Голодный мозг. Как перехитрить инстинкты, которые заставляют нас переедать

За три года до начала стажировки Шварца исследователь Сатья Карла обнаружила, что инъекция белка под названием нейропептид Y (NPY) в мозг крысы вызывает приступ переедания. Кроме того, ученые выяснили, что NPY производят нейроны дугообразного ядра, которое находится в гипоталамусе рядом с вентромедиальным ядром гипоталамуса, или центром сытости. Концентрация нейропептида Y возрастает после голодания, поэтому ученые предположили, что NPY отвечает за чувство голода (рис. 34). Эти сведения позволили Шварцу, Порте и Вудсу выдвинуть теорию о существовании в мозге некоего аппарата, который контролирует объем потребляемой пищи и состояние адипозности.

Рис. 34. Дугообразное ядро гипоталамуса.

В то время в центре внимания Шварца был гормон инсулин, который играет важную роль в регуляции сахара и жира в крови.[113] Уровень инсулина в крови повышается, когда человек переедает и набирает лишний вес, и снижается, если человек недоедает и худеет. По этой причине Шварц стал рассматривать инсулин как сигнал, идущий в мозг, с целью запустить механизм регуляции адипозной ткани. Совместно с коллегами Шварц сумел доказать, что инъекция инсулина в мозг крысы уменьшает темп производства NPY в гипоталамусе и снижает аппетит. Тогда впервые ученым удалось нарисовать биологическую карту, ведущую от потребления пищи к гормону крови, затем – к мозгу и снова к потреблению пищи.

Однако, по словам Шварца: «Мы знали, что дело не только в инсулине». Он и его коллеги хорошо были знакомы с результатами работы Коулмэна, который проводил опыты с парабиозом мышей с геном Жирдяя. Они понимали, что инсулином нельзя объяснить выводы Коулмэна. За этим стояло нечто большее.

Когда Фридман опубликовал статью о гене ob, Шварц, Порте и Вудс сразу же поняли, что лептин как раз и является тем недостающим звеном, которое они пытались отыскать. «Нам казалось логичным подозревать, что лептин, как и инсулин, функционирует схожим образом, то есть угнетает деятельность нейронов, стимулирующих голод», – вспоминает Шварц. После четырех месяцев изнурительной работы и спустя тысячи использованных микроскопических слайд-планшетов подозрения ученых оправдались. Лептин снижает концентрацию «голодного» NPY. Таким образом, можно утверждать, что лептин контролирует объемы потребляемой пищи (отчасти) посредством снижения уровня концентрации NPY в головном мозге. Это открытие стало первым шагом на пути истинному пониманию работы липостата.

Шварц отправил работу своей исследовательской группы в журнал Science – самое влиятельное периодическое издание в мире науки. «Я тогда только получил звание профессора и приступил к серьезной исследовательской деятельности, – вспоминает Шварц. – Меня еще никто не знал, так что мне выпала хорошая возможность себя проявить». Через месяц после отправки работы в журнал он получил письмо от редактора Science, текст которого навсегда запечатался в памяти Шварца. «До нашего сведения дошло, что статья была принята для публикации в другом месте, что в значительной степени ставит под угрозу новизну вашего открытия».

Группа конкурентов под руководством Марка Хеймана из фармацевтической компании EliLilly присвоила себе его открытие. Шварцу пришлось опубликовать новую версию статьи в журнале Diabetes, что тоже было неплохо, но, конечно, не настолько престижно, как в Science. Неудача возмутила ученых. «Мы знали, что впереди нас ждет еще много состязаний и почти из всех мы вышли победителями, так как на карту было поставлено все».

Следом обрушилась настоящая информационная лавина. Шварц, Порте, Вудс, молодой ученый Рэнди Сили из лаборатории Вудса и несколько других конкурирующих между собой ученых начали публиковать данные своих исследований. Вскоре после исследования NPY Шварц опубликовал работу, где доказал, что гипоталамус, а конкретно дугообразное ядро, содержит высокую концентрацию лептиновых рецепторов. Кроме того, росло количество свидетельств о новой группе белков под названием меланокортины, которые выполняют функцию, обратную воздействию нейропептидов Y, или NPY. Инъекции меланокортинов в мозг грызунов способствовали снижению объемов потребляемой пищи.[114] Так же как и NPY, меланокортины содержатся в определенных нейронах в одном из участков дугообразного ядра. Нейроны получили название проопимеланокортин-нейрон (ПОМК-нейрон), или кортикотропинподобный иммунный пептид. Ученые из группы Шварца обнаружили, что уровень меланокортина регулируется лептином, который также регулирует уровень NPY, но только противоположным образом. С помощью меланокортина и NPY, содержащихся в мозге, лептин на клеточном уровне обеспечивает контроль над потреблением пищи и состоянием адипозности.