Черви под анандамидом принюхались и захотели перекусить
Механизм такого действия каннабиноидов оказался схож с человеческим
Американские исследователи обнаружили, что под влиянием эндогенного каннабиноида анандамида у круглых червей (нематод) повышается аппетит, причем с выраженным предпочтением к продуктам с высокой пищевой ценностью. Этот эффект, схожий с гедоническим питанием у людей после употребления каннабиноидов конопли, оказался связан с избирательной активацией хемосенсорных нейронов. Отчет о работе опубликован в журнале Current Biology.
С древних времен известно, что употребление психоактивных продуктов конопли (Cannabis sativa) повышает аппетит, причем наиболее сильно к сладкой и жирной, то есть вкусной и калорийной пище (это называется гедоническим питанием). Активные вещества конопли — в первую очередь дельта-9-тетрагидроканнабинол — действуют на каннабиноидные рецепторы: CB1 расположены преимущественно в мозге, CB2 — на периферии. Эндогенными лигандами для них у человека и других млекопитающих служат эндоканнабиноиды — анандамид (N-арахидоноилэтаноламин, AEA) и 2-AG (2-арахидоноилглицерин).
Эндоканнабиноидная система эволюционно высококонсервативна, она присутствует почти у всех животных. В многочисленных исследованиях грызуны и приматы при ее активации демонстрировали выраженную склонность к гедоническому питанию, которая проявлялась как аппетентным поведением (то есть поиском предпочтительных продуктов), так и консуматорным (поглощением большого их количества). Этот эффект каннабиноидов опосредован хемосенсорными анализаторами — вкусовым и обонятельным. Хотя CB1- и CB2-рецепторы есть только у хордовых, другие животные обладают их аналогами, чувствительными к анандамиду и 2-AG. Так, у круглого червя Caenorhabditis elegans, предки которого разделились с хордовыми более полумиллиарда лет назад, есть функционирующие каннабиноидные рецепторы NPR-19 (напоминающий CB1) и OCTR-1, а также ферменты для синтеза и утилизации эндоканнабиноидов.
Сотрудники Орегонского университета под руководством Шона Локери (Shawn Lockery) воспользовались C. elegans чтобы разобраться, насколько эволюционно древними могут быть гедонистические эффекты каннабиноидов. Этот модельный червь хорошо подходит для таких целей: он питается бактериями, причем практически любыми, распознает их хемосенсорно и уже в раннем возрасте учится отличать среди них более питательные, то есть предпочтительные, или «вкусные».
Кормление червей разными бактериями проводили, помещая их в микрофлюидный канал с конкретным пищевым штаммом. Поглощение пищи регистрировали электромиографически по сокращениям глотки. В эксперименте со стандартным лабораторным пищевым штаммом бактерий OP50 анандамид снижал их потребление. Затем нематодам предлагали по отдельности пять штаммов с различной пищевой ценностью. В обычных условиях черви питались ими примерно с равной скоростью. Под действием анандамида значительно увеличивалось потребление богатых нутриентами бактерий, снижалось — бедных, практически не изменялось — средних по качеству, то есть каннабиноид провоцировал у C. elegans гедоническое питание.
На следующей стадии работы нематод выпускали в Т-образный лабиринт, ответвления которого содержали «вкусный» штамм DA1877 и «невкусный» DA1885. Перед помещением в него небольшую группу особей выдерживали 20 минут без пищи либо в стандартной среде, либо с анандамидом в 100-микромолярной концентрации. Под действием каннабиноида стремление C. elegans к пище высшего качества оказалось значимо сильнее, чем в контрольной группе, причем эффект сохранялся не менее часа после извлечения из раствора анандамида. Таким образом, гедоническое питание под его действием проявлялось не только консуматорным, но и аппетентным поведением.
C. elegans улавливает связанные с пищей запахи (привлекательные и отвратительные) одиннадцатью классами хемосенсорных нейронов (по две парные клетки в каждом). Эксперименты на мутантах с нарушениями функций разных классов показали, что медиаторами гедонического питания выступают нейроны AWC, которые напрямую реагируют на аттрактивные запахи.
У нокаутных червей без гена рецептора NPR-19 влияние анандамида на пищевое поведение отсутствовало, то есть подобные эффекты каннабиноида реализуются именно через него, причем, как выяснилось, для этого необходимы функционирующие нейроны AWC. Что интересно, экспрессия трансгена человеческого CB1-рецептора восстанавливала чувствительность нематод без NPR-19 к анандамиду — это подтверждает высокую эволюционную консервативность подобных рецепторов.
Коэкспресиия гена npr-19 с зеленым флуоресцентным белком (GFP) и маркировка отдельных популяций нейронов красным белком mCherry показала, что этот рецептор присутствует в 15 классах нервных клеток, охватывающих сенсорные, моторные, глоточные и интернейроны, причем AWC в них не входят. Дополнительные эксперименты показали, что действие анандамида на NPR-19 способствует высвобождению нейронами везикул с нейромедиаторами (аминными или пептидными), которые и модулируют функции AWC. Какие именно сигнальные молекулы принимают в этом участие, остается неуточненным.
Полученные результаты свидетельствуют о крайне высокой степени функциональной консервации гедонистического питания под контролем эндоканнабиноидной системы и служат основой для новой модели изучения ее клеточных и молекулярных функций, заключают авторы работы.
В 2016 году сотрудники Чикагского университета выяснили, что при недостатке сна у людей повышается выработка эндоканнабиноидов, в частности 2-AG. Это, в свою очередь, провоцирует тягу к нездоровой пище — например, сладким и жирным снекам.
Опыты проводили на мышах
Американские и швейцарские исследователи обнаружили, что долгосрочное репрограммирование клеток в организме мышей приводит к печеночной и кишечной дисфункции, потере массы тела и быстрой смерти. У трансгенных животных, не экспрессирующих факторы Яманаки в печени и кишечнике, удалось избежать подобной ранней летальности и пронаблюдать у них признаки снижения биологического возраста. Такие мыши могут помочь в дальнейшем изучении регенерации тканей, омоложения организма и побочных эффектов при репрограммировании клеток in vivo. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Aging. Индукцию экспрессии факторов транскрипции Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc (OSKM, или факторов Яманаки) в зрелых соматических клетках широко используют для их репрограммирования в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) in vitro. В 2013 году исследователи под руководством испанца Мануэля Серрано (Manuel Serrano) впервые попытались запустить экспрессию этих факторов у живых мышей. В теле животных появились стволовые клетки, подобные эмбриональным, но по всему организму у них начали расти раковые опухоли и тератомы, и они быстро умирали. Тремя годами позже группа ученых, возглавляемая Хуаном Карлосом Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte) из Института Солка, смогла продлить жизнь мышам с искусственно ускоренным старением (моделью прогерии), включая OSKM не постоянно, а циклически. В январе 2023 года команда Ноя Дэвидсона (Noah Davidsohn) из компании Rejuvenate Bio сообщила об успешном применении репрограммирования клеток для укрепления здоровья и продления жизни обычным, но очень старым мышам. При этом механизмы такого многообразного действия OSKM и побочных эффектов их экспрессии изучены недостаточно. Чтобы разобраться в них, Алехандро Окампо (Alejandro Ocampo), работавший в группе Бельмонте, с коллегами из Лозаннского и Калифорнийского университетов, компаний EPITERNA SA и Altos Labs выполнили сравнительные анализ двух наиболее изученных линий трансгенных мышей, у которых можно искусственно запускать репрограммирование клеток: 4Fj (экспрессируются OSKM кроме c-Myc) и 4Fs-B (экспрессируются все OSKM). При индукции экспрессии трансгенов в двухмесячном возрасте животные в обеих группах, как и ожидалось, начали умирать через три дня, а медианная продолжительность жизни составила 5 и 10 дней соответственно. При вскрытии рака или тератом у них не обнаружили, то есть смерть была вызвана другими причинами. Биохимические и гистологические анализы живых и мертвых трансгенных мышей выявили распространенный апоптоз клеток, атрофию тканей и нарушения функций печени, поджелудочной железы и тонкой кишки, более выраженные у 4Fj. Таким образом, фенотипические нарушения и преждевременная смерть при индукции репрограммирования клеток с большой вероятностью оказались следствием преимущественно недостаточности внутренних органов, а не опухолевого роста. Селективная индукция экспрессии OSKM в печени или кишечнике показала, что дисфункции этих органов возникают непосредственно из-за нее и достаточны для быстрой потери массы тела и смерти. Выяснив это, исследователи создали трансгенных мышей, экспрессирующих OSKM во всем организме за исключением печени или кишечника. Это позволило выяснить, что экспрессия факторов Яманаки в кишечнике отвечает за ранние побочные эффекты репрограммирования in vivo, такие как диарея, низкая физическая активность и потеря массы тела, а в печени — приводит к тяжелой недостаточности этого органа и служит основной причиной смерти у репрограммируемых линий мышей. При индукции экспрессии OSKM во всем организме, кроме и печени и кишечника, медианная продолжительность жизни животных после ее начала возрастала до 30 дней, а максимальная — до 52 дней, что значительно превышает результаты всех предыдущих опытов по долгосрочному репрограммированию. У таких мышей причиной ранней смерти (до 15 дней от начала индукции) служила анемия с тромбоцитопенией, а поздней — недостаточность поджелудочной железы. Эксперименты по разной продолжительности временной индукции экспрессии OSKM у таких животных показали, что продолжительность 7–10 дней представляет собой наиболее длительный протокол индукции, который можно использовать безопасно. Применение такого протокола у мышей среднего возраста (10 месяцев) не вызывало существенных побочных эффектов и при этом снижало впоследствии биологический возраст сердца, селезенки, почек и мозга, измеренный по «эпигенетическим часам». Таким образом, индукция экспрессии OSKM во всем организме, кроме и печени и кишечника, представляет собой приемлемую модель для длительного изучения различных эффектов репрограммирования in vivo. Также полученные результаты свидетельствуют, что селективные и транзиторные протоколы репрограммирования могут замедлять или даже обращать вспять процессы старения организма, заключают авторы работы. Ранее с помощью частичного репрограммирования разным научным группам удавалось частично вернуть зрение, восстановить миокард после инфаркта и вылечить комплекс возрастных болезней у мышей. Подробно о разработке технологий репрограммирования для борьбы со старением рассказано в материале «Планы на старость».
