Найден молекулярный механизм, связанный со старением мозга и ухудшением памяти

Возрастное ухудшение памяти, внимания и других когнитивных функций долгое время связывали с множеством процессов, происходящих в стареющем мозге. Теперь исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв (США) обнаружили молекулярный механизм, который может играть в этом процессе ключевую роль.

В центре исследования оказался гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — защитная система, которая отделяет мозг от кровотока. Она образована специализированными клетками, выстилающими стенки кровеносных сосудов. Благодаря их плотному соединению потенциально опасные вещества и патогены не проникают в ткани мозга. Одновременно барьер участвует в удалении продуктов обмена и помогает направлять кровоток в наиболее активные участки мозга.

Ученые давно замечали, что с возрастом работа гематоэнцефалического барьера ухудшается. Однако до сих пор оставалось неясно, является ли такое нарушение одной из причин возрастного снижения когнитивных функций и какие молекулярные механизмы стоят за этим процессом. Исследование позволило выделить одного из главных кандидатов. Речь идет о белке KLF4, который вырабатывается эндотелиальными клетками гематоэнцефалического барьера.

«В центре нашего открытия находился белок KLF4, который вырабатывается эндотелиальными клетками, выстилающими гематоэнцефалический барьер. С возрастом эндотелиальные клетки теряют способность производить KLF4. Мы обнаружили, что ускорение потери KLF4 в эндотелиальных клетках также ускоряло возрастную деградацию ГЭБ и ухудшение когнитивных функций», — сказал доктор Эндрю А. Пайпер, ведущий автор исследования.

Для наблюдения за изменениями в мозге ученые использовали двухфотонную микроскопию, которая позволила отслеживать состояние кровеносных сосудов и активность мозга у живых мышей на разных этапах жизни. Наблюдения показали, что снижение уровня KLF4 сопровождалось нарушением целостности гематоэнцефалического барьера, из-за чего вещества из кровотока легче проникали в ткани мозга. У животных также уменьшалось количество мелких кровеносных сосудов и нарушалась способность направлять кровоснабжение в участки мозга с наиболее высокой нейронной активностью.

Последствия оказались заметными даже у мышей среднего возраста. У животных развивались окислительные повреждения тканей мозга, усиливались воспалительные процессы, появлялись повреждения нервных клеток, тревожность и ухудшение когнитивных способностей. Обычно подобные изменения наблюдаются у гораздо более старых особей.

Чтобы лучше понять роль белка, исследователи провели дополнительный анализ отдельных клеток с использованием секвенирования РНК. Результаты показали, что потеря KLF4 нарушает работу генетических программ, связанных с иммунным ответом и поддержанием целостности гематоэнцефалического барьера. По мнению авторов работы, обнаружение такого механизма открывает новые возможности для создания препаратов, способных защищать мозг от возрастных изменений.

Следующий этап исследований будет посвящен двум вопросам. Ученые намерены выяснить, почему уровень KLF4 снижается с возрастом и можно ли безопасно усиливать его активность. Ответы на эти вопросы могут стать основой для разработки новых нейропротективных методов лечения, направленных на сохранение когнитивных функций по мере старения.

Ранее было установлено, что высшее образование связано с сохранением когнитивных функций даже в 90 лет.