Cell Metabolism, е на екип изследователи, ръководени от Hyo Youl Moon и Henriette van Praag от National Institute on Aging към NIH. Екипът искал да открие белтъци, които мускулните клетки секретират по време на упражнения и могат да бъдат транспортирани до мозъка. Те започнали, като третирали мускулни клетки в петрита с химическото вещество AICAR, което имитира ефектите на физическите упражнения върху мускулите и повишава издръжливостта на тичане при неактивни мишки. Третирането с AICAR също подобрява мозъчните функции при мишките по начин, сходен, но не идентичен, с упражненията.

Изследването е генерирало кратък списък с потенциално важни белтъци. Като сравнили този списък с наличните вече данни за секретираните белтъци и измененията в генната експресия след упражнения или третиране с AICAR, един белтък изпъкнал: катепсин Б. Този малък ензим е известен с ролята си в деградацията и обмена на пептиди и протеини в клетките. Но някои клетки го секретират и извънклетъчните му ефекти не са добре известни.

За да научат повече за катепсин Б и физическите упражнения, учените се обърнали към мишките и открили, че нивата на този ензим в кръвта им нарастват, след като мишките редовно тичали в продължение на 2 или повече седмици. Освен това, те установили, че нивата на белтъка се повишават в мускулите, но не и в други тъкани и органи. Взети заедно, тези открития предполагат, че тичането води до продукция конкретно на катепсин Б в мускулите и до секреция на ензима в кръвта.


РЕКЛАМА:

***

Белтъчна структура на катепсин Б.
Белтъчна структура на катепсин Б.

След това, екипът използвал генетично модифицирани мишки, които не могат да синтезират катепсин Б. За разлика от нормалните мишки, когато модифицираните мишки правели упражнения, те повече не произвеждали нови неврони в назъбената извивка – част от мозъка, която е свързана с паметта. Освен това, те не показвали подобрение в пространствената си памет, нито в способността им да се справят по-добре на теста с лабиринта, по начина, по който това обикновено се случва с мишките.

За да може катепсин Б да повлияе на мозъка, той първо трябва да премине през кръвно-мозъчната бариера, която спира белтъците, които са прекалено големи или не са подходящи за навлизане в мозъка. Учените инжектирали катепсин Б в мишките, които не можели сами да си го произвеждат. Те открили, че след 15 минути белтъкът е навлязъл в мозъка. Те установили, че мозъчни клетки, третирани с катепсин Б, показват изменения в генната експресия, които съответстват на растежа на нови неврони.

Crdit: Debs (ò‿ó)♪, flickr (CC BY 2.0)
Crdit: Debs (ò‿ó)♪, flickr (CC BY 2.0)

За да видят дали откритията им се разпростират отвъд клетките и мишките, изследователите сравнили нивата на катепсин Б при хора след четири месеца редовно бягане на пътечка с тези, които не тренирали. Проучването, проведено в Германия, включвало около 40 здрави млади хора. Те били на възраст между 19 и 34 години, мъже и жени.

Учените установили значително повишение на нивата на катепсин Б в кръвта при редовни тренировки. Те открили и взаимовръзка между повишените нива на белтъка и способността на участниците да си спомнят и точно да нарисуват сложна рисунка от линии и геометрични фигури, което често се използва за оценка на визуалната памет.


Европейска нощ на учените 2022 г.: