Blut von Marathon-Mäusen steigert die Gehirnfunktion ihrer Couch-Potato-Genossen

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Featured Neuroscience-December 8, 2021

Zusammenfassung: Blut von jungen erwachsenen, fitten Mäusen kommt dem Gehirn von sitzenden Mäusen gleichen Alters zugute. Ein einziges Protein, Clusterin, scheint für diesen Vorteil weitgehend verantwortlich zu sein.

Quelle: Stanford

Körperliche Bewegung ist gut für das Gehirn von Mäusen – und für Ihres. Zahlreiche Studien an Mäusen, Menschen und Laborgeräten haben dies deutlich gemacht. Eine neue Studie zeigt nun, dass es möglich ist, die Vorteile für das Gehirn von Mäusen, die einen Marathonlauf absolvieren, auf ihre Artgenossen, die auf der Couch sitzen, zu übertragen.

Forscher der Stanford School of Medicine haben gezeigt, dass das Blut junger erwachsener Mäuse, die sich viel bewegen, den Gehirnen gleichaltriger, sitzender Mäuse zugute kommt. Ein einziges Protein im Blut von Mäusen, die Sport treiben, scheint weitgehend für diesen Vorteil verantwortlich zu sein.

Diese Entdeckung könnte die Tür zu Behandlungen öffnen, die – indem sie die Entzündung im Gehirn von Menschen, die sich wenig bewegen, eindämmen – ihr Risiko für neurodegenerative Erkrankungen senken oder deren Fortschreiten verlangsamen.

In der Studie, die am 8. Dezember in Nature veröffentlicht wird, verglichen die Stanford-Forscher Blutproben von trainierenden und sitzenden Mäusen desselben Alters. Sie zeigten, dass Bluttransfusionen von laufenden Mäusen die Neuroinflammation bei den sitzenden Mäusen verringerten und ihre kognitiven Leistungen verbesserten. Darüber hinaus isolierten die Forscher ein im Blut befindliches Protein, das offenbar eine wichtige Rolle bei der entzündungshemmenden Wirkung von Bewegung spielt.

Entzündungen und kognitive Gesundheit

Neuroinflammation wird stark mit neurodegenerativen Erkrankungen beim Menschen in Verbindung gebracht, sagte Dr. Tony Wyss-Coray, Professor für Neurologie und neurologische Wissenschaften. Tierstudien haben gezeigt, dass eine Neuroinflammation neurodegenerative Erkrankungen begünstigt und dass die Umkehrung oder Verringerung der Neuroinflammation die kognitive Gesundheit verlängern kann, sagte er.

Jeder, der schon einmal an einer Grippe erkrankt war, kann den Verlust der kognitiven Funktionen nachempfinden, der durch eine fiebrige Virusinfektion hervorgerufen wird, so Wyss-Coray: „Man wird lethargisch, man fühlt sich abgeschaltet, das Gehirn arbeitet nicht mehr so gut, man erinnert sich nicht mehr so klar“.

Das ist zumindest teilweise eine Folge der Entzündung im Körper, die auf die Infektion folgt. Wenn Ihr Immunsystem seinen Kampf aufnimmt, greift die Entzündung auf Ihr Gehirn über. Neuroinflammation verschlimmert auch das Fortschreiten von Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen, sagte Wyss-Coray, ein Neuroimmunologe, der in einer Anfang dieses Jahres veröffentlichten Studie Anzeichen für eine Gehirnentzündung bei Menschen festgestellt hat, die an COVID-19 gestorben waren.

Wyss-Coray ist der leitende Autor der neuen Studie. Die Hauptautorin ist Zurine De Miguel, Ph.D., eine ehemalige Postdoktorandin in Wyss-Corays Gruppe, die jetzt Assistenzprofessorin für Psychologie an der California State University, Monterey Bay ist.

Es ist bereits bekannt, dass körperliche Betätigung eine Reihe gesunder Erscheinungen im Gehirn hervorruft, wie z. B. eine erhöhte Produktion von Nervenzellen und weniger Entzündungen.

„Wir haben herausgefunden, dass dieser Trainingseffekt zu einem großen Teil auf Faktoren im Blut zurückzuführen ist, und wir können diesen Effekt auf ein gleichaltriges, nicht trainierendes Individuum übertragen“, so Wyss-Coray, der D. H. Chen Professor II.

Nächtlicher Mäusemarathon

Mäuse lieben es, zu laufen. Wenn man einer Maus in einem Käfig ein Laufrad mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern zur Verfügung stellt, läuft sie ohne Training oder Aufforderung 4 bis 6 Meilen pro Nacht (tagsüber schlafen sie) auf Beinen, die viel kürzer sind als unsere. Wenn man das Laufrad sperrt, kommt die Maus nicht annähernd so weit, obwohl sie immer noch frei in ihrem Käfig herumhüpfen kann (was ungefähr dem entspricht, dass sie ab und zu in die Küche geht, um sich ein Bier oder einen Snack aus dem Kühlschrank zu holen).

Die Forscher setzten entweder funktionstüchtige oder gesperrte Laufräder in die Käfige von 3 Monate alten Labormäusen ein, die vom Stoffwechsel her einem 25-jährigen Menschen entsprechen. Ein Monat ständigen Laufens reichte aus, um die Anzahl der Neuronen und anderer Zellen im Gehirn von Marathon-Mäusen im Vergleich zu denen von sitzenden Mäusen erheblich zu erhöhen.

Als Nächstes nahmen die Forscher Blut von Marathonläufern und – als Kontrolle – von sitzenden Mäusen ab. Dann injizierten sie anderen sitzenden Mäusen alle drei Tage das Plasma (die zellfreie Fraktion des Blutes) von Marathonläufern oder Couch-Potato-Mäusen. Jede Injektion entsprach 7 bis 8 % des gesamten Blutvolumens der Empfängermäuse. (Eine entsprechende Menge bei Menschen wäre etwa ½ bis ¾ eines Liters.)

„Die Mäuse, die das Läuferblut erhielten, waren schlauer“, sagte Wyss-Coray. Bei zwei verschiedenen Gedächtnistests im Labor schnitten die sitzenden Mäuse, denen das Plasma eines Marathonläufers injiziert wurde, besser ab als ihre ebenfalls sitzenden Artgenossen, die das Plasma einer Couch-Kartoffel erhielten.

Darüber hinaus hatten sitzende Mäuse, die Plasma von Marathonläufern erhielten, mehr Zellen, aus denen neue Neuronen im Hippocampus (einer Gehirnstruktur, die mit Gedächtnis und Navigation in Verbindung gebracht wird) entstehen, als jene, die Plasma von Couch-Kartoffeln erhielten.

Die Wissenschaftler verglichen die Aktivierungsniveaus von Tausenden von Genen im Hippocampus von sesshaften Mäusen, die Marathonläufer-Plasma erhielten, mit denen von Mäusen, die Couch-Kartoffel-Plasma erhielten. Von den etwa 2.000 Genen, deren Aktivierungsniveau sich als Reaktion auf Marathoner-Bluttransfusionen änderte, waren die 250, deren Aktivierungsniveau sich am stärksten änderte, dafür bekannt, dass sie am stärksten mit Entzündungsprozessen in Verbindung stehen, und ihre Änderungen des Aktivierungsniveaus deuteten auf eine geringere Neuroinflammation bei Mäusen hin, die Marathoner-Bluttransfusionen erhielten.

„Das Blut der Läufer hatte eindeutig eine Wirkung auf das Gehirn, auch wenn es außerhalb des Gehirns, also systemisch, verabreicht wurde“, so Wyss-Coray.

Bei der Untersuchung der Proteine im Blut der Marathon-Mäuse identifizierte das Stanford-Team 235 verschiedene Proteine, von denen 23 seltener und 26 häufiger im Blut von Marathon-Mäusen im Vergleich zu Mäusen, die auf der Couch liegen, vorkamen. Mehrere dieser unterschiedlich exprimierten Proteine standen mit der Komplementkaskade in Verbindung – einer Gruppe von etwa 30 Proteinen im Blut, die miteinander interagieren, um die Immunantwort auf Krankheitserreger in Gang zu setzen. Chronische Entzündungen, die aus einer abnormen Aktivierung des Komplementsystems resultieren, scheinen das Fortschreiten vieler neurodegenerativer Erkrankungen zu beschleunigen, so Wyss-Coray.

Ein Protein von Interesse

Die Entfernung eines einzigen Proteins, Clusterin, aus dem Plasma von Marathonmäusen hob dessen entzündungshemmende Wirkung auf die Gehirne von sitzenden Mäusen weitgehend auf. Kein anderes Protein, das die Wissenschaftler in ähnlicher Weise testeten, hatte die gleiche Wirkung.
Dies zeigt eine Maus
Die Entdeckung könnte die Tür zu Behandlungen öffnen, die – indem sie die Gehirnentzündung bei Menschen, die sich wenig bewegen, eindämmen – ihr Risiko für neurodegenerative Erkrankungen senken oder deren Fortschreiten verlangsamen. Das Bild ist gemeinfrei

Clusterin, ein Hemmstoff der Komplementkaskade, war im Blut der Marathonläufer deutlich häufiger zu finden als im Blut der Stubenhocker.

Weitere Experimente zeigten, dass Clusterin an Rezeptoren bindet, die auf den Endothelzellen des Gehirns, den Zellen, die die Blutgefäße des Gehirns auskleiden, reichlich vorhanden sind. Diese Zellen sind bei der Mehrzahl der Alzheimer-Patienten entzündet, bemerkte Wyss-Coray, deren Forschung gezeigt hat, dass Blutendothelzellen in der Lage sind, chemische Signale aus dem zirkulierenden Blut, einschließlich Entzündungssignale, in das Gehirn zu leiten.

Siehe auch

Dies ist ein Diagramm aus der Studie

Clusterin allein, auch wenn es außerhalb des Gehirns verabreicht wurde, war in der Lage, die Entzündung des Gehirns bei zwei verschiedenen Stämmen von Labormäusen zu verringern, bei denen entweder eine akute körperweite Entzündung oder eine Alzheimer-bedingte chronische Neuroinflammation ausgelöst worden war.

Unabhängig davon fanden die Forscher heraus, dass 20 Militärveteranen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung, einer Vorstufe der Alzheimer-Krankheit, nach Abschluss eines sechsmonatigen Aerobic-Programms erhöhte Clusterin-Werte im Blut aufwiesen.

Wyss-Coray spekulierte, dass ein Medikament, das die Bindung von Clusterin an seine Rezeptoren auf den Endothelzellen des Gehirns verstärkt oder nachahmt, dazu beitragen könnte, den Verlauf von neuroinflammationsbedingten neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer zu verlangsamen.

Wyss-Coray ist Mitglied des Stanford Wu Tsai Neuroscience Institute, des Stanford Bio-X und des Stanford Maternal and Child Health Research Institute sowie Fakultätsmitglied des Stanford ChEM-H.
Über diese neurowissenschaftliche Forschungsnachricht

Autor: Pressestelle
Quelle: Stanford
Kontakt: Pressestelle – Stanford
Bild: Das Bild ist öffentlich zugänglich

Ursprüngliche Forschung: Geschlossener Zugang.
„Bewegungsplasma fördert das Gedächtnis und dämpft Gehirnentzündungen über Clusterin“ von Tony Wyss-Coray et al. Nature

Zusammenfassung

Sportliches Plasma fördert das Gedächtnis und dämpft Entzündungen im Gehirn durch Clusterin

Körperliche Bewegung wirkt sich allgemein positiv auf alle Aspekte der Gesundheit von Mensch und Tier aus und verlangsamt die kognitive Alterung und die Neurodegeneration. Die kognitiven Vorteile körperlicher Betätigung sind mit einer erhöhten Plastizität und einer verringerten Entzündung im Hippocampus verbunden, doch ist wenig über die Faktoren und Mechanismen bekannt, die diese Wirkungen vermitteln.

Hier zeigen wir, dass „Läuferplasma“, das von freiwillig laufenden Mäusen gewonnen und sitzenden Mäusen infundiert wird, die neuroinflammatorische Genexpression und die experimentell ausgelöste Entzündung im Gehirn reduziert.

Die Proteomanalyse des Plasmas ergab einen konzertierten Anstieg der Inhibitoren der Komplementkaskade, darunter Clusterin (CLU). Intravenös injiziertes CLU bindet an Hirnendothelzellen und reduziert die neuroinflammatorische Genexpression in einem Mausmodell für akute Hirnentzündungen und einem Mausmodell für die Alzheimer-Krankheit. Patienten mit kognitiven Beeinträchtigungen, die 6 Monate lang an einem strukturierten Training teilnahmen, wiesen höhere CLU-Plasmaspiegel auf.

Diese Ergebnisse zeigen, dass es entzündungshemmende Trainingsfaktoren gibt, die übertragbar sind, auf die Hirngefäße abzielen und dem Gehirn zugute kommen, und die bei Menschen, die Sport treiben, vorhanden sind.

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