Стимуляция светом и звуком очистила мозг мышей от излишков бета-амилоида через глимфатическую систему

Нейрофизиологи из США выяснили, как стимуляция мозга светом и звуком частотой 40 герц способствует облегчению симптомов болезни Альцгеймера в мышиных и человеческих моделях. На мышах они показали, что такая стимуляция усиливает приток ликвора к коре и отток интерстициальной жидкости, которая уносит с собой излишки бета-амилоида. Это связано с тем, что интернейроны начинают синтезировать больше вазоактивных пептидов, в астроцитах поляризуются каналы аквапорины-4, необходимые для работы глимфатической системы, а менингиальные лимфатические сосуды расширяются. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Для болезни Альцгеймера характерно патологическое накопление в мозге тау-белка и бета-амилоида. Также при этом заболевании изменяется электрическая активность мозга, в частности — гамма-ритмы. Ранее исследователи из Массачусетского технологического института под руководством Лихуэя Цай (Li-Huei Tsai) показали, что оптогенетическая гамма-стимуляция интернейронов частотой 40 герц усиливает нейронную гамма-активность в мозге мышей и снижает уровень бета-амилоида. Затем они разработали способ неинвазивно стимулировать такую активность — воздействовать на животных мерцающим светом и звуком той же частоты: это уменьшало накопление бета-амилоида в мозге мышей и улучшало их когнитивные функции. Процедуру назвали мультисенсорной гамма-стимуляцией и вскоре проверили ее на людях и получили схожие результаты. Однако не было ясно, как именно она работает.

В новом исследовании Цай с коллегами решил изучить механизмы клиренса амилоида под действием мультисенсорной гамма-стимуляции. Ученые предположили, что здесь может быть задействована глимфатическая система, которая играет главную роль в очищении мозга от ненужных продуктов клеточного метаболизма. Согласно глимфатической модели, артериальная пульсация стимулирует приток спинномозговой жидкости — ликвора — в мозг, где она обменивается с интерстициальной жидкостью, которая и содержит в себе ненужные метаболиты. Этот процесс невозможен без каналов аквапорин-4 (AQP4), локализованных на отростках астроцитов. Кроме того, известно, что во время медленного сна глимфатическая система работает активнее, поскольку приток ликвора в мозг увеличивается. Во время медленного сна в мозге также наблюдается гамма-активность — это позволяет предположить, что индукция такой активности может облегчать глимфатический клиренс и вовремя бодрствования.

В экспериментах использовались мыши 5XFAD, моделирующие болезнь Альцгеймера. Сначала авторы убедились, что стимуляция звуком и светом частотой 40 герц снижает амилоидную нагрузку в мозге таких мышей — по сравнению с отсутствием стимуляции и с воздействием частотой 8 или 80 герц. Тогда ученые ввели флуоресцентный индикатор в большую цистерну мозга мышей, чтобы посмотреть на перемещение спинномозговой жидкости. После часа мультисенсорной стимуляции нужной частоты они наблюдали приток индикатора в кору мозга. Другой индикатор показал, что стимуляция также усиливает ток интерстициальной жидкости из коры.

Далее ученые обнаружили, что мультисенсорная стимуляция частотой 40 герц усиливает пульсацию мозговых артерий, что, в свою очередь, способствует движению ликвора. Кроме того, после стимуляции увеличивался диаметр менингиальных лимфатических сосудов, и авторы предположили, что через них бета-амилоид частично выводится из мозга. После стимуляции амилоид накапливался в шейных лимфатических узлах, что подтверждало предположение ученых.

Затем исследователи изучили ответы астроцитов на мультисенсорную стимуляцию и обнаружили, что после воздействия увеличивается поляризация аквапорина-4 на астроцитарных отростках, что, по всей видимости, облегчает ток ликвора через мозг. Когда ученые заблокировали каналы аквапорин-4 в астроцитах, приток ликвора в кору уменьшился.

После этого ученые решили выяснить, могут ли какие-то нейропептиды опосредовать глимфатический клиренс под воздействием гамма-стимуляции. Анализ показал, что после воздействия света и звука в интернейронах коры усиливается экспрессия вазоактивного интестинального пептида (VIP) и, возможно, других вазоактивных пептидов. Хемогенетическое ингибирование этих нейронов ослабляло артериальную пульсацию и клиренс амилоида, а также снижало поляризацию аквапорина-4.

Таким образом, авторы пришли к выводу, что сигналы нейронов в ответ на мультисенсорную стимуляцию частотой 40 герц активируют глиальные и сосудистые клетки, что приводит к току спинномозговой жидкости через мозг и клиренсу бета-амилоида.

Ранее ученые из Великобритании обнаружили, что у мужчин, принимающих Виагру, риск развития болезни Альцгеймера снижался на 18 процентов.