Кетогенная диета защитила клетки мозга от инсульта
© Егор Плотников
Ученые показали, что от питания мышей зависит то, как они переживут инсульт. Так, кетогенная диета с повышенным содержанием жиров защитила ДНК митохондрий от повреждений при инсульте, а вот гидроксицитриновая кислота — пищевая добавка, которую используют для похудения, — напротив, лишь усугубила последствия болезни. Полученные данные позволят скорректировать терапию, которую рекомендуют при профилактике инсульта и лечении его последствий. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Molecular Neurobiology.
Инсультами называют сразу несколько патологий, при которых происходит резкое нарушение кровоснабжения головного мозга. Причин тому очень много, среди них — травмы и сердечно-сосудистые заболевания. Без оказания своевременной помощи человек может погибнуть или остаться тяжелым инвалидом, при этом ежегодно более 12 миллионов человек переживают инсульт.
Поскольку при инсульте снижается кровоснабжение и обеспечение клеток кислородом, нарушается работа митохондрий — энергетических станций клеток, — и происходит гибель нейронов. Это делает митохондрии потенциальными мишенями для разработки противоинсультных препаратов, которые могут ускорить восстановление пациента и предотвратить осложнения. Так как митохондрии участвуют в синтезе энергии из веществ, которые мы получаем с пищей, изменение рациона может оказать влияние на их работу и без приема лекарств.
Например, при кетогенной диете с низким содержанием углеводов и большим количеством жиров основным источником энергии становятся именно жиры. Человек на такой диете быстрее насыщается, и, следовательно, потребляет меньше калорий. Из-за снижения уровня глюкозы в организме в головном мозге меняются активность генов и различные клеточные процессы. Недостаток поступающих калорий запускает синтез веществ, стимулирующих и поддерживающих развитие нейронов. Однако не все люди готовы сократить свой рацион, кроме того, длительная кетодиета может вызвать болезни почек и пищеварительной системы и имеет ряд противопоказаний. Поэтому в последнее время препараты, которые снижают аппетит и запускают те же биохимические пути, что и недостаток калорий — например гидроксицитриновая кислота, — становятся более популярными: ученые предполагают, что они могут иметь те же положительные эффекты, что и кетогенная диета, и уже есть данные о снижении веса после приема гидроксицитрата, однако были описаны и случаи его токсичности.
Ученые из Воронежского государственного университета (Воронеж) и Института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ (Москва) установили, как кетогенная диета и гидроксицитриновая кислота влияют на организм. Для этого они провели эксперимент на мышах. Исследователи разделили 69 грызунов на три группы: одни получали стандартное питание, вторые были на кетогенной диете, а третьим к стандартной еде добавляли гидроксицитриновую кислоту. Мыши питались таким образом в течение двух недель.
Чтобы вызвать у животных инсульт, ученые вводили в их кровь специальный краситель, а затем, при помощи освещения мозга лазером, активировали его. Это приводило к протеканию химической реакции и образованию в освещенном участке мозга тромба, нарушающего кровоснабжение ткани. Независимо от диеты у перенесших инсульт мышей к третьему дню уменьшалось количество митохондриальной ДНК в коре поврежденного полушария головного мозга. Это связано со снижением активности генов, регулирующих образование митохондрий, — этих структур становилось меньше. Кроме того, авторы оценили количество повреждений в митохондриальной ДНК. При нарушении кровоснабжения в митохондриях могут образовываться активные формы кислорода, нарушающие целостность ДНК. Однако после инсульта у мышей на диете количество повреждений не отличалось от количества дефектов у здоровых грызунов — это означает, что кетогенная диета перед инсультом защищала ДНК митохондрий от повреждений. Ученые считают, что питание с повышенным содержанием жиров предотвращало вызванные инсультом изменения в активности генов, что и позволяло сохранить целостность ДНК. Так, активность гена Nfe2I2, отвечающего за формирование новых митохондрий, оставалась высокой.
Гидроксицитриновая кислота, напротив, не защищала мозг от повреждений при инсульте. Половина мышей погибла в течение трех дней после инсульта, а выжившие имели наиболее сильные повреждения в ДНК митохондрий мозга. У них было на 27,5% больше повреждений, чем у мышей, которые перенесли инсульт, но не получали гидроксицитрат. У грызунов, получающих препарат, значительно менялась активность генов, что и привело к повреждению ДНК.
«Отсутствие эффекта гидроксицитрата стало для нас неожиданностью, требующей дальнейшего изучения, поскольку ограничение питания, которое должен симулировать гидроксицитрат, всегда демонстрировало выраженный защитный эффект в мозге. Особенно настораживает ряд выявленных побочных эффектов гидроксицитрата, тем более что отдельные свидетельства таких побочных явлений иногда наблюдались и у пациентов, использовавших это вещество в качестве пищевой добавки для похудения. В дальнейшем планируется более детальное изучение молекулярных механизмов действия кетогенной диеты, в частности, ее основного метаболита — бета-гидроксибутирата. Будет исследована возможность применения данного соединения в качестве терапевтического агента при различных патологиях, для того чтобы симулировать эффекты кетогенной диеты. Планируется анализ влияния бета-гидроксибутирата на мозг и другие органы у животных разного возраста», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Плотников, доктор биологических наук, заведующий лабораторией структуры и функций митохондрий НИИ ФХБ МГУ.