Низкое содержание кислорода помогает при нейродегенеративных заболеваниях

Когда митохондрии клеток не функционируют должным образом, у человека развиваются митохондриальные заболевания. Авторы нового исследования считают, что снижение кислорода имеет неожиданные терапевтические преимущества — по крайней мере у мышей. Результаты научной работы были опубликованы в журнале PNAS.

Актуальность проблемы

Митохондрии — это небольшие ячейки внутри клетки, ответственные за превращение сахара и кислорода в энергию. Митохондриальные заболевания могут иметь различные формы, и поражать головной мозг, почки, глаза и другие органы.

Синдром Ли является одним из видов митохондриального заболевания, которое поражает головной мозг. Это редкая патология и встречается у одного из 30 000 новорожденных. Синдром Ли является нейродегенеративным расстройством и характеризуется поражением головного мозга, характеризующаяся прогрессивной потерей двигательных навыков, снижение мышечного тонуса и задержками развития. Осложнения могут привести к нарушению функций сердца, легких и почек.

Считается, что синдром Ли не поддается лечению, однако новое исследование на мышах показывает, что гипоксия, то есть лишение кислорода может защищать головной мозг от этой формы митохондриального заболевания.

В предыдущем исследовании ученые использовали мышей с синдромом Ли, у которых был “сбит” так называемый ген Ndufs4, и поместили в среду, в которой было всего 11% кислорода. Это эквивалентно примерно половине того, что находится на уровне моря.

Ген Ndufs4 кодирует белок и является ключевым для ферментного комплекса, который является частью дыхательной цепи митохондрий. Исследователи обнаружили, что гипоксическая среда значительно уменьшала типичные симптомы синдрома Ли и продлевала выживание грызунов. В противоположность этому окружающая среда с уровнями кислорода выше нормы вызывала преждевременную смерть животных, и не оказывала влияния на здоровых животных.

Материалы и методы исследования

В новом исследовании ученые решили изучить влияние различных уровней кислорода на мышей. Исследование показало, что степень повреждения головного мозга зависит от уровня кислорода. В целом, мыши, которые лечились гипоксией, жили в среднем 270 дней, в то время как, живущие в среде с 21% кислорода выживали всего 58 дней.

Результаты научной работы

Исследования показали, что мыши в возрасте 250 дней с нарушением гена Ndufs4 в среде с 11% кислорода не имели повреждений головного мозга. Напротив, поражения начали появляться уже через 60 дней у мышей, которые вдыхали 21% кислорода. Кроме того, мыши, вдыхающие 55% кислорода, быстро умерли от отека легких и имели поражение в обонятельной луковице головного мозга.

Неожиданным результатом было то, что поражения головного мозга мышей исчезли после того, как они были переведены в среду с низким содержанием кислорода и оставались там в течение месяца.

Ученые также попыталась перевести мышей с признаками повреждения головного мозга, которые были размещены в 11% кислородной среде, в 21% среду, но это привело к прогрессированию болезни и смерти. Это означает, что лечение должно быть непрерывным.

Вамси Мута Vamsi Mootha комментирует эти результаты: «К нашему удивлению мы обнаружили, что можно полностью изменить прогрессирующую болезнь. Я не думаю, что кто-то считал, что эти типы неврологических заболеваний могут быть обратимыми».

Тем не менее, исследователи отмечают отсутствие практичности их лечения в его нынешнем виде. Уровень кислорода равный 11% встречается на очень больших высотах, и непрерывное лечение с таким уровнем кислорода, разумеется, не будет комфортным.

В будущем исследователи надеются понять молекулярный механизм, лежащий в основе преимуществ гипоксии, чтобы продумать более практичную терапию, которая защитить головной мозг и устранить его повреждение.

«Мы также работаем над тем, чтобы выявить другие, более практичные методы гипоксии, которые могут быть эффективными», — говорит Мута. «Мы хотим предложить пациентам и их семьям терапию, которая не только останавливает, но и излечит заболевание».

Авторы другого исследования утверждают, что высокогорье увеличивает риск развития синдрома внезапной детской смерти.

Литература

Jain I. H. et al. Hypoxia as a therapy for mitochondrial disease //Science. – 2016. – Т. 352. – №. 6281. – С. 54-61.