Болезнь Альцгеймера: как световая терапия может защитить мозг
Ранее исследователи показали, что световая терапия потенциально может снизить количество токсичных белков, которые накапливаются в головном мозге при болезни Альцгеймера. Теперь та же команда определила, что происходит на уровне ячейки для достижения этого результата.
В 2016 году ученые из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже обнаружили, что мерцающий свет в глазах мышей может уменьшить токсическое накопление амилоидных и тау-белков, которые возникают в мозге при болезни Альцгеймера.
Световая терапия усиливает форму мозговых волн, называемых гамма-колебаниями, которые, как показывают исследования, нарушены у людей с болезнью Альцгеймера.
Совсем недавно команда Массачусетского технологического института показала, что сочетание светотерапии со звуковой терапией еще больше усилило положительный эффект.
Эти исследования также показали, что световая терапия может улучшить память у мышей, генетически предрасположенных к развитию болезни Альцгеймера, и пространственную память у старых мышей без этого заболевания.
Последнее расследование, которое сейчас публикуется в журнале Нейрон, показал, что усиление гамма-колебаний может улучшить связь между нервными клетками, уменьшить воспаление и предотвратить гибель клеток на мышиных моделях болезни Альцгеймера.
Это также показывает, что далеко идущие эффекты лечения затрагивают не только нервные клетки или нейроны, но также тип иммунных клеток, называемых микроглией.
«Кажется, - говорит старший автор исследования Ли-Хуэй Цай, профессор нейробиологии и директор Института обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте, - что нейродегенерация в значительной степени предотвращена».
Болезнь Альцгеймера и токсичные белки
Болезнь Альцгеймера - это состояние, при котором постепенно разрушаются ткани мозга и связанные с ними функции из-за необратимой потери клеток.
В отчете Alzheimer’s Disease International за 2018 год показано, что 50 миллионов человек во всем мире страдают деменцией, и что у двух третей из них болезнь Альцгеймера является причиной.
Хотя некоторые методы лечения могут на некоторое время замедлить симптомы болезни Альцгеймера, ни одно из них пока не может вылечить это состояние.
У людей с болезнью Альцгеймера мозг начинает изменяться задолго до того, как у них появляются симптомы деменции. К таким симптомам относятся трудности с мышлением и запоминанием.
В частности, два изменения - это развитие токсичных отложений или бляшек бета-амилоидного белка между нервными клетками и образование токсичных клубков тау-белка внутри клеток.
Профессор Цай и ее коллеги объясняют, что у людей с болезнью Альцгеймера также наблюдается другое изменение в мозге: «пониженная мощность колебаний в гамма-диапазоне частот».
Ученые предположили, что гамма-колебания - это тип мозговых волн, важных для таких функций, как память и внимание.
В своей более ранней работе исследователи показали, что воздействие мерцания света со скоростью 40 циклов в секунду или герц стимулировало гамма-колебания в зрительной коре головного мозга мышей.
Добавление звуковых тонов, пульсирующих с той же частотой, усиливало эффект уменьшения образования бляшек световой терапией и распространило его за пределы зрительной коры в гиппокамп и некоторые части префронтальной коры.
Гамма-колебания от обоих методов лечения также привели к улучшению функции памяти на мышах, моделирующих болезнь Альцгеймера.
Замечательный уровень нейрозащиты
В новом исследовании исследователи хотели узнать больше об основных механизмах, которые привели к этим преимуществам.
Для этого они использовали две модели мышей от болезни Альцгеймера: Tau P301S и CK-p25. Профессор Цай говорит, что оба типа мышей испытывают гораздо большую потерю нервных клеток, чем модель, которую они использовали в более ранних исследованиях световой терапии.
Мыши Tau P301S продуцируют мутантный белок тау, который образует клубки внутри клеток, такие как те, которые возникают внутри клеток мозга людей с болезнью Альцгеймера. Мыши CK-p25 продуцируют белок p25, который вызывает «тяжелую нейродегенерацию».
Команда увидела, что ежедневная световая терапия, начатая до ожидаемого начала нейродегенерации, произвела замечательный эффект на оба типа мышей.
Мыши Tau P301S, которые получали лечение в течение 3 недель, не демонстрировали признаков дегенерации нейронов по сравнению с 15-20% потерей нейронов у необработанных мышей.
Результат был таким же у мышей CK-p25, которые прошли 6 недель лечения.
Профессор Цай утверждает, что она «работает с белком p25 более 20 лет», и этот белок очень токсичен для мозга. Однако она никогда раньше не видела ничего подобного. «Это очень шокирует», - добавляет она.
«Мы обнаружили, что уровни экспрессии трансгена p25 точно такие же у обработанных и необработанных мышей, но у обработанных мышей нет нейродегенерации», - объясняет она.
Когда исследователи проверили пространственную память мышей, они также обнаружили удивительные результаты: световая терапия улучшила производительность у мышей старшего возраста, которые не были генетически запрограммированы на развитие болезни Альцгеймера, но не оказала никакого эффекта на более молодых похожих мышей.
Заметные различия в активности генов
Исследователи также изучили изменения генов у обработанных и необработанных мышей. Они обнаружили, что нервные клетки нелеченных мышей обладают пониженной активностью в генах, которые восстанавливают ДНК, и в генах, которые помогают управлять связями между нервными клетками. С другой стороны, обработанные мыши показали большую активность этих генов.
Кроме того, они увидели, что у обработанных мышей было больше связей между нервными клетками, и что они работали более согласованно.
Ученые также исследовали активность генов в микроглии или иммунных клетках, которые помогают избавляться от клеточных отходов и другого мусора в головном мозге.
Эти исследования показали, что гены, способствующие воспалению, были более активны у мышей, которые не получали светотерапию. Однако у обработанных мышей обнаружено заметное отсутствие активности этих генов. Они также показали повышенную активность генов, влияющих на способность микроглии перемещаться.
Авторы исследования объясняют, что эти результаты свидетельствуют о том, что световая терапия усилила способность микроглии бороться с воспалением. Возможно, это помогло им лучше убирать отходы, в том числе дефектные белки, которые могут накапливаться, образуя токсичные бляшки и клубки.
Профессор Цай напоминает нам, что на один важный вопрос до сих пор нет ответа: как гамма-колебания вызывают эти различные формы защиты?
Возможно, колебания вызывают что-то внутри нервных клеток. Профессор Цай говорит, что ей нравится думать, что нервные клетки являются «главными регуляторами».
«Многие люди спрашивают меня, является ли микроглия наиболее важным типом клеток в этом благотворном эффекте, но, честно говоря, мы действительно не знаем».
Проф. Ли-Хуэй Цай
