Учёные-исследователи Scripps совершили прорыв, который может проложить путь к новым методам лечения потери веса и улучшения обмена веществ. Под воздействием низких температур млекопитающие инстинктивно тратят больше энергии на поддержание стабильной температуры тела. Этот всплеск энергозатрат приводит к увеличению аппетита и увеличению потребления пищи, но конкретные механизмы, контролирующие это явление, неизвестны.
Нейробиологи из Научно-исследовательского института Скриппса теперь идентифицировали мозговую цепь, которая вызывает повышенный аппетит при низких температурах.
В новом исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature, исследователи идентифицировали группу нейронов, которые являются «переключателем» для пищевого поведения, связанного с холодом, у мышей. Это открытие может привести к созданию потенциальных методов лечения метаболического здоровья и снижения веса.
«Это фундаментальный адаптивный механизм у млекопитающих, и будущие методы лечения, направленные на этот механизм, могут усилить метаболические преимущества холода или других форм сжигания жира», — сказал доктор Нирадж Лал, старший автор исследования и доцент кафедры химии и химической биологии Abed-Vivid в Scripps Research. Первым автором исследования является Нирадж Лал, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Йе.
Поскольку воздействие холода увеличивает расход энергии, чтобы оставаться в тепле, погружение в холодную воду и другие формы «холодной терапии» были изучены как методы снижения веса и улучшения метаболического здоровья. Одним из недостатков терапии холодом является то, что у людей не развилась реакция на холод с целью похудения (эффект, который мог быть фатальным в досовременные времена, когда часто не хватало еды). Как и диета и физические упражнения, холод может повысить аппетит, противодействуя любым результатам по снижению веса. В этом исследовании Йе и его команда попытались определить цепи мозга, которые опосредуют увеличение аппетита, вызванное холодом.
Одной из первых вещей, которые они заметили, было то, что с наступлением низких температур (от 73 градусов по Фаренгейту до 39 градусов по Фаренгейту) мыши стали чаще искать пищу только после задержки примерно в шесть часов, что позволяет предположить, что это изменение поведения не было просто прямым результатом ощущения холода.
Исследователи использовали методы очистки всего мозга и световой микроскопии, чтобы сравнить активность нейронов головного мозга в холодных и теплых условиях. Вскоре они обнаружили ключевой феномен: хотя большинство нейронов по всему мозгу имели гораздо более низкую активность в холодных условиях, некоторые нейроны в области, называемой таламусом, были более активированы.
В конечном итоге команда сосредоточилась на определенной популяции нейронов, называемой срединным мечевидным ядром таламуса, и показала, что в холодных условиях активность этих нейронов резко возрастает до того, как мыши выходят из вызванной холодом спячки для поиска пищи. Увеличение активности мечевидного ядра было больше, когда в начале холода было доступно меньше пищи, что позволяет предположить, что эти нейроны реагировали на дефицит энергии, вызванный холодом, а не на сам холод.
Когда исследователи искусственно активировали эти нейроны, у мышей увеличилась активность поиска пищи, но не другие виды активности. Аналогичным образом, когда команда подавляла активность этих нейронов, поведение мышей в поисках пищи снижалось. Эти эффекты возникают только в холодных условиях, а это означает, что низкие температуры дают отдельный сигнал, который также должен сопровождать изменения аппетита.
В последней серии экспериментов команда обнаружила, что эти нейроны мечевидного ядра проецируются в область мозга, называемую ядром Акуломба — область, давно известную своей интеграцией сигналов вознаграждения и отвращения, управляющих поведением, включая питание.
Йе сказал, что эти результаты могут в конечном итоге иметь клиническое значение, поскольку они показывают, что можно блокировать увеличение аппетита, обычно вызываемое холодом, что делает относительно простую терапию холодовым воздействием более эффективной для снижения веса.
«Одна из наших главных целей сейчас — выяснить, как отличить повышенный аппетит от повышенного расхода энергии. Мы также хотим выяснить, является ли это вызванное холодом увеличение аппетита частью более широкого механизма, который организм использует для компенсации дополнительных затрат энергии, например, после тренировки», — сказал он.