Группа американских учёных выяснила, что концентрация фермента катепсина В в мозгу пожилых людей увеличивается после регулярных физических нагрузок. Это приводит к существенному снижению рисков развития болезни Альцгеймера и улучшению когнитивных функций.

Около 70 % всех случаев деменции вызваны болезнью Альцгеймера. Чаще всего она поражает людей старше 65 лет, но существуют редкие формы болезни у людей среднего возраста. Во время заболевания внутри нейронов образуются нейрофибриллярные клубки и церебральные скопления бета-амилоида (сенильные бляшки). Это приводит к деградации и гибели нейронов.

К сожалению, учёные пока не установили точные причины появления болезни и её связи с внешними факторами. Известно лишь, что регулярные занятия физическими упражнениями у здоровых людей замедляют деградацию когнитивных функций и снижают риски развития болезни Альцгеймера.

В новом исследовании американские учёные проверили гипотезу о том, что благотворное влияние физических нагрузок на когнитивные функции обеспечивают: фермент катепсин В (CTSB) и белки нейротрофический фактор мозга (BDNF) и клото (klotho). Кроме того, исследователи использовали подходы метаболомики для изучения биохимических путей.

Для исследования авторы взяли образцы крови 23 людей (11 женщин и 12 мужчин) со средним возрастом 65 лет и бессимптомными формами болезни Альцгеймера или из группы риска. Эта группа участвовала в предварительном исследовании учёных, опубликованном год назад. В нём авторы разработали серию анаэробных упражнений и разделили участников на две группы с непродолжительной (UPA) и продолжительной (EPA) физической активностью. Группа EPA выполняла программу в течение 26 недель. Образцы крови у обеих групп учёные взяли до начала тренировок и после их окончания.

Анализ крови показал, что концентрация CTSB, BDNF и klotho в крови из группы UPA после тренировок не отличалась от концентрации до тренировок. В группе EPA исследователи зафиксировали существенное повышение уровня CTSB, снижение BDNF и неизменный уровень klotho.

Кроме того, анализ метаболитов крови в группе EPA показал повышение уровня полиненасыщенных жирных кислот и лизофосфолипидов, снижение керамидов, сфинголипидов и фосфолипидов. Повышенные уровни керамидов и сфинголипидов присутствуют у людей с болезнью Альцгеймера и депрессией. Фосфолипиды входят в состав плазматических мембран и способствуют синаптической дисфункции при болезни Альцгеймера. Поэтому исследователи используют эти метаболиты как маркеры развития нейродегенеративных заболеваний. Полиненасыщенные жирные кислоты и лизофосфолипиды работают как нейроротекторы и снижают нейронные воспаления.

Влияние физических упражнений на циркуляцию CTSB, BDNF и klotho. (А) Структура исследований и мероприятий по физической подготовке, а также анализ крови. (В—D) Влияние упражнений на биомаркеры. (В) Уровень CTSB увеличился в крови группы EPA после усиленных физических нагрузок по сравнению с исходным уровнем. (С) Уровень BNDF в крови группы EPA снизился. (D) Уровень kloto в крови группы EPA не изменился. (Е) Метаболиты, полученные из плазмы крови.

В конце предварительного исследования в прошлом году обе группы прошли калифорнийский тест по устному обучению (CVLT), с помощью которого учёные оценили вербальную память и способности к обучению испытуемых. Авторы обнаружили положительную корреляцию между уровнем CTSB и показателями CVLT, и отсутствие какой-либо связи с klotho и BDNF. Поскольку показатели CVLT снижаются по мере развития болезни Альцгеймера, исследователи предполагают, что CTSB можно использовать как маркер когнитивных изменений.

В исследовании 2016 года учёные подтвердили положительную корреляцию между CTSB и зрительной и вербальной памятью у молодых людей. Новое исследование показало, что через 26 недель регулярных физических нагрузок уровень CTSB в крови повышается и оказывает аналогичное положительное влияние на когнитивные функции пожилых людей. Менее продолжительная программа упражнений не показала аналогичного эффекта.

Авторы отмечают, что для исследования они отобрали испытуемых с сидячим образом жизни. Предыдущее исследование активных пожилых мужчин не показало изменений в уровне CTSB при повышении физических нагрузок. Учёные объясняют этот феномен многолетними адаптациями организма к нагрузкам. При этом уровень CTSB у ведущих активный образ жизни мужчин изначально выше, чем у малоактивных.

В своём исследовании учёные также отметили усиленную выработку CTSB у женщин. Они предполагают, что причиной этому могут быть отличия в физиологии мышц у мужчин и женщин, но для подтверждения гипотезы необходимы дальнейшие исследования и более крупная выборка.

Одним из главных вопросов исследования остаётся связь окислительно-восстановительного дисбаланса с нейродегенеративными заболеваниями.

Анаэробные упражнения способствуют выработке активных форм кислорода и повышению скорости окисления митохондрий. Окислительный стресс стимулирует антиоксидантную реакцию, что приводит к повышенной экспрессии ферментов антиоксидантной защиты. Дисбаланс, при котором выработка окислителей превосходит выработку антиоксидантов, напрямую связан с нейродегенеративными заболеваниями.

В крови испытуемых из группы EPA авторы обнаружили повышенную концентрацию сульфоксида метионина и пониженный уровень таурина. Таурин оказывает нейропротекторное воздействие. Высокие концентрации сульфоксида метионина учёные фиксируют у людей с болезнью Альцгеймера. Подобные изменения связаны с окислительным стрессом во время анаэробных нагрузок. По словам исследователей, снижение антиоксидантной защиты может быть связано с возрастом испытуемых и предрасположенностью к болезни Альцгеймера. Они не исключают, что для нейтрализации окислительного стресса пожилым людям необходимо принимать компенсаторные препараты со спермидином. Авторы планируют выяснить это в ходе дальнейших исследований.

Материалы исследования опубликованы в статье«Effects of Aerobic Exercise Training on Systemic Biomarkers and Cognition in Late Middle-Aged Adults at Risk for Alzheimer’s Disease»в журнале Frontiers DOI: 10.3389/fendo.2021.660181

Фермент катепсин В существенно снижает риски развития болезни Альцгеймера у пожилых людей