Метаболические сдвиги, вызванные воспалением, связаны с заболеваниями головного мозга

Уже давно предполагается, что острое системное воспаление запускает вредные процессы в мозге, способствуя нейродегенеративным расстройствам, таким как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Новое исследование, опубликованное в сети Журнал исследований протеома 30 ноября 2025 года под руководством профессора Кей Зайцу с факультета биолого-ориентированных наук и технологий Университета Киндай, Япония, теперь предоставляет убедительные доказательства того, что такое воспаление вызывает специфичные для региона метаболические нарушения, определяя биохимические пути, которые терпят неудачу на ранних стадиях нейровоспаления.

Методы исследования и основные выводы

Используя мышиную модель с высокими дозами липополисахарида (ЛПС), чтобы вызвать острое системное воспаление, исследователи проанализировали метаболические изменения в четырех областях мозга — головном мозге, гиппокампе, мозжечке и гипоталамусе. После внутрибрюшинного введения ЛПС уровень интерлейкина-1 бета (IL-1β) в сыворотке крови значительно повысился, что подтверждает выраженную воспалительную реакцию. Профессор Зайцу объяснил: «Мы применили метаболомику мозга на основе PiTMaP для исследования метаболических изменений в различных областях мозга у мышей, моделирующих острое воспаление, вызванное ЛПС».

Исследовательская группа, в которую входили г-н Шинноске Сугиура, доктор Масару Танигучи, доктор Казуаки Хисацуне и доктор Томоми Асано, использовала PiTMaP — платформу быстрого метаболизма, способную анализировать интактные метаболиты непосредственно из ткани мозга без сложных этапов подготовки. Это позволило высокопроизводительно профилировать более 70 метаболитов из каждой области мозга. Анализ главных компонентов и дискриминантный анализ выявили поразительную картину: только в головном мозге наблюдались значительные метаболические нарушения, в то время как другие области остались в основном неизменными.

Среди метаболитов, измененных в головном мозге, было заметно снижено содержание N-ацетиласпаргиновой кислоты (NAA), известного маркера повреждения нейронов. Снижение NAA связано с повреждением нейронов и нарушением нейроэнергетики. В этом исследовании уровни NAA показали сильную отрицательную корреляцию с сывороточным IL-1β, что позволяет предположить, что системное воспаление может напрямую способствовать стрессу нейронов.

Нарушенные пути и метаболические последствия

Исследователи также наблюдали значительное снижение содержания аспарагиновой и яблочной кислот, которые являются неотъемлемой частью малат-аспартатный шаттл (MAS), митохондриальный путь, необходимый для переноса цитозольного НАДН в митохондрии. Нарушение MAS ранее было связано с вызванной воспалением митохондриальной дисфункцией, и текущие данные подтверждают эту механистическую связь. Корреляционный анализ выявил тесные связи между этими метаболитами, что указывает на нарушение метаболического потока митохондрий во время воспалительного стресса.

Вторым важным открытием стало накопление мочевинычто предполагает активацию или нарушение регуляции цикла мочевины в астроцитах головного мозга. Цикл мочевины все чаще признается как один из факторов нейродегенеративной патологии, причем накопление мочевины сообщается при таких состояниях, как болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона. В этом исследовании мочевина и NAA появились как «концентрационные метаболиты» (т.е. центральные узлы, идентифицированные с помощью сетевого анализа), что подчеркивает их важность в метаболических нарушениях, вызванных воспалением.

Комбинированный метаболомный паттерн — снижение NAA, снижение промежуточных продуктов MAS и повышение уровня мочевины — подтверждает гипотезу о том, что острое системное воспаление может нарушать метаболизм нейронов даже до того, как будут обнаружены структурные повреждения. Эти ранние биохимические сдвиги могут предоставить ценную информацию для выявления нейровоспалительной уязвимости. «Эти данные свидетельствуют о том, что метаболизм аспарагиновой кислоты, MAS и накопление мочевины тесно связаны с воспалением, вызванным ЛПС», – заключил профессор Зайцу.

Потенциал для раннего выявления и будущих исследований

В долгосрочной перспективе эта работа прокладывает путь к разработке метаболических биомаркеров, которые могли бы помочь идентифицировать людей, подверженных риску нейродегенеративных заболеваний, вызванных или усугубляемых хроническим воспалением. В случае подтверждения в будущих исследованиях на людях уровни NAA и мочевины, которые, возможно, измеряются периферически, могут помочь клиницистам обнаружить нейровоспаление до появления симптомов, что позволит провести более раннее вмешательство.

Их комплексный подход, сочетающий метаболомику, биоинформатику и машинное обучение (включая классификацию случайного леса, достигающую площади под рабочей характеристической кривой приемника 1,0), подчеркивает мощь передовых аналитических инструментов в обнаружении скрытых метаболических признаков заболеваний.

Это исследование углубляет наше понимание того, как мозг реагирует на острое системное воспаление, выдвигая на первый план уязвимые метаболические пути и предлагая новые пути к стратегиям раннего выявления неврологических расстройств, связанных с воспалением.

Предоставлено Университетом Киндай