Как жировая ткань общается с мозгом

Чтобы поддерживать энергетический гомеостаз организма, жировая ткань взаимодействует с нервной системой. Для этого жир синтезирует гормоны и сигнальные молекулы, связанные с голодом и метаболизмом. При таких патологиях, как диабет, жировая болезнь печени, атеросклероз, ожирение, механизмы накопления энергии и сигнализации могут нарушаться.

Ранее считалось, что жировая ткань передает в мозг информацию о метаболизме только через гормоны и сигнальные молекулы. Мозг же в ответ на эти сигналы регулирует метаболизм липидов через симпатические эфферентные нейроны, в частности, активирует сжигание жира во время стресса или физических нагрузок. Однако недавно ученые обнаружили сенсорные нейроны в ганглиях задних корешков спинного мозга, которые, судя по всему, передают какие-то сигналы в мозг из подкожного жира.

«Открытие этих нейронов позволило предположить, что мозг активно исследует жир, а не просто пассивно получает сообщения о нем», — говорит соруководитель исследования Ли Е, доцент неврологии в Исследовательском институте Скриппс. «Это еще один пример важности сенсорных нейронов для здоровья и болезни человеческого тела», — добавляет другой соруководитель, нобелевский лауреат 2021 года Ардем Патапутян из Медицинского института Говарда Хьюза, открывший механорецепторы PIEZO. (Нобелевская лекция Патапутяна на PCR.NEWS.)

Авторы работы визуализировали и изучили эти сенсорные нейроны в жировой ткани мышей с помощью двух новых методов. Первый — метод флуоресцентной визуализации больших тканей под названием HYBRiD. Он сделал ткани мыши прозрачными и позволил команде отследить пути нейронов, иннервирующих участки жира. Так, в ганглии задних корешков вводили рекомбинантные аденоассоциированные вирусы (AAV), экспрессирующие флуоресцентный белок, и таким образом визуализировали волокна из этих ганглиев.

Оказалось, что почти половина нейронов в жировой ткани связана не с симпатической нервной системой, а с ганглиями задних корешков спинного мозга, в которые поступает сенсорная информация.

Чтобы лучше изучить роль этих нейронов в жировой ткани, группа использовала второй новый метод — ROOT (retrograde vector optimized for organ tracing), вектор, созданный на основе эволюции AAV9 в организме мыши. ROOT позволяет выборочно, с весьма низкой нецелевой экспрессией уничтожать небольшие подмножества сенсорных нейронов в жировой ткани, а затем наблюдать, что происходит.

Эксперименты показали, что, когда мозг не получает сенсорные сигналы от жировой ткани, в жировых клетках активизируются липогенные и термогенные программы, запускаемые симпатической нервной системой и связанные с преобразованием белого жира в бурый. Иначе говоря, слой жира увеличивается, увеличивается и количество бурого жира. У животных с заблокированными сенсорными нейронами и высоким уровнем симпатической сигнализации повышена температура тела.

Ученые сделали вывод, что сенсорные и симпатические нейроны, иннервирующие жировую ткань, выполняют противоположные функции. Симпатические нейроны запускают сжигание белого жира и синтез бурого, а сенсорные действуют на симпатическую систему как тормоз.

Авторы отмечают, что нейроны задних корешков иннервируют не только жир, но и многие внутренние органы, и могут играть важную роль в их чувствительности — пока это изучено мало. Еще не вполне понятно, какие сообщения сенсорные нейроны передают в мозг от жировой ткани, но исследователи уверены, что эти сообщения важны.

Остаются и другие нерешенные вопросы. Так, сенсорные нейроны задних корешков очень гетерогенны на молекулярном уровне. Пока неизвестно, какие именно подтипы иннервируют жировую ткань и выполняют ли разные подтипы различные функции.