Ученые обнаружили удивительное сходство между старением мозга мышей и человека

Если спросить исследователя антивозрастной медицины, в чем самая большая критика его области, стандартный ответ будет: "Большинство исследований проводится на мышах, а мыши — это не люди". Рапамицин смог продлить жизнь мышей на несколько процентов до десятков процентов в различных экспериментах. Дазатиниб + кверцетин очистили зомби-клетки у мышей и вернули им подвижность. Но каждый такой успех всегда сопровождается вопросом в последнем абзаце: "Будет ли это работать на людях?"

Новое исследование, опубликованное в PNAS (журнале Национальной академии наук США), предлагает новый взгляд на этот вопрос, и на этот раз не на уровне клетки, а на уровне всей мозговой сети. Исследователи под руководством профессора Гагана Вига из Техасского университета в Далласе измерили, как распадается организация функциональных сетей мозга с возрастом, и сравнили паттерн между мышами и людьми. Что они обнаружили: паттерн снижения является общим и сохраняется между двумя видами.

Технология: функциональная МРТ (фМРТ) у бодрствующей мыши

Мозг — это не набор изолированных областей. Он организован в модули, группы областей, которые работают вместе и специализируются на задачах, например, зрительная сеть, двигательная сеть или сеть, активная в состоянии покоя. Ключевой показатель здоровья этой организации называется разделение систем (system segregation): насколько каждый модуль "общается" в основном сам с собой и меньше смешивается с другими модулями. Высокое разделение — признак организованного и молодого мозга; когда границы размываются и модули смешиваются, это признак старения.

Чтобы измерить это, нужно увидеть мозг в действии, и именно это делает функциональная МРТ в состоянии покоя (rs-fMRI): она отслеживает колебания мозгового кровотока и показывает, какие области синхронизированы друг с другом. Техническая новинка здесь в том, что мышей сканировали в бодрствующем состоянии, а не под наркозом, что позволяет более справедливо сравнивать с людьми, которых сканируют бодрствующими. Важно подчеркнуть: в этом исследовании клетки не выделялись и не секвенировались, и экспрессия генов не измерялась. Весь анализ проводится на уровне функциональных сетей.

Схема: 82 мыши на протяжении жизни против данных человека

Команда провела фМРТ-сканирование 82 мышей в несколько временных точек на протяжении их жизни, от возраста около 3 месяцев до примерно 20 месяцев, диапазон, примерно соответствующий возрасту от 18 до 70 лет у людей. Полученный паттерн сетей у мышей они сравнили с известными данными фМРТ человека. Сравнение позволило проверить один прямой вопрос: происходит ли тот же процесс распада организации сетей, который известен у нас с возрастом, также и в мозге мыши?

Основной вывод: сохраненное снижение разделения систем

Ответ был положительным. Разделение систем существует в мозге мыши и снижается с возрастом, точно так же, как у людей. Другими словами, у старой мыши мозговые модули также теряют свою дифференциацию и начинают смешиваться — тот же паттерн, который характеризует стареющий человеческий мозг. Как выразился Эзра Винтер-Нельсон, докторант, руководивший исследованием в лаборатории Вига: "То, как модули мозга взаимодействуют друг с другом как единое целое, является показателем здоровья мозга, который, по-видимому, действует одинаково как у людей, так и у мышей".

Это именно то доказательство, которое искала область старения: не отдельный молекулярный путь, а общеорганизационный принцип всего мозга, сохраняющийся между видами. Если базовая структура паттерна распада идентична, мозг мыши становится более легитимной моделью для изучения старения человеческого мозга.

Что же отличается? Люди стареют быстрее относительно продолжительности жизни

Сходство не отменяет различий, и именно интересное различие удивительно. При взвешивании скорости снижения относительно продолжительности жизни каждого вида люди демонстрируют более быстрое снижение разделения систем, чем мыши. Как сказал профессор Виг: "При взвешивании относительно их продолжительности жизни люди демонстрируют более быстрое возрастное снижение этой организации". Из этого вытекает гипотеза: возможно, люди более уязвимы к мозговому и когнитивному снижению по сравнению с мышами, а не менее.

Почему это важно для исследований антивозрастной медицины?

Последствия находки касаются корня критики этой области:

Укрепление перехода от лаборатории к клинике

Одним из повторяющихся возражений в каждом эксперименте на мышах является то, что их мозг, возможно, просто стареет иначе. Эта находка уменьшает это возражение на одном важном уровне: если принцип организации мозговых сетей и то, как он распадается, сохраняются между видами, более вероятно, что выводы о здоровье мозга, полученные на мышах, актуальны и для нас. Это не гарантия, что любое лечение сработает, но это попутный ветер для использования мыши в качестве модели для исследования стареющего мозга.

Единый показатель здоровья мозга

Разделение систем становится измерительным инструментом, который можно применять к обоим видам на одном языке. Таким образом, в принципе, можно проверить вмешательство на мыши с помощью сетевого показателя и напрямую перевести его в соответствующий показатель у людей, вместо того чтобы полагаться только на поведенческие показания.

Важно подчеркнуть, что исследование не изучало

Для точности: это исследование сетевой визуализации, а не клеточное или молекулярное. Оно не измеряло воспаление микроглии, потерю миелина, экспрессию синаптических генов или метаболизм астроцитов. Это реальные процессы в старении мозга, но они просто не измерялись здесь, и их нельзя приписывать этому исследованию.

Также такие темы, как нейрогенез (образование новых нейронов) или исчезновение нервных стволовых клеток у людей, являются известным общим контекстом различий между видами, но не являются находкой данного исследования. Результат этого исследования сфокусирован и ясен: общий паттерн снижения организации функциональных сетей с возрастом.

Резюме

В течение многих лет скептики говорили: "Как можно изучать старение человеческого мозга на мыши?". Команда из Техасского университета в Далласе дала ответ на уровне мозговой сети: как в мозге мыши, так и в мозге человека организация функциональных сетей распадается с возрастом по одному и тому же базовому паттерну, хотя у нас это происходит быстрее относительно продолжительности жизни. Это не означает, что все, что работает на мышах, будет работать на людях, но это утверждает мышь как более качественную модель для изучения старения мозга и предлагает единый показатель здоровья мозга, с которым можно работать на обоих видах.

Ссылки:
PNAS: Correspondence of large-scale functional brain network decline across aging mice and humans
UT Dallas News: Shared brain network aging patterns identified in humans, mice