Nedávná studie publikovaná v Proceedings of the National Academy of Sciences přináší nová zjištění týkající se vlivu nedostatečného spánku na mozkovou tkáň. Výzkum naznačuje spojitost mezi spánkovou deprivací a ztenčením myelinové vrstvy, což vede ke zpomalení přenosu signálů v axonech. Bylo také pozorováno, že obnova homeostázy cholesterolu může poškození zvrátit.
Kvalita spánku je považována za jeden z vnějších faktorů ovlivňujících dlouhověkost. Nedostatečný spánek má dopad nejen na kognitivní funkce, ale je rovněž spojován s řadou zdravotních problémů, včetně zvýšeného rizika demence, kardiovaskulárních onemocnění a poruch imunitního systému. Přesné mechanismy, které za těmito souvislostmi stojí, jsou předmětem dalšího výzkumu. Tým vědců z Itálie a Španělska se v této studii zaměřil na objasnění některých těchto mechanizmů.
Výzkumníci zahájili práci analýzou databáze Human Connectome Project, kde hledali korelace mezi spánkovou deprivací a strukturálními změnami v mozku. Zjistili významnou negativní korelaci mezi kvalitou spánku a mikrostrukturální integritou bílé hmoty, která byla měřena magnetickou rezonancí. To znamená, že horší kvalita spánku souvisela s horším stavem bílé hmoty, a tento efekt byl pozorován napříč celým mozkem.
Oligodendrocyty jsou buňky zodpovědné za tvorbu myelinových obalů kolem axonů. Myelinová vrstva izoluje axony a zajišťuje rychlý a věrný přenos signálů. Vědci podrobili potkany desetidenní spánkové restrikci. Následně u nich zjistili rozsáhlé snížení integrity bílé hmoty, redukci barvení myelin basic protein (MBP) v corpus callosum, tenčí myelinové obaly a menší počet progenitorových buněk oligodendrocytů (OPCs). Souhrnně tato zjištění poukazují na deficit myelinu. Pro vyloučení vlivu stresu jako primárního faktoru byla provedena samostatná kohorta s chronickým mírným stresem. Kortiko-kortikální vyvolané odpovědi a hladiny kortikosteronu zůstaly při samotném stresu nezměněny, což naznačuje, že pozorované účinky jsou specifické pro nedostatek spánku.
U potkanů s omezeným spánkem bylo zaznamenáno přibližně 33% prodloužení latence v transkalózním vedení, což indikuje pomalejší přenos signálů mezi mozkovými hemisférami. Nedostatek spánku rovněž ovlivnil kognitivní funkce, projevující se horším rozpoznáváním nových objektů a sníženým motorickým výkonem na rotarodu, a také narušenou interhemisférickou synchronizací neuronální aktivity, zejména během NREM spánku.
**Role cholesterolu v dysfunkci myelinu**
Analýza transkriptomických dat specifických pro oligodendrocyty odhalila, že nedostatek spánku výrazně narušil dráhy související s cholesterolem. Byly pozorovány snížené hladiny genů pro biosyntézu a transport cholesterolu, zatímco geny pro stres endoplazmatického retikula (ER) a degradaci lipidů byly zvýšeny. Studie uvádí, že analýza genové exprese v oligodendrocytech ukázala, že nedostatek spánku významně narušil ER a lipidovou homeostázu, zejména metabolismus cholesterolu.
Přímá měření potvrdila výrazně snížené hladiny cholesterolu v purifikovaných myelinových frakcích u myší s deprivací spánku. Tato ztráta cholesterolu vedla ke zvýšení fluidity membrány ve vnitřním listu myelinové membrány, což by mohlo oslabit izolační vlastnosti myelinu. Autoři vysvětlují, že optimální fluidita a zakřivení membrány v myelinu vyžaduje vysoké hladiny cholesterolu. Tato skutečnost zajišťuje stabilitu membrány, minimalizuje únik iontů a posiluje izolační vlastnosti myelinových membrán. Zaznamenané snížení cholesterolu v myelinu výzkumníci spojují s deficity v intracelulárních transportních mechanismech. Nedostatek spánku způsobil minimální změny v ostatních lipidech. Studie upřesňuje, že dopad nedostatku spánku na hlavní transkripty související s cholesterolem byl výraznější v oligodendrocytech než v jiných typech mozkových buněk.
**Možnosti obnovy funkcí**
Tým předpokládal, že posílením redistribuce cholesterolu během spánkové deprivace by bylo možné minimalizovat nebo zabránit dysfunkcím myelinu a obnovit optimální rychlost vedení u potkanů. Provedli experiment, při kterém podávali 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (cyklodextrin), látku podporující redistribuci cholesterolu do myelinových membrán, prostřednictvím tří subkutánních injekcí během desetidenní spánkové restrikce.
Následná měření cholesterolu v purifikovaných myelinových frakcích ukázala, že skupina s omezeným spánkem a cyklodextrinem se statisticky nelišila od normálně spících kontrolních zvířat. Léčivo tak zcela zabránilo vyčerpání cholesterolu v myelinu, které by jinak spánková restrikce způsobila. Cyklodextrin částečně upravil ultrastrukturu myelinu, i když nevedl ke snížení podílu nemyelinizovaných axonů na kontrolní úroveň ani plně neobnovil hustotu OPC v corpus callosum. U léčených zvířat však nebyla zaznamenána významná změna oproti výchozímu stavu, což znamená, že zpoždění vedení signálů bylo zcela zabráněno.
Důležité je, že léčba rovněž vedla k obnově chování. U úkolu rozpoznávání nových objektů, kde potkani s omezeným spánkem vykazovali výrazně snížený diskriminační index (nedokázali rozlišit nové od známých objektů), si potkani s omezeným spánkem léčení cyklodextrinem vedli srovnatelně s kontrolami. Na rotarodu, kde neošetřená zvířata s omezeným spánkem vykazovala nižší skóre motorického výkonu, se skupina s cyklodextrinem opět chovala na kontrolní úrovni. Autoři poznamenávají, že vzhledem k tomu, že zvířatům bylo poskytnuto 24 hodin na zotavení před behaviorálním testováním, je nepravděpodobné, že by zbytková fyzická únava vysvětlovala motorické deficity.
Cyklodextrin však není nástroj s vysokou přesností. Usnadňuje širokou redistribuci cholesterolu. I když nedávné práce naznačují, že jeho účinky jsou převážně na oligodendrocyty, autoři připouštějí, že může pomáhat i jiným typům buněk. Přestože experiment s obnovou ukazuje, že obnova cholesterolové homeostázy je dostatečná k prevenci behaviorálních deficitů, je zapotřebí dalšího výzkumu k prokázání, že oligodendrocyty jsou jedinou populací buněk, která je v tomto procesu klíčová.