تزریق یک پروتئین به مغز می تواند باعث بهبود دیابت در جوندگان شود، اما چگونه؟

7سپتامبر 2020 - در جوندگان مبتلا به دیابت نوع 2 ، تزریق یک پروتئین به نام فاکتور رشد فیبروبلاست 1 به مغز می تواند سطح قند خون را برای هفته ها یا ماهها به حالت طبیعی بازگرداند. با این حال، هنوز نحوه عملکرد این فاکتور رشد در مغز برای ایجاد این مزیت پایدار بخوبی درک نشده است.

کشف این مکانیسم ممکن است منجر به ابداع درمان های موثرتری بر اساس استفاده از پتانسیل ذاتی مغز برای معکوس نمودن دیابت شود.

دکتر مایکل شوارتز ، استاد دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن و مدیر موسسه دیابت پزشکیUW ، گفت: تا همین اواخر، توانایی مغز در عادی سازی سطح قند خون بالا در حیوانات دیابتی شناخته نشده بود. با بررسی دقیق پاسخهای سلولی و مولکولی القا شده در هیپوتالاموس توسط یک پپتید مغزی به نام فاکتور رشد فیبروبلاست 1، آخرین یافته های تیم های بین المللی ما راهی را برای درک کامل تر نحوه دستیابی به این اثر ترسیم کرد.

وی گفت: این بینش ها، روزی می توانند به ابداع راهكارهای درمانی برای القا remission پایدار دیابت(بهبودی کامل از دیابت)، به جای كاهش ساده سطح قند خون به صورت روزمره، از طریق روش های درمانی فعلی، منجر شوند.

دیابت نوع 2 که شایعترین فرم دیابت است، با چاقی گره خورده است و باعث مشکلات جدی سلامت از جمله بیماری های قلبی، از دست دادن بینایی، نارسایی کلیوی، زوال عقل، عفونت های مقاوم به درمان و آسیب عصبی می شود. همچنین خطر قطع عضو را افزایش می دهد. کنترل سطح قند خون می تواند از بروز این مشکلات جلوگیری کند، اما دستیابی پایدار به یک کنترل خوب اغلب دشوار است و برای بسیاری از بیماران به یک مبارزه ی مداوم تبدیل می شود.

در دو مقاله که در مجلات Nature Communications وNature Metabolism ، منتشر گردید، دو تیم  بین المللی از محققان، زیست شناسی پیچیده ی واکنش مغز به فاکتور رشد فیبروبلاست 1 را توصیف کردند. تیم اول پاسخ های سلولی قوی را که به نظر می رسد از مسیرهای سیگنالینگ مغزی برای کنترل دقیق قند خون محافظت می کنند، توصیف کرد.

تیم دوم، موضوعاتی را در مورد مجموعه های ماتریکس خارج سلولی به نام "شبکه های پرینورونال" که گروه هایی از سلولهای عصبی دخیل در کنترل قند خون را در بر می گیرد، کشف کردند. محققان دریافتند که فاکتور رشد فیبروبلاست 1 ، شبکه های پرینورونال را که توسط دیابت آسیب دیده اند، ترمیم می کند. این پاسخ برای تداوم بهبود دیابت لازم است.

دکتر Tunes Pers، از مرکز تحقیقات متابولیک بنیاد نوو نوردیسک در دانشگاه کپنهاگ دانمارک، و دکتر مایکل شوارتز، محقق دیابت و چاقی از دانشگاهپزشکی UWدر سیاتل، نویسندگان ارشد مقاله ی منتشر شده در ارتباطات طبیعت بودند. دکتر Marie Bentsen  و دکتر Dylan Rausch، نویسندگان اصلی این مقاله از آزمایشگاه های آنها بودند.

این تیم بین المللی از دانشمندان، تغییرات بیان ژن ناشی از درمان با فاکتور رشد  فیبروبلاست 1 در انواع مختلف سلولهای مغزی واقع در هیپوتالاموس را با جزئیات بررسی کردند. این ناحیه ی کوچک مغزی، بسیاری از عملکردهای بدن از جمله: سطح قند خون، گرسنگی ، مصرف غذا و استفاده و ذخیره انرژی را تنظیم می کند.

دانشمندان دریافتند که سلولهای گلیال، که نه تنها پشتیبانی ساختاری را فراهم می کنند بلکه به سازماندهی و تنظیم فعالیت مدار عصبی نیز کمک می کنند، واکنش شدیدتری نسبت به نورونها نشان می دهند – نورون ها همان سلولهای مغزی هستند که نقش آنها انتقال الکتریکی اطلاعات است.

محققان همچنین، افزایش تعاملات را بین آستروسیت ها و زیرمجموعه ای از نورون ها که پروتئین مرتبط با آگوتی را تولید می کنند (نورون هایAgrp) مشاهده کردند. آستروسیت ها سلول های گلیای ستاره ای شکل و فراوانی هستند که نورون ها را تغذیه می کنند و از انتقال الکتریکی آنها پشتیبانی می کنند. نورون هایAgrp ، اجزای اساسی سیستم سیگنالینگ ملانوكورتین هستند که یك مدار مغزی بسیار مهم برای كنترل تغذیه، وزن بدن و قند خون هستند.

مطالعات قبلی نشان داده اند که فعال شدن بیش از حد سلولهای عصبی Agrp،باعث کاهش سیگنالینگ ملانوکورتین می شود. این اثر با ایجاد دیابت در افراد و جوندگان مرتبط است. محققان خاطرنشان كردند اگر از سیگنالینگ ملانكورتین، پس از تزریق فاكتور رشد فیبروبلاست 1 به مغز جلوگیری شود، از بهبود پایدار دیابت جلوگیری می گردد.

از جمله انواع سلولهای دیگر که به شدت به فاکتور رشد  فیبروبلاست 1 پاسخ می دهند، سلولهای کشیده ای به نام tanycytesهستند که نوعی سلول گلیال حساس به مواد مغذی می باشند که فقط در هیپوتالاموس یافت می شوند. محققان اذعان داشتند که سهم آنها در عادی سازی سطح گلوکز نیاز به مطالعه بیشتری دارد.

در مقاله منتشر شده درNature Metabolism ، دانشمندان ساختارهایی را کشف کردند که نقش آنها پیش از این در مکانیسم القایبهبودی دیابت توسط فاکتور رشد فیبروبلاست 1، ناشناخته بود.اینها شبکه های پرینورونال هستند که نورونهای تنظیم کننده قند خون را در هیپوتالاموس، از جمله نورونهایAgrp  را در بر می گیرند. نویسنده اصلی این مقاله دکترKim Alonge ، استاد دانشکده پزشکی UW است و نویسنده ی ارشد آن دکتر مایکل شوارتز است.

شبکه های Perineuronal، با در بر گرفتن سلول های عصبی یا همان نورونها، و ایجاد اتصال بین آنها، ثبات مدار عصبی را تقویت می کنند. محققان می خواستند بدانند که آیا دیابت مرتبط با چاقی، با تغییر ساختاری در شبکه ی پرینورونال ارتباط دارد و اگر چنین ارتباطی وجود دارد آیا قابل درمان است؟

تیم تحقیقاتی اشاره کرد که در مدل موش صحرای Zucker که مدل دیابت نوع 2 مرتبط با چاقی است،شبکه ی پرینورونال در هیپوتالاموس در مقایسه با موش های صحرایی دارای سطح طبیعی قند خون، بسیار نایاب هستند، اما در سایر قسمت های مغز، این شبکه ها طبیعی و فراوان هستند.

این شبکه های پرینورونال از دست رفته در هیپوتالاموس، به دنبال تزریق فاکتور رشد فیبروبلاست 1 به مغز، به سرعت ترمیم شدند. دانشمندان نشان دادند که توانایی فاکتور رشد فیبروبلاست 1 در بهبود دیابت با از بین بردن شبکه های پرینورونال از طریق هضم آنزیمی، مختل می شود. در مقابل، برای تأثیر فاکتور رشد فیبروبلاست 1، به شبکه های پرینورونال سالم نیاز نیست.

این یافته ها نشان داد که شبکه های پرینورونال می توانند به عنوان اهداف کلیدی برای بهبود پایدار دیابت از طریق عملکرد فاکتور رشد فیبروبلاست باشند. محققان حدس می زنند که شاید این شبکه ها به محدود کردن فعالیت سلول های عصبی Agrp کمک کرده و در نتیجه سیگنالینگ ملانوکورتین را افزایش دهند.

محققان قصد دارند تا فاصله بین پاسخهای سلولی (و خارج سلولی) به فاکتور رشد فیبروبلاست 1 و عادی سازی سطح قند خون را برطرف کنند. آنها امیدوارند که این تحقیقات در نهایت منجر به کشف استراتژیهای جدیدی برای دستیابی به بهبود پایدار دیابت در بیماران شود.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-09-brain-diabetes-remission-rodents.html