Jak ograniczenie kalorii wpływa na starzenie się mózgu?

Najnowsze badanie skupia się na ograniczeniu kalorii jako interwencji dietetycznej, która może wspierać zdrowie mózgu w starzejącym się organizmie. Naukowcy wskazują, iż dzięki tej strategii możliwe jest spowolnienie procesów starzenia mózgu oraz dłuższe zachowanie jego funkcji poznawczych i integralności istoty białej.

Starzenie się mózgu i rola komórek glejowych

Starzenie się mózgu prowadzi do utraty istoty białej, szczególnie w płacie czołowym. Proces ten wiąże się z uszkodzeniem mieliny oraz nasileniem neurozapalenia. Uszkodzenie mieliny objawia się deformacją i pękaniem osłonek mielinowych, co zakłóca przesyłanie sygnałów nerwowych i jest powiązane z pogorszeniem funkcji poznawczych. Z kolei neurozapaleniu towarzyszy zwiększona aktywacja mikrogleju oraz przenikanie komórek T z obwodu do mózgu.

Makaki rezus są doskonałym modelem do badań nad starzeniem się mózgu, ponieważ ich struktura mózgowa jest bardzo podobna do ludzkiej. W utrzymaniu zdrowia mózgu kluczową rolę odgrywają komórki glejowe. Oligodendrocyty odpowiadają za wytwarzanie mieliny, ale ze względu na wysokie zapotrzebowanie energetyczne związane z jej syntezą są szczególnie wrażliwe na stres metaboliczny i uszkodzenia oksydacyjne. Ich dysfunkcja prowadzi do degradacji mieliny. Mikroglej pełni funkcję komórek odpornościowych. Usuwa uszkodzoną mielinę oraz obumarłe oligodendrocyty poprzez fagocytozę. W miarę starzenia się organizmu mikroglej staje się jednak mniej efektywny, co sprzyja rozwojowi stanu zapalnego w mózgu.

W jaki sposób przeprowadzono badanie?

Badacze wybrali 24 makaki rezus, samce i samice, w bardzo zaawansowanym wieku (od 22 do 37 lat, co odpowiada mniej więcej 66–108 latom u ludzi). Zwierzęta od wielu lat uczestniczyły w długoterminowym programie badawczym. Podzielono je na dwie grupy. Grupa badawcza otrzymywała dziennie około 30 % mniej kalorii, natomiast grupa kontrolna spożywała normalną, zbilansowaną dietę. Obie grupy karmiono specjalnie opracowaną mieszanką z 40 % nadwyżką witamin i minerałów. W ten sposób badacze chcieli wyrównać ewentualne różnice wynikające z ograniczenia kalorii.

Aby precyzyjnie kontrolować ilość spożywanego pokarmu, zwierzęta trzymano osobno, zapewniając im jednocześnie kontakt wzrokowy, słuchowy i węchowy, by ograniczyć stres. Następnie pobrano próbki tkanek mózgowych i przeanalizowano profil genetyczny każdej pojedynczej komórki. Zastosowano zaawansowaną technikę sekwencjonowania RNA z jąder komórkowych, snRNA-seq, która pozwala szczegółowo badać aktywność genów. Dzięki temu możliwe było dokładne porównanie, jak różne typy komórek glejowych reagują na odmienny sposób żywienia i jakie mechanizmy ochronne mogą się za tym kryć.

Ograniczenie kalorii a zdrowie mózgu

Badanie wykazało, iż długotrwałe ograniczenie kalorii nie wpływa na liczebność podstawowych populacji komórek glejowych w mózgu, takich jak oligodendrocyty czy mikroglej. Istotne zmiany zachodzą jednak na poziomie ich aktywności genetycznej.

W oligodendrocytach ograniczenie kalorii utrzymuje stabilny profil komórkowy oraz sprzyja korzystnym zmianom metabolicznym. W mózgach zwierząt z grupy badawczej zaobserwowano wzmocnienie szlaków, m.in. glikolizy i biosyntezy kwasów tłuszczowych. Sugeruje to zwiększoną dostępność energii potrzebnej do podtrzymania i naprawy osłonki mielinowej. Komórki te wykazywały także wyższą ekspresję NLGN1. Jest to gen kodujący białko adhezyjne, które wzmacnia kontakt między oligodendrocytami a aksonami, ułatwiając efektywną mielinizację.

W grupie kontrolnej (bez ograniczenia kalorii) oligodendrocyty wykazywały zwiększoną aktywność genów związanych ze stresem komórkowym i odpowiedzią immunologiczną. Może to wskazywać, iż komórki te intensywniej reagowały na uszkodzenia i uczestniczyły w naprawie mieliny.

Ograniczenie kalorii korzystnie wpływało na mikroglej. Komórki te wykazywały bardziej aktywny i stabilny metabolizm oraz mniejszą liczbę komórek zajmujących się usuwaniem uszkodzonej mieliny. Sugeruje to, iż w mózgach zwierząt z grupy badawczej było mniej uszkodzeń. Ponadto profil ekspresji genów mikrogleju był bardziej przeciwzapalny, podczas gdy mikroglej zwierząt kontrolnych wykazywał klasyczne, bardziej prozapalne cechy.

Nie odnotowano istotnych różnic w ogólnej gęstości naciekających do mózgu limfocytów T między badanymi grupami. Ograniczenie kalorii spowalniało jednak tempo ich akumulacji wraz z wiekiem.

W jaki sposób ograniczenie kalorii chroni mózg?

Długotrwałe ograniczenie kalorii stanowi istotną interwencję dietetyczną, która wpływa na funkcjonowanie komórek glejowych w starzejącym się mózgu naczelnych. Dzięki ograniczeniu kalorii oligodendrocyty zachowują najważniejsze funkcje metaboliczne, co wspiera utrzymanie osłonek mielinowych i prawidłowe przewodzenie sygnałów nerwowych. Jednocześnie mikroglej przyjmujący bardziej przeciwzapalny profil ogranicza neurozapalenie, co zmniejsza degradację istoty białej. Wyniki te wskazują na potencjał ograniczenia kalorii w przedłużaniu okresu zdrowia mózgu i ochronie funkcji poznawczych w procesie starzenia.

Pomimo pewnych ograniczeń badania, wyniki te dostarczają ważnych wskazówek dotyczących mechanizmów, dzięki którym interwencje dietetyczne mogą wspierać funkcjonowanie mózgu i spowalniać jego starzenie.

Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Aging Cell.