Если мозг перестаёт адекватно реагировать на инсулин (инсулинорезистентность), это может привести к увеличению веса, диабету и болезни Альцгеймера. Исследователи из Немецкого центра исследований диабета (DZD) в Потсдаме и Тюбингене обнаружили небольшие химические изменения в генетическом материале (эпигенетические изменения) в крови, которые указывают на то, насколько хорошо мозг реагирует на инсулин. Эти маркеры могут помочь выявить инсулинорезистентность в мозге с помощью простого анализа крови. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Translational Medicine .

«Инсулин не только участвует в обмене веществ, но и играет ключевую роль в работе мозга, регулируя когнитивные функции, аппетит и энергетический гомеостаз», — объясняет профессор, доктор Стефани Кульман. Она — научный сотрудник Института исследований диабета и метаболических заболеваний (IDM) при Мюнхенском университете имени Гельмгольца при Тюбингенском университете и первый автор данной публикации.

На сегодняшний день выявление инсулинорезистентности мозга остаётся дорогостоящим и трудоёмким процессом, поскольку биомаркеры пока отсутствуют. «Наше новое исследование показывает, что мы можем извлекать из крови эпигенетические сигнатуры, которые очень точно указывают, реагирует ли мозг на инсулин или перестал», — говорит профессор, доктор Аннет Шюрманн из Немецкого института питания человека Потсдам-Ребрюкке (DIfE).

Точная классификация благодаря машинному обучению
Для выявления эпигенетических маркеров исследовательская группа использовала метод машинного обучения для анализа паттернов метилирования ДНК (небольших химических изменений в ДНК) в крови. Они изучали людей без диабета 2 типа (СД2), у которых различалась реакция мозга на инсулин, но были схожие показатели периферической чувствительности к инсулину. Данные визуализации, метаболические данные и эпигенетические данные были интегрированы в процесс машинного обучения.

В первой группе исследований, в которой приняли участие 167 человек, исследователи идентифицировали 540 так называемых участков CpG с паттернами метилирования, которые позволили надежно различать людей с резистентностью к инсулину в мозге и без нее.

«Примечательно, что многие из этих участков метилирования были связаны с повышенным риском развития сахарного диабета 2 типа», — сообщает Мерием Оуни из DIfE, последний автор исследования. «Это предполагает взаимосвязь между инсулинорезистентностью мозга и метаболическими заболеваниями».

Результаты впоследствии были подтверждены в двух независимых репликационных когортах с 33 и 24 участниками — с высокой степенью точности (83–94%). «Мы смогли показать, что эти сигнатуры надёжны независимо от возраста или ИМТ», — подчёркивает Шурманн.

Во всех 540 исследованных CpG-сайтах наблюдались изменённые паттерны метилирования. Для 98 из выявленных CpG-сайтов исследователи обнаружили корреляцию между метилированием в крови и мозге в общедоступном наборе данных. Многие из соответствующих генов играют роль в развитии нейронов, формировании синапсов и передаче сигнала. «Наши результаты свидетельствуют о том, что эпигенетический профиль в крови может отражать ключевые процессы в мозге», — объясняет Оуни.

Предыдущие исследования уже показали, что люди с инсулинорезистентностью в мозге хуже реагируют на изменения образа жизни, накапливают больше висцерального жира и чаще испытывают тягу к еде — все это факторы риска развития сахарного диабета 2 типа.

«В будущем недавно идентифицированные эпигенетические маркеры могут служить инструментом скрининга для раннего выявления пациентов из группы риска и назначения им целенаправленного лечения, например, посредством более интенсивных изменений образа жизни или использования новых активных веществ», — говорит Оуни. «Если мы узнаем, у кого в мозге наблюдается инсулинорезистентность, мы сможем сделать вмешательства гораздо более целенаправленными и эффективными».

Теперь цель команды — разработать стандартизированную тестовую панель на основе 540 идентифицированных участков CpG, которую можно будет использовать в клинической практике.

Вопрос о том, можно ли использовать эпигенетические сигнатуры в крови для раннего выявления нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, остается вопросом будущих исследований.