Кофеин и его метаболит: как крысы стали умнее

Метаболит кофеина 1-МХ улучшает память и здоровье мозга, сообщает исследование.
Новое исследование, опубликованное в журнале PLOS ONE, предполагает, что менее известный метаболит кофеина, называемый 1-метилксантином (1-МХ), может помочь улучшить память и поддержать здоровье мозга как у молодых, так и у пожилых животных. Исследователи выяснили, что крысы, получавшие 1-МХ в течение 12 дней, лучше справлялись с задачами на запоминание и показывали увеличение ключевых химических веществ в мозге, связанных с обучением, нейропротекцией и антиоксидантной защитой.
Кофеин - одно из самых широко потребляемых психоактивных веществ в мире, известное своими стимулирующими эффектами и способностью улучшать внимание и кратковременную память. Однако большая часть активности кофеина в организме зависит от того, как он распадается на другие соединения. Одним из основных продуктов метаболизма кофеина является параксантин, который, как показали исследования, улучшает память и активность мозга как у людей, так и у животных. Еще одно соединение, образующееся при дальнейшей переработке кофеина, это 1-МХ.
Несмотря на распространенность 1-МХ в организме после потребления кофеина, его потенциальное влияние на когнитивные функции и здоровье мозга никогда не тестировалось непосредственно. Авторы нового исследования решили заполнить этот пробел, исследуя, может ли ежедневное применение 1-МХ улучшить показатели памяти и повлиять на различные мозговые химические вещества, связанные с обучением, старением и нейродегенерацией.
Для изучения воздействия 1-МХ исследователи использовали 32 самца крыс швейцарской альбиносовой породы, разделенных на две возрастные группы: 16 молодых крыс (8 недель) и 16 пожилых крыс (16 месяцев). Каждая возрастная группа была дополнительно разделена на контрольную группу и группу, получающую 1-МХ. Подопытные животные получали эквивалентную человеческой дозу в 100 миллигаммов 1-МХ, принимаемую перорально в течение 12 дней подряд.
На 15-й день крысы прошли широко используемое тестирование памяти, известное как «лабиринт Морриса». В этой задаче животных помещают в бассейн с водой, и они должны найти скрытую платформу, используя пространственные подсказки из окружающей среды. Основная мера обучения - это латентность побега, или то, сколько времени требуется животному, чтобы найти платформу. Более короткое время побега указывает на лучшее усвоение информации.
После окончания финальной проверки крысы были усыплены, и их мозги были исследованы на наличие нескольких биологических маркеров. Исследователи измерили уровни нейротрансмиттеров, включая ацетилхолин, дофамин и гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), а также другие мозговые химические вещества, связанные с памятью, антиоксидантной активностью и старением. Эти маркеры включали нейротрофический фактор мозга (BDNF), глутатион, каталаза, циклический GMP и бета-амилоид.
Крысы, получавшие добавку 1-МХ, значительно лучше справились с тестами на память. Молодые крысы из группы 1-МХ продемонстрировали 39%-ное снижение латентности побега по сравнению с контрольной группой, тогда как у пожилых крыс улучшение составило 27%. Хотя молодые животные, как правило, быстрее усваивали задачу в целом, обе возрастные группы получили выгоду от добавки.
Биологические анализы показали, что 1-МХ оказал широкое влияние на химический состав мозга. Крысы, принимавшие 1-МХ, имели более высокие уровни ацетилхолина, дофамина и ГАМК. Эти нейротрансмиттеры играют ключевую роль в внимании, мотивации, подавлении и обучении. Увеличение циклического GMP, молекулы, участвующей в передаче сигналов внутри клеток, указывало на улучшение синаптической связи.
Подкрепленные животные также показывали признаки улучшенного здоровья мозга. Уровень BDNF, белка, который поддерживает рост и выживание нейронов, был повышен в группе 1-МХ. Уровни глутатиона и каталазы — двух важных антиоксидантов — также были выше, особенно у пожилых животных. Это предполагает, что 1-МХ может помочь защитить от окислительного стресса, процесса, который способствует снижению когнитивных функций с возрастом.
Важно отметить, что в исследовании также было установлено снижение уровня амилоида бета 1-40, фрагмента белка, который может накапливаться в мозге и связан с развитием болезни Альцгеймера. Наличие более низких уровней амилоида бета говорит о том, что 1-МХ может иметь защитный эффект против возрастных изменений в нейрологии.
Эти результаты свидетельствуют о том, что 1-МХ - это больше, чем просто метаболический побочный продукт кофеина - он может играть активную роль в поддержке когнитивной функции и здоровья мозга. Улучшение памяти, наблюдаемое как у молодых, так и у старых животных, указывает на то, что 1-МХ может улучшить обучение независимо от возраста. Связанные увеличения нейротрансмиттеров и нейропротекторных соединений указывают на возможный механизм этих когнитивных преимуществ.
Хотя кофеин и его более известный метаболит параксантин были исчерпывающе изучены, это исследование является первым, которое непосредственно изучает физиологические эффекты 1-МХ. Факт, что 1-МХ улучшает память и увеличивает маркеры мозга подобно или даже лучше, чем кофеин и параксантин, предполагает, что он может стать многообещающим кандидатом для дальнейших исследований в области когнитивного улучшения.
Хотя результаты обнадеживают, следует отметить несколько ограничений. Во-первых, исследование проводилось на крысах, и результаты могут не иметь прямого переноса на людей. Мозги животных отличаются важными способами от человеческих, и сложная природа человеческой когниции требует дополнительных исследований.
Во-вторых, в исследовании использовался только один поведенческий тест для оценки памяти. Латентность побега в водном лабиринте предоставляет представление о пространственном обучении, но не охватывает другие аспекты познавательной функции, такие как внимание, решение проблем или долгосрочная память. В будущем исследования могли бы включать более широкий спектр когнитивных тестов, чтобы определить полный эффект 1-МХ.
В-третьих, в этом эксперименте использовались только самцы крыс. Существуют растущие подтверждения тому, что половые различия могут влиять на то, как препараты и добавки влияют на мозг, поэтому будущие исследования должны включать самок, чтобы лучше понять, распространяются ли наблюдаемые преимущества на оба пола.
Кроме того, исследователи измеряли уровни химических веществ в мозге по всему объему, вместо того, чтобы изолировать конкретные области, такие как гиппокамп или префронтальная кора, которые непосредственно участвуют в памяти и обучении. Измерение изменений нейротрансмиттеров в специфических областях мозга могло бы предоставить более полное понимание того, как 1-МХ влияет на когнитивные процессы.
Наконец, продолжительность исследования была относительно короткой. Хотя 12 дней добавки было достаточно для обнаружения изменений в памяти и химии мозга, остается неясным, сохранятся ли эти эффекты с течением времени или будут ли разные дозы более или менее эффективными. Будущие долгосрочные исследования и испытания дозовой зависимости будут необходимы, чтобы изучить безопасность и устойчивое влияние добавки 1-МХ.
«В заключение, метаболит кофеина 1-МХ физиологически активен и увеличивает память, уровни нейротрансмиттеров, нейропластичность и несколько маркеров здоровья нейронов. Наше исследование демонстрирует, что 1-МХ является новым ноотропным диетическим ингредиентом, поддерживающим здоровье и производительность мозга», - написали исследователи.
Статья «1-Метилксантин улучшает память и уровни нейротрансмиттеров» была написана Ральфом Ягером, Сидни Абоу Саваном, Марко Орру, Грантом М. Тинсли, Мартином Пурпурой, Шоном Д. Уэлсом, Килином Ляо и Ашоком Годаварти.