Физические упражнения могут ослаблять симптомы депрессии благодаря белку апелину, который выделяется мышцами, попадает в мозг и способствует росту нейронов, а также улучшению настроения. К такому выводу пришли исследователи, опубликовавшие результаты работы в журнале Molecular Psychiatry.
Исследование помогает точнее понять, как физическая активность связана с психическим состоянием. По данным ученых, апелин действует как сигнальная молекула: во время нагрузки он выделяется скелетными мышцами, поступает в кровь, преодолевает гематоэнцефалический барьер и достигает гиппокампа — области мозга, связанной с регуляцией настроения и памяти.
Авторы сосредоточились на апелине, поскольку физические упражнения одновременно противодействуют мышечной атрофии и депрессии. Ранее наблюдения показывали, что у пожилых людей с саркопенией — возрастной потерей мышечной массы — уровень апелина в крови обычно ниже, а сама саркопения связана с повышенным риском депрессии и когнитивного снижения.
Для проверки гипотезы ученые провели серию экспериментов на взрослых самцах мышей. Сначала животных в возрасте шести недель в течение четырех недель подвергали мягкому непредсказуемому стрессу, чтобы вызвать поведение, напоминающее депрессивное. После этого часть мышей на четыре недели получила доступ к беговому колесу для произвольной физической активности.
Состояние животных оценивали по трем поведенческим тестам: предпочтению сладкой воды, времени на уход за собой и уровню неподвижности в тесте вынужденного плавания. У мышей, подвергшихся стрессу и не занимавшихся бегом, отмечались признаки ухудшения состояния: сниженное предпочтение сладкого, меньшее время груминга и высокая неподвижность. У животных, имевших доступ к колесу, показатели улучшились по всем трем тестам.
Анализ крови и тканей мозга показал, что у бегавших мышей уровень апелина был повышен. Основными источниками этого белка оказались икроножная мышца и передняя большеберцовая мышца задних конечностей.
Затем исследователи использовали генетически модифицированных мышей, чьи мышечные ткани не могли вырабатывать апелин. Несмотря на такой же четырехнедельный беговой режим, у этих животных не наблюдалось улучшения депрессивноподобного поведения. Также у них не усиливался рост новых нервных клеток в мозге — процесс, известный как нейрогенез у взрослых.
Чтобы проверить, может ли один только апелин воспроизвести эффект упражнений, ученые ввели в мышцы ног стрессированных мышей специальный вирус, заставлявший клетки вырабатывать большое количество этого белка без физической активности. У таких животных улучшение настроения и рост мозговых клеток оказались такими же, как у мышей, которые бегали в колесе.
Дополнительные эксперименты показали, что апелин в гиппокампе действует через рецептор APJ, расположенный на поверхности определенных нервных клеток. Повышенный уровень апелина усиливал глутаматергическую передачу сигналов между нейронами и улучшал работу NMDA-рецепторов, которые участвуют в процессах обучения, памяти и регуляции настроения.
Когда ученые целенаправленно уменьшили число APJ-рецепторов в вентральной части гиппокампа, бег перестал давать положительный эффект: у мышей не улучшалось настроение и не усиливался рост новых клеток мозга.
Исследователи также выяснили, какой внутриклеточный механизм связывает APJ-рецептор с NMDA-рецептором. По их данным, ключевую роль играет фермент Casein Kinase 2, который помогает активировать рецептор и затем запускает сигнальный белок calpain-2, способствующий укреплению нейронных связей. Когда мышам вводили вещество, блокирующее Casein Kinase 2, положительное действие апелина исчезало.
Авторы отмечают, что исследование имеет ограничения. Эксперименты проводились только на взрослых самцах мышей, поэтому результаты еще предстоит проверить на самках, пожилых животных и людях. Это важно, поскольку различия в мышечной массе и гормональном фоне могут влиять как на реакцию на физическую нагрузку, так и на восприимчивость к депрессии.
Еще одно ограничение связано с тем, что апелин существует в нескольких активных формах, однако исследование не установило, какая из них в наибольшей степени отвечает за положительный эффект упражнений на мозг. Кроме того, поскольку в работе оценивались только признаки депрессивноподобного поведения, остается открытым вопрос, может ли мышечный апелин также улучшать обучение и память.
Исследователи считают, что полученные данные подчеркивают прямую связь между физической формой и психическим здоровьем. В дальнейшем они планируют изучить способы повышения мышечной силы, которые могли бы сопровождаться усиленной секрецией апелина.
