В современном мире проблема ожирения с каждым годом приобретает все более глобальный масштаб, затрагивая миллионы людей по всему миру. Причины возникновения избыточного веса разнообразны и включают в себя как генетические особенности, так и образ жизни, однако питание с высоким содержанием жиров и сахаров остается одним из главных факторов риска. В последние годы внимание ученых сосредоточено на нейробиологических механизмах, связанных с формированием привычек, контроля поведения и обмена веществ. В данной сфере особое значение приобретают астроциты — клетки глии, которые долгое время недооценивались и воспринимались лишь как поддерживающая структура для нейронов. Новые исследования показывают, что астроциты играют активную роль в модуляции деятельности нейронных сетей и могут влиять как на когнитивные функции, так и на метаболические процессы организма.
Одним из ключевых участков мозга, где астроциты оказывают значительное воздействие, является стриатум — структура, отвечающая за мотивацию, вознаграждение и формирование привычек. Стриатум представляет собой важный центр интеграции информации, играющий центральную роль в регуляции поведения, связанного с пищевым вознаграждением и моторной активностью. Он разделяется на вентральную и дорсальную части, каждая из которых имеет свои уникальные функции и особенности. Вентральный стриатум, включая ядро аккумбенса, связан с удовольствиями и мотивацией, а дорсальный стриатум в большей степени отвечает за формирование привычек и контроль над моторикой. Помимо нейронов, в этих зонах расположены астроциты, которые способны изменять не только свою структуру, но и функциональные характеристики в ответ на диетические и метаболические изменения.
Воздействие высокожировой и высокосахарной диеты (HFHS) вызывает глубокие изменения в мозговых структурах и особенно в активности астроцитов стриатума. Исследования на мышах показали, что при длительном потреблении таких продуктов астроциты становятся реактивными — меняется их морфология, повышается выражение белка GFAP, служащего маркером активности астроцитов. В дорсальном и вентральном стриатуме такие изменения проявляются по-разному: в дорсальной части наблюдается уменьшение сферификации и площади покрытия астроцитами, а в ядре аккумбенса усиление активности и изменения кальциевых сигналов. Это свидетельствует о гетерогенной реакции астроцитов в различных подрайонах стриатума. Кальцевые сигналы астроцитов являются одним из основных способов их коммуникации и функций.
Исследования с использованием генетически закодированных кальциевых индикаторов дали возможность оценить активность астроцитов в реальном времени и выявить, что на фоне ожирения кальциевые сигналы в астроцитах дорсального стриатума становятся более синхронизированными, тогда как в вентральном стриатуме — усиливается амплитуда, но снижается синхронизация. Эти специфические изменения кальциевой динамики отражают адаптацию глиальных клеток к негативному воздействию энергопитательной диеты и могут влиять на модуляцию нейронной активности. Чтобы оценить функциональное значение изменений в астроцитах, ученые применяли технику хемогенетической активации с использованием DREADDs-рецепторов — искусственно созданных белков, активируемых синтетическим лигандом CNO. При целенаправленной активации астроцитов дорсального стриатума у мышей наблюдалось улучшение когнитивной гибкости — способности адаптировать поведение при изменяющихся условиях, что подтверждалось тестами с обратным обучением в Т-лабиринте. Особенно заметным этот эффект был у мышей с ожирением, где активация астроцитов способствовала восстановлению способности переключаться между стратегиями, подавленной под воздействием HFHS-диеты.
Кроме когнитивных изменений, активация астроцитов в различных частях стриатума оказала и системное метаболическое воздействие. Астроциты вентрального стриатума (ядро аккумбенса) при хемогенетической стимуляции повышали у мышей окисление жиров и снижали респираторный коэффициент, указывая на сдвиг в энергообеспечении организма с углеводов на жиры. В то время как активация астроцитов дорсального стриатума проявлялась метаболическими эффектами только при длительном или коротком воздействии HFHS-диеты, а также зависела от наличия пищи и фаз циркадного ритма. Было показано, что активация астроцитов в активную фазу суток сопровождается повышением физической активности и энергозатрат, что говорит о согласовании астроцитарной регуляции с биологическими ритмами. На нейронном уровне влияние астроцитов также неоднородно.
В стриатуме существуют два основных типа спинальных проекционных нейронов — с рецепторами допамина типа 1 (D1R) и типа 2 (D2R), играющих разные роли в поведенческом контроле и мотивации. Результаты исследований указывают на то, что астроциты взаимодействуют преимущественно с D2R-нейронами. При активации астроцитов усиливалась активность кальциевых сигналов в этих нейронах, что согласуется с наблюдаемым улучшением когнитивной гибкости и модуляцией мотивационного поведения. Также было отмечено снижение каталептического действия антагониста D2R при активации астроцитов, демонстрируя функциональную связь глиальных и нейрональных компонентов в усложненной сети. Данные эксперименты и наблюдения открывают новые пути понимания того, как глиальные клетки влияют на поведение и метаболизм, а также демонстрируют потенциал таргетирования астроцитов в стриатуме для коррекции нарушений, связанных с ожирением и когнитивными дисфункциями.
По мере развития технологий хемогенетики, микроскопии и нейроспецифических вирусных векторов становится возможным более точное и контролируемое вмешательство в глиальные функции с целью восстановления баланса в мозговых сетях. Однако остаются и значительные вызовы. Например, в исследованиях пока что преимущественно использовались мужские лабораторные животные, тогда как половые различия могут оказывать существенное влияние на развитие ожирения и реакцию мозга. Кроме того, ход процессов на молекулярном уровне, включая сигнальные пути и выделяемые астроцитами молекулы, требует дальнейшего детального изучения. Наконец, важна оценка долгосрочных эффектов воздействия на астроциты для понимания безопасности и эффективности потенциальных терапевтических подходов.
В целом, понимание роли астроцитов стриатума способствует интеграции знаний о нейробиологии питания, когнитивной регуляции и системного метаболизма. Прогресс в этой области способен привести к инновационным методам лечения ожирения, нарушений пищевого поведения и сопутствующих метаболических заболеваний. Внимание к глиальным клеткам, их функциональной пластичности и взаимодействиям с нейронами затачивает будущее нейронауки и медицины, расширяя горизонты комплексного понимания работы мозга в здоровом и патологическом состояниях.
