Своё новое исследование учёные Чикагского университета проводили в лаборатории молекулярной инженерии под руководством доцентки Джойс Чен. Команда в конечном итоге обнаружила причину, по которой интенсивное курение в среднем возрасте вдвое увеличивает риск развития деменции в пожилом возрасте. Разгадка кроется в нарушении баланса железа в мозге экзосомами лёгких.
Экзосомы – это крошечные внеклеточные мембранные пузырьки (наночастицы размером 30–200 нм), которые передают информацию между клетками.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, свидетельствуют: развитие деменции у курильщиков объясняется нарушением связи между лёгкими и мозгом, вызванным никотином.
Связь между курением и слабоумием годами беспокоила учёных
Исследователи и раньше знали, что интенсивное курение в среднем возрасте приводит к нейродегенеративным заболеваниям. Среди них деменция была наименее изученным последствием курения по простой, но ужасной причине: она развивается в более позднем возрасте, а курильщики часто умирают раньше.
Множество теорий обвиняли курение в том, что оно пагубно влияет на сосудистую и дыхательную системы, десятилетиями перекрывая приток кислорода к мозгу.
Однако авторы новой работы обнаружили ранее неизвестный путь из лёгких в мозг через лёгочные нейроэндокринные клетки (PNEC). Под действием никотина эти клетки выделяют экзосомы, которые нарушают баланс железа в нейронах и вызывают симптомы деменции.
«Это исследование устанавливает чёткую ось «лёгкие-мозг», что помогает объяснить, почему курение связано со снижением когнитивных функций и риском нейродегенеративных заболеваний. Понимая, как экзосомы нарушают гомеостаз железа, мы открываем новые возможности для защиты нейронов от повреждений, вызванных курением», – отметил Куи Чжан, соавтор исследования.
Независимо от того, подтвердится ли установленная причинно-следственная связь, это исследование уже является значительным шагом вперёд.
«Лёгкие – не просто пассивная цель для воздействия дыма, а активный сигнальный орган, который влияет на патологию головного мозга», – Джойс Чен.
Мост от лёгких к мозгу
PNEC являются уникальными клетками, которые сочетают в себе функции нервных и эндокринных клеток и достаточно сложны для изучения. И прежде всего потому, что их в лёгких – менее одного процента.
Но команде удалось получить достаточное для исследования количество индуцированных PNEC (iPNEC) с помощью дифференцирования человеческих стволовых плюрипотентных клеток.
Под воздействием никотина клетки iPNEC выделяли большое количество экзосом. Эти экзосомы, которые клетки iPNEC производили в ответ на никотин, были богаты белком трансферрин. С его помощью организм регулирует поток железа в кровотоке.
Применение этой модели к человеческому организму может означать, что с каждой затяжкой сигареты, сигары или вейпа лёгочные клетки PNEC выбрасывают огромное количество вещества, влияющего на усвоение организмом железа.
Выброс трансферрина, по сути, ошибочно сигнализировал бы организму о необходимости изменить способ регулирования уровня железа. Блуждающий нерв, который тянется от мозга к органам по всему телу и регулирует такие процессы, как сердцебиение, дыхание и пищеварение, передал бы этот сигнал обратно в мозг.
«Этот дисбаланс железа приводит к окислительному стрессу, митохондриальной дисфункции и повышению экспрессии α-синуклеина – характерных признаков нейродегенеративных заболеваний», – подытожила Джойс Чен.
Исследование пролило новый свет на взаимодействие лёгких и мозга, а также на то, какую роль играет никотин в нарушении связи между ними.
