Los beneficios cerebrales del ejercicio se pueden obtener con una sola proteína
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Una proteína hepática poco estudiada puede ser responsable de los conocidos beneficios del ejercicio en el cerebro que envejece, según un nuevo estudio en ratones por científicos del Centro Eli y Edythe Broad de UC San Francisco para Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre. Los hallazgos podrían conducir a nuevas terapias para conferir los efectos neuroprotectores de la actividad física en personas que no pueden hacer ejercicio debido a limitaciones físicas.
El ejercicio es una de las formas mejor estudiadas y más poderosas de proteger el cerebro del deterioro cognitivo relacionado con la edad y se ha demostrado que mejora la cognición en personas con riesgo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la demencia frontotemporal, incluso en aquellos con genes raros. variantes que inevitablemente conducen a la demencia.
Pero muchos adultos mayores no pueden hacer ejercicio con regularidad debido a limitaciones físicas o discapacidades, y los investigadores han buscado durante mucho tiempo terapias que puedan conferir algunos de los mismos beneficios neurológicos en personas con bajos niveles de actividad física.
El nuevo estudio, publicado el 9 de julio de 2020 en Science, mostró que después de que los ratones hacen ejercicio, sus hígados secretan una proteína llamada Gpld1 en la sangre. Los niveles de esta proteína en la sangre corresponden a una función cognitiva mejorada en ratones de edad avanzada, y una colaboración con el Centro de Memoria y Envejecimiento de la UCSF descubrió que la enzima también está elevada en la sangre de los humanos de edad avanzada que hacen ejercicio regularmente. Pero los investigadores demostraron que simplemente aumentar la cantidad de Gpld1 producida por el hígado del ratón podría conferir muchos de los mismos beneficios cerebrales que el ejercicio regular.
«Si hubiera un fármaco que produjera los mismos beneficios cerebrales que el ejercicio, todos lo estarían tomando. Ahora, nuestro estudio sugiere que al menos algunos de estos beneficios algún día podrían estar disponibles en forma de píldoras», dijo el autor principal del estudio, Saul Villeda, Ph.D., profesor asistente de la UCSF en los departamentos de Anatomía y de Fisioterapia y ciencia de la rehabilitación.
El laboratorio de Villeda ha demostrado previamente que los factores biológicos presentes en la sangre de los ratones jóvenes pueden rejuvenecer el cerebro del ratón que envejece y, por el contrario, los factores en la sangre de los ratones mayores pueden provocar una vejez prematura. relacionado con el deterioro cognitivo en ratones jóvenes.
Estos resultados anteriores llevaron a la estudiante graduada del laboratorio de Villeda Alana Horowitz y al investigador postdoctoral Xuelai Fan, Ph.D., a buscar factores transmitidos por la sangre que también podrían conferir los beneficios del ejercicio. , cual es También se sabe que rejuvenece el cerebro envejecido de manera similar a lo que se observó en los experimentos de «sangre joven» del laboratorio.
Horowitz y Fan tomaron sangre de ratones viejos que habían hecho ejercicio regularmente durante siete semanas y se la administraron a ratones de edad sedentaria. Encontraron que cuatro semanas de este tratamiento produjeron mejoras dramáticas en el aprendizaje y la memoria en los ratones más viejos, similar a lo que se observó en los ratones que habían hecho ejercicio regularmente. Cuando examinaron los cerebros de los animales, encontraron evidencia de una mayor producción de nuevas neuronas en la región conocida como hipocampo, un indicador bien documentado de los beneficios rejuvenecedores del ejercicio.
Para descubrir qué factores biológicos específicos en la sangre podría estar detrás de estos efectos, Horowitz, Fan y sus colegas midieron las cantidades de diferentes proteínas solubles en la sangre de ratones activos versus sedentarios. Identificaron 30 proteínas candidatas, 19 de las cuales, para su sorpresa, se derivaban predominantemente del hígado y muchas de las cuales se habían relacionado previamente con funciones para controlar el metabolismo del cuerpo. Dos de estas proteínas, Gpld1 y Pon1, se destacaron como particularmente importantes para los procesos metabólicos, y los investigadores optaron por estudiar Gpld1 con más detalle porque pocos estudios previos habían investigado su función.
«Pensamos que si la proteína ya se había investigado a fondo, alguien se habría topado con este efecto», dijo Villeda. «Me gusta decir que si vas a correr el riesgo de explorar algo nuevo, ¡mejor hazlo a lo grande!»
El equipo descubrió que Gpld1 aumenta en la circulación sanguínea de los ratones después del ejercicio y que Los niveles de Gpld1 se correlacionan estrechamente con mejoras en el rendimiento cognitivo de los animales. El análisis de los datos humanos recopilados como parte del estudio de la Red de Envejecimiento Hillblom del Centro de Memoria y Envejecimiento de la UCSF mostró que Gpld1 también está elevado en la sangre de adultos mayores sanos y activos en comparación con los ancianos menos activos.
Para probar si Gpld1 podría impulsar los beneficios observados del ejercicio, los investigadores utilizaron la ingeniería genética para persuadir a los hígados de ratones viejos a producir en exceso Gpld1, luego midieron el rendimiento de los animales en múltiples pruebas que miden varios aspectos de la cognición y la memoria. Para su asombro, tres semanas de tratamiento produjeron efectos similares a los de seis semanas de ejercicio regular, junto con aumentos dramáticos en el crecimiento de nuevas neuronas en el hipocampo.
«Para ser honesto, no esperaba tener éxito en encontrar una sola molécula que pudiera explicar gran parte de los beneficios del ejercicio en el cerebro. Parecía más probable que el ejercicio ejercería muchos efectos pequeños y sutiles que se suman a un gran beneficio, pero que sería difícil de aislar». Dijo Villeda. «Cuando vi estos datos, me quedé completamente anonadado».
«A través de esta proteína, el hígado responde a la actividad física y le dice al viejo cerebro que se vuelva joven», agregó Villeda. «Este es un ejemplo notable de comunicación del hígado al cerebro que, hasta donde sabemos, nadie sabía que existía. Me hace preguntarme qué más nos hemos estado perdiendo en la neurociencia al ignorar en gran medida los efectos dramáticos que otros órganos podrían tener en el cerebro y viceversa».
Experimentos de laboratorio adicionales han demostrado que la Gpld1 producida por el hígado no atraviesa la llamada barrera hematoencefálica, que protege al cerebro de agentes tóxicos o infecciosos en el sangre. En cambio, la proteína parece ejercer sus efectos sobre el cerebro a través de vías que reducen la inflamación y la coagulación de la sangre en todo el cuerpo. Se sabe que tanto la coagulación de la sangre como la inflamación aumentan con la edad y se han relacionado con la demencia y el deterioro cognitivo relacionado con la edad.
El laboratorio ahora está trabajando para comprender mejor y con precisión cómo interactúa Gpld1 con otros sistemas de señalización bioquímica para producir sus efectos potenciadores del cerebro, con la esperanza de identificar objetivos específicos para la terapia que algún día podría conferir muchos de los beneficios protectores del ejercicio para el cerebro que envejece.
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Beneficios cognitivos de la ‘sangre joven’ vinculados a la proteína cerebral en ratones Más información: AM Horowitz el al., «Los factores sanguíneos transfieren los beneficios del ejercicio sobre la neurogénesis y la cognición a el cerebro envejecido», Science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaw2622
VA Ansere el al., «Ejercita tu mente», Science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abc8830 Información de la revista: Science