Упражнения «омолаживают» микроглию в гиппокампе мыши

В ходе старения у человека не только ухудшается здоровье, но и снижаются когнитивные способности. Эффективных способов замедлить эти процессы не так много. Исследования показали пользу упражнений для множества систем, включая мозг. Так, упражнения обращают вспять потерю серого вещества в гиппокампе (отвечает за обучение и память), повышают экспрессию нейротропина, увеличивают синаптическую пластичность и модулируют экспрессию различных иммунных факторов в стареющем мозге. В том числе упражнения влияют на фенотип микроглии, повышая экспрессию BDNF и CX3CL1 и снижая экспрессию иммунных факторов MHCII, IL-1β и TNFα.

В исследованиях на грызунах было показано, что упражнения замедляют снижение когнитивных функций. Однако механизм этого явления не до конца понятен. Предположительно, здесь задействован нейрогенез, но влияние упражнений на другие типы клеток не было изучено. В новой работе австралийские исследователи секвенировали РНК единичных клеток гиппокампа мышей, чтобы больше узнать об эффекте упражнений на мозг.

Авторы исследовали мозг как молодых (три месяца), так и пожилых (18 месяцев) животных. Контрольных животных содержали в стандартных клетках, у «упражняющейся» группы был постоянный доступ к беговому колесу в течение 21 дня, после этого их на 14 дней перемещали в стандартные клетки, прежде чем анализировали мозг. Этот протокол уже опробовали в ранних исследованиях. Четырнадцатидневный период «отдыха» позволяет пролифелирующим нейрональным клеткам-прекурсорам дифференцироваться в нейроны гиппокампа. Контроль качества прошли 9336 клеток.

Всего были выявлены девять кластеров клеток. По сравнению с молодыми мышами, у стареющих мышей увеличилась доля T-клеток (примерно в 45 раз в группах без доступа к беговому колесу и в 6–7 раз в группе упражняющихся мышей). То есть накопление T-клеток в мозге можно замедлить или обратить вспять упражнениями. Они также влияли на содержание T-клеток в печени.

Исследователи проанализировали дифференциальную экспрессию генов, чтобы идентифицировать маркеры старения во всех типах клеток мозга. Затем они посмотрели, как на них влияли упражнения. Бег в колесе сильнее всего влиял на маркеры старения в микроглии (по сравнению с астроцитами, эндотелиальными клетками и олигодендроцитами).

В микроглии идентифицировали 310 маркеров старения. Упражнения влияли на экспрессию 90% из них, возвращая их к более «молодому» состоянию. В 271 случае из 310 экспрессия маркеров с возрастом повышалась, а упражнения этому препятствовали. Изменения в экспрессии генов не зависели от различий в числах клеток.

У стареющих мышей была ниже доля микроглии, поддерживающей гомеостаз, и выше доля воспалительной и связанной с болезнями микроглии. Упражнения подавляли эти изменения. Сильнее всего старение затрагивало микроглию, связанную с заболеваниями, и меньше — воспалительную.

Интересно, что пограничные макрофаги реагировали по-другому. Их число также увеличивалось со временем и уменьшалось с упражнениями, но упражнения не влияли на маркеры старения (на уровне транскриптома).

Далее авторы определили изначальный уровень когнитивных способностей мышей в тесте на активное избегание (active place avoidance). Старые мыши делали значительно больше ошибок, чем молодые (заходили в зону шока). Мыши, имеющие доступ к беговому колесу, лучше выполняли задание, как и было показано ранее. Причем отсутствие микроглии не влияло на это улучшение.

В ранних и новом исследованиях было показано, что упражнения стимулируют появление незрелых нейронов и (или) промежуточных клеток-предшественников нейронов. Присутствие микроглии было необходимо для нейрогенеза в стареющем мозге, но не влияло на экспрессию синаптофизина.

Для запоминания мышам необходимы воспаление и разрывы ДНК в нейронах