Значение астроцитов в головном мозге становится все более очевидным, особенно в контексте их роли в сложных поведенческих и метаболических процессах. Одной из важных областей, привлекающих внимание ученых, является стриатум — ключевой компонент базальных ганглиев, ответственный за моторику, мотивацию и принятие решений. В частности, стриатальные астроциты, клетки глии, долгое время воспринимавшиеся лишь как вспомогательные, сегодня признаются ключевыми игроками, способными влиять не только на функционирование нейронов, но и на целый организм в целом. В недавних исследованиях продемонстрировано, что стриатальные астроциты модулируют поведенческую гибкость и метаболизм всего тела, раскрывая новые горизонты понимания механизмов адаптации в условиях изменяющейся среды и диеты. Образ жизни и питание оказывают глубокое влияние на наши мозговые системы.
Высококалорийные диеты с избытком жиров и сахаров становятся причиной не только ожирения, но и когнитивных нарушений, таких как снижение гибкости мышления и ухудшение способности адаптироваться к изменениям. На молекулярном и клеточном уровнях эти эффекты часто сопровождаются изменениями в активности нейронов и глиальных клеток в стриатуме. Астроциты, составляющие наиболее многочисленный тип глии, участвуют в регулировании синаптической активности, обмена веществ в мозге и поддержании гомеостаза ионного баланса. При воздействии высокожирной и высокосахарной диеты их функция нарушается, что приводит к реактивности — состоянию, сопровождающемуся воспалением и изменениями морфологии. Структурные и функциональные особенности астроцитов в разных частях стриатума существенным образом различаются.
Вентральный стриатум, включающий в себя ядро накопления (Nucleus Accumbens), и дорсальная часть, отвечающая за формирование навыков и поведенческую гибкость, взаимодействуют с астроцитами по-разному. Например, в ядре накопления наблюдается повышение интенсивности внутриклеточных кальциевых сигналов астроцитов после диет с избытком калорий, что влияет на подвижность нейронов и их способность регулировать метаболизм. В то же время в дорсальном стриатуме изменения касаются в большей степени синхронизации кальциевых сигналов между астроцитами, что отражается на когнитивных функциях. Эксперименты с использованием генетически модифицированных мышей и методов химогенетики показали, что активация астроцитов в дорсальном стриатуме может значительно улучшать когнитивную гибкость. Это проявляется, в частности, в восстановлении способности животных перестраивать условные реакции после воздействия высокожирной и высокосахарной диеты, что обычно сопровождается ухудшением этих показателей.
Таким образом, поддержание нормальной функции астроцитов стриатума оказывается жизненно важным для сохранения адаптивного поведения и предотвращения развития патологии, связанной с ожирением. Механизмы взаимодействия астроцитов и нейронов в стриатуме имеют сложный и многоуровневый характер. Астроциты способны выделять нейромодуляторы и метаболиты, среди которых отмечают лактат, аденозин и различные глиотрансмиттеры. Эти вещества влияют на активность нейрональных подтипов, таких как среднеспинные нейроны с рецепторами D1 и D2 дофамина, регулируя их синхронизацию и пластичность. При воздействии диеты с избытком жиров часто нарушается баланс этих систем, что ведет к дисфункции нейроафективных и мотивационных процессов.
Химогенетическая активация астроцитов через Gq-связанные рецепторы была показана как эффективный способ восстановления координации нейросетей и улучшения когнитивных способностей у животных с диет-индуцированным ожирением. Особое внимание уделяется влиянию астроцитов стриатума на системный метаболизм. Помимо прямого воздействия на нейрональную активность, эти клетки способны через сложные нейронно-глиальные сети модулировать использование организмом различных энергетических субстратов. Исследования показали, что специфическая активация астроцитов в ядре накопления способствует переключению метаболизма в сторону более эффективного окисления жиров, снижая уровень респираторного коэффициента, указывающего на предпочтение того или иного топлива организмом. В отличие от ядра накопления, влияние астроцитов дорсального стриатума на метаболизм проявляется с другой динамикой и тесно связано с состоянием диеты и циркадными ритмами.
Роль циркадных ритмов и доступности пищи оказывает значительное влияние на эффекты активации стриатальных астроцитов. Важно отметить, что максимальное влияние наблюдается в активный период суток и при наличии пищи, что говорит о том, что астроцитарное регулирование адаптировано к биологическим часам и энергетическому состоянию организма. Это особенно интересно в свете известных осцилляций дофаминергической активности в стриатуме, также строго зависящей от суточных циклов. Помимо очевидного влияния на когнитивные функции и метаболизм, стриатальные астроциты могут оказывать воздействие на различные поведенческие паттерны, включая моторику и контроль над пищевым поведением. Связь между астроцитами и особенными субтипами нейронов, такими как D2-рецепторные среднеспинные нейроны, свидетельствует о сложной нейронно-глиальной коммуникации, изменяющейся при ожирении и воздействии диеты.
Например, химогенетическая активация астроцитов уменьшала катаплексию, вызванную D2-рецепторными антагонистами, что указывает на потенциал в контроле двигательных расстройств и связанных с ними метаболических процессов. Важность данных открытий состоит в том, что они расширяют понимание роли астроцитов как активных регуляторов нейронного и метаболического гомеостаза. Это открывает перспективы для разработки новых подходов в лечении ожирения, когнитивных нарушений и сопутствующих метаболических заболеваний. В особенности, методы фармакогенетической модуляции астроцитов могут стать основой для инновационных терапевтических стратегий, направленных на восстановление нормальных функций этих клеток и преодоление последствий негативного воздействия высококалорийных диет. С другой стороны, исследования также выявляют ограничения нынешних методик, например, сложности визуализации локальных кальциевых сигналов в астроцитах на уровне отдельных клеточных процессов и взаимодействий.
