После этих открытий исследователи взялись за изучение систем мозга, отвечающих за регуляцию аппетита и адипозноть. Результаты их работы крайне обширны и разнообразны, сейчас я не стану рассказать о них подробно. Но в общих чертах могу сказать, что были найдены и другие гормоны и нейроны, которые оказывают свое влияние на работу этих систем головного мозга. На самом деле этой информации достаточно для того, чтобы разобраться в основах работы липостата. Представьте себе песочные часы, в узкой части которых располагаются NPY- и ПОМК-нейроны (рис. 35). В верхнюю часть песочных часов поступают сигналы, которые сообщают мозгу о текущем уровне энергии в теле. Среди них есть лептин и инсулин. NPY- и ПОМК-нейроны конвергируют разносторонние сигналы, и на основании полученных данных активность нейронов изменяется. В основании песочных часов находятся продукты NPY и ПОМК-нейронов, то есть ответные реакции, которыми пользуется мозг, чтобы управлять энергетическими запасами тела. То есть регулировать голод, пищевое вознаграждение, скорость обмена веществ и степень физической активности.
Рис. 35. Регуляция адипозности нейронами дугообразного ядра головного мозга. Вверху – входящие сигналы, которые воспринимают NPY- и ПОМК-нейроны. Внизу выходной сигнал NPY- и ПОМК-нейронов. Как показано на изображении, NPY- и ПОМК-нейроны взаимодействуют. В момент активации NPY ингибирует ПОМК, и вместе они прекращают работу механизма насыщения.
Насколько нам известно, NPY- и ПОМК-нейроны являются самыми важными точками конвергенции, где входящие сигналы регуляции адипозности превращаются в выходные сигналы мозга. Поэтому они привлекли к себе повышенное внимание целого сообщества исследователей. Многие ученые, среди которых Стернсон, Пальмитер и Брэд Лоуэлл, нейробиолог из Гарвардской медицинской школы, занимаются расшифровкой входящий и выходных сигналов NPY- и ПОМК-нейронов. Надо сказать, что они успели добиться значительного прогресса. «Возможность идентифицировать отдельные нейроны и затем отображать нейронные сети позволит поднять нашу научную отрасль на новый уровень», – считает Шварц.
В широком смысле мы уже вышли на тот новый уровень, о котором говорит Шварц. Нам удалось вылечить от ожирения бесчисленное количество грызунов. Сегодня мы имеем возможность извлечь гены любого биологического вида и преобразовать их так, как нам захочется. Затем ввести новые гены в геном мыши, чтобы они проявились в определенной популяции клеток мозга. Измененные клетки можно использовать для регуляции пищевого поведения, адипозности и многих других функций организма. Мы можем активировать, заглушить или истребить популяцию нейронов в мозге мыши, очень точно воздействуя на определенную область. Мышь буквально превращается в марионетку ученых. Они могут контролировать объем потребляемой пищи и адипозность животного. Современная нейробиология оперирует такими понятиями, которые несколько десятилетий назад казались чистой научной фантастикой.
Исходя из результатов исследований Мора, Лайбела, Фридмана, О’Райли, Фаруки и других ученых мы знаем, что нейронные сети, которые контролируют пищевое поведение и адипозность у человека, схожи с теми, которые выполняют эти функции в мозге грызунов. Со временем, я уверен, мы сможем адаптировать все вышеописанные процессы для человеческого мозга. Так что же удерживает нас от лечения ожирения? Только одно: этика. Сегодня технически возможно модифицировать организм человека на генетическом уровне и, возможно, даже напрямую воздействовать на нейронные сети, которые контролируют пищевое поведение, но эти манипуляции невыполнимы с точки зрения этики. И на это есть и более веские причины, например недостаточно изученные последствия и безопасность подобных процедур.
Но наше общество считает этически приемлемым использование лекарственных средств, которые воздействуют на области мозга, отвечающие за пищевые инстинкты. Ученые создали множество медицинских препаратов для похудения, которые вмешиваются в работу мозга. К сожалению, лекарства – это очень ненадежный метод. Они едва ли могут оказывать должное влияние на работу такого сложного органа, как мозг. Когда мы выпиваем таблетку или делаем инъекцию, то мозг полностью погружается в активные компоненты лекарственного средства: все 86 миллиардов нейронов, триллионы связей между ними и бесчисленное множество операций, которые они контролируют, попадают под действие лекарства. Также следует принять во внимание, что химические сигналы, которые контролируют пищевое поведение и адипозность, используются в других отделах мозга и тела для выполнения иных задач. В этой связи очень сложно воздействовать на определенную нейронную сеть и не нанести сопутствующий ущерб другим частям организма. Представьте, что вы забиваете в стену гвоздь кувалдой. Гвоздь забить получится, но в стене останутся огромные вмятины. Таким же образом действие большинства лекарств для похудения сопровождается неприемлемыми побочными эффектами, как, например, опасные психологические нарушения, которые вызывает препарат римонабант (так называемая «реверсивная» марихуана). На сегодняшний день существует очень мало лекарств, которые обладают приемлемыми побочными эффектами. Но и они не настолько хорошо решают проблему ожирения, как нам того бы хотелось. Но поиски продолжаются и есть надежда на счастливый прорыв. Очень вероятно, что новые знания однажды помогут нам создать хороший препарат.
Шварц считает, что современные научные открытия помогли ему добиться одной из своих целей: повышение уровня осведомленности общественности о функциях энергетического гомеостаза. Некоторые ученые и даже врачи до сих пор сомневаются, что аппетит и полноту тела контролируют бессознательные системы мозга. Шварц надеется, что благодаря дальнейшему изучению липостата он сможет достичь второй своей цели, а именно вылечить ожирение у людей и предотвратить его появление в дальнейшем. Мне кажется, что его цель уже близка. Но, по словам Шварца, он «думал, что этот момент уже наступил, когда ученые обнаружили NPY».
Мы знаем многое о работе липостата при нормальных условиях, но не можем сказать, какие изменения происходят в мозгу человека, страдающего ожирением, когда его организм начинает защищать высокий уровень адипозности. Также неизвестно, каким образом можно запустить обратный процесс и вернуть организму нормальное состояние. Чтобы сдвинуться с места, наша научная отрасль нуждается в ином походе.
Страшные выводы
Лисио Веллозу, бразильский исследователь проблем ожирения из Университета Кампинаса, решил изучить изменения головного мозга, которые лежат в основе развития ожирения. В начале 2000-х годов он взялся за проблему с иной точки зрения, которая не основывалась на уже имеющихся теориях о работе мозга в этом направлении. Он применил технологию РНК-микрочипов, с помощью которой ученые изучают активные и неактивные гены, а также степень интенсивности их работы. Глядя на карту экспрессии генов, мы можем глубоко заглянуть во внутренние процессы, протекающие в клетках и до некоторой степени понять, что с ней происходит в данный момент.
Веллозу искал ответ на один простой вопрос: «Что делают клетки гипоталамуса, когда животное начинает обрастать лишним жиром?» Чтобы ответить на него, он использовал РНК-микрочип. Он сравнил экспрессию генов в гипоталамусе худой крысы и крысы, страдавшей от ожирения в результате перекармливания. Когда команда Веллозу сравнила показатели чипов, их удивила интересная тенденция – большинство генов, которые проявляли активность у крыс с ожирением, относились к иммунной системе. Если сказать точнее, к иммунной реакции, которая отвечает за воспалительный процесс. В своей работе 2005 года Веллозу доказывает, почему это было ожидаемо. Ранние исследования уже подтвердили возникновение хронического воспаления при инсулинорезистентности – нарушению, при котором печень и мышцы не могут взаимодействовать с инсулином, который регулирует уровень сахара в крови. Данный симптом повышает риск развития диабета. Небезосновательным будет предположение о том, что воспалительный процесс в гипоталамусе может привести к резистентности к лептину и инсулину, изменению настроек адипозности и развитию ожирения.
Чтобы проверить свою теорию, Веллозу и его помощники заблокировали основные пути распространения воспалительных процессов в мозге у крыс с ожирением.[120] Они посчитали возможным, что воспаление гипоталамуса может приводить к ожирению. Таким образом, блокировка воспалительного процесса должна привести к уменьшению объемов потребляемой пищи и снижению веса. Все получилось так, как и предполагали исследователи. После открытия Веллозу несколько ученых провели свои исследования и подтвердили, что воспаление в гипоталамусе блокирует сигналы лептина, из-за чего развивается резистентность к лептину и чрезмерная полнота.[121]
Но воспаление – это не единственная неприятность, которая происходит в мозге ожиревших грызунов. В 2012 году я и мои коллеги Джош Талер и Майк Шварц опубликовали исследование, в рамках которого подробно изучили клеточные изменения в гипоталамусе в период развития ожирения.[122] Большая часть нашей работы была посвящена клеткам двух типов: астроцитам и микроглии. Нейроны – это клетки, которые занимаются обработкой и передачей информации, а астроциты и микроглия оказывают поддержку хрупким нейронам и следят за их комфортом. Они защищают их от угроз, помогают восстанавливаться, дают энергию и наводят чистоту.[123] При повреждениях мозга эти клетки начинают работать с утроенной силой. Они увеличиваются в размере и численности, чтобы побороть противника и способствовать процессу восстановления. «Любые повреждения мозга, в том числе травмы, инсульты, нейродегенеративные заболевания и даже инфекции вызывают активность этих клеток», – объясняет Талер.