За морскую болезнь и развитие ожирения отвечает один и тот же нейронный контур

Кинетоз, также известный как морская болезнь — распространенное состояние, с которым сталкивается около трети населения. Оно возникает при несоответствии между визуальными и вестибулярными сигналами, поступающими в мозг, — например, при качке в транспорте. Несмотря на распространенность, нейронные пути, отвечающие за проявление симптомов морской болезни, до сих пор оставались малоизученными.​ Исследование этих путей, результаты которого опубликованы в Nature Metabolism, выявило неожиданную связь между вестибулярной системой, отвечающей за чувство равновесия, и регуляцией метаболизма.

Исследование проводилось на мышах. Как и прочие грызуны, они лишены рвотного рефлекса, поэтому в качестве основного симптома укачивания авторы выбрали не рвоту, а снижение температуры тела (гипотермию) — при морской болезни оно наблюдается как у мышей, так и у людей. Животных помещали на платформу, совершающую горизонтальные колебания, и измеряли их температуру тела, расход энергии, оценивали физическую активность и отслеживали приемы пищи. Уже через 30 минут температура тела мышей падала на 3-4°C. При этом снижалась активность бурой жировой ткани, отвечающей за термогенез, и наблюдалось характерное поведение — животные искали более прохладные участки клетки.

Чтобы отследить нейроны, ответственные за такую реакцию, ученые экспрессировали в клетках мозга мышей Cre-индуцибельную метку. Выяснилось, что в ответ на движение активировались глутаматергические нейроны в медиальных вестибулярных ядрах (MVePC) головного мозга. Эти нейроны посылают сигналы в латеральные парабрахиальные ядра (LPBN) — центры, интегрирующие информацию от вестибулярной системы, вкусовых рецепторов и внутренних органов.

Активация MVePC-LPBN пути вызывала парадоксальную, на первый взгляд, реакцию — температура тела снижалась, но животные все равно искали более прохладные участки клетки. Это объясняется сбоем в системе терморегуляции в ответ на вестибулярный стресс: нейроны LPBN, получая «ошибочные» сигналы от вестибулярной системы, интерпретируют нормальную температуру как перегрев, заставляя мышей избегать теплых участков.

Для управления активностью нейронов ученые использовали два современных метода — хемо- и оптогенетику. В хемогенетическом подходе ученые экспрессировали в нейронах мышей рецепторы, активируемые исключительно синтетическим лигандом (DREADD), — активирующие hM3Dq и ингибирующие hM4Di. Их доставляли в составе аденоассоциированных вирусных векторов. Рецепторы реагировали на клозапин-N-оксид (CNO). В оптогенетическом подходе в нейронах экспрессировали каналородопсин 2 (ChR2) — он активировался синим светом, — или калиевый канал Kir2.1, который постоянно подавлял активность нейронов.

Активация пути MvePC-LPBN вызывала у мышей снижение температуры тела на 3-4°C, аналогичное тому, что происходило при укачивании. Этот эффект устранялся скополамином — антихолинергическим препаратом, подавляющим тошноту при морской болезни. Когда же ученые ингибировали нейроны MVePC, температура тела животных, напротив, повышалась на 0.5–1°C. Также у них увеличивалась физическая активность и потребление пищи. Несмотря на последнее, они были менее склонны к набору веса, а также демонстрировали более высокую толерантность к глюкозе и повышенную чувствительность к инсулину. Термогенез в их бурой жировой ткани был повышен — все это говорит об ускоренном энергетическом обмене.