میتوکندری ممکن است کلید اضطراب و سلامت روانی باشد

منتشر‌شده در: مجله quanta به تاریخ ۱۰ آگوست ۲۰۲۰
لینک منبع: Mitochondria May Hold Keys to Anxiety and Mental Health

کارمن سندی شک و تردیدی را به یاد می‌آورد که در ابتدا با آن مواجه شده بود. او که یک دانشمند علوم اعصاب در موسسه تکنولوژی فدرال سوئیس در لوزان بود، از این تصور پیروی کرده بود که چیزی که در داخل مدارهای عصبی بحرانی در جریان است می‌تواند رفتار مضطرب را توضیح دهد؛ چیزی فراتر از سلول‌های مغزی و ارتباطات سیناپسی بین آن‌ها. آزمایش‌هایی که او در سال ۲۰۱۳ آغاز کرد نشان داد که نورون‌های درگیر در رفتارهای مرتبط با اضطراب، ناهنجاری‌هایی را نشان می‌دهند: میتوکندری آن‌ها، اندامک‌هایی که اغلب به عنوان کارخانه نیروی سلولی توصیف می‌شوند، خوب کار نمی‌کنند-آن‌ها به طور عجیبی سطوح پایینی از انرژی تولید می‌کنند.

این نتایج نشان می‌دهد که میتوکندری ممکن است در علائم مربوط به استرس در حیوانات نقش داشته باشد. اما این ایده بر خلاف دیدگاه «سیناتو-مرکزی» مغز که در آن زمان بسیاری از دانشمندان علوم اعصاب به آن باور داشتند، پیش رفت. برای همکاران او باور کردن شواهد سندی مبنی بر این که در افراد مضطرب-حداقل در موش‌ها-میتوکندری داخل نورون‌های کلیدی ممکن است مهم باشد، دشوار بود.

سندی گفت: «هر زمان که من این اطلاعات را ارائه می‌کردم، آن‌ها به من می‌گفتند: این بسیار جالب است، اما شما اشتباه متوجه شدید.»

با این حال، تعداد رو به رشدی از دانشمندان در طول دهه گذشته به او پیوسته‌اند یا در این فکر بوده‌اند که آیا میتوکندری ممکن است نه تنها برای سلامت عمومی فیزیکی ما بلکه برای سلامت روانی ما نیز ضروری باشد. به طور خاص، آن‌ها بررسی کرده‌اند که آیا میتوکندری بر چگونگی پاسخ ما به استرس و شرایطی مانند اضطراب و افسردگی تاثیر می‌گذارد یا خیر.

اگرچه بیشتر شواهد تا کنون ابتدایی هستند، اما به یک ارتباط اساسی اشاره دارند. به نظر می‌رسد که میتوکندری در مرکز وجود پاسخ استرس قرار دارد و هم به عنوان میانجی آن خدمت می‌کند و هم به عنوان هدفی برای آسیبی که می‌تواند برساند. برای برخی از محققان درگیر در این کار، واکنش استرس حتی شبیه نوعی عمل هماهنگ توسط میتوکندری در سراسر بدن است که با پردازش عصبی تعامل دارد.

مارتین پیکارد از مرکز پزشکی ایروینگ دانشگاه کلمبیا در نیویورک که آزمایشگاهش به پیشگامی در این تحقیق کمک کرده‌است گفت: «من فکر می‌کنم به میتوکندری کم‌ بها داده شده است. آن‌ها اندامک‌های سرپرستی اجرایی سلول هستند.» اکنون دانشمندان می‌توانند بفهمند که اهمیت اندامک‌ها برای درمان‌های آینده چیست.

میتوکندری و سلامت روان

میتوکندری ساختارهای کوچکی در داخل سلول‌های پیچیده (یوکاریوتی) هستند که آدنوزین تری فسفات یا ATP را تولید می‌کنند که سوخت شیمیایی برای بیشتر فرآیندهای متابولیک است. لیزا کالینچوک، نایب‌رئیس تحقیقات در دانشگاه ویکتوریا در کانادا، گفت: « ATP انرژی است که به سلول‌های زنده اجازه می‌دهد تا در زمان زنده بودن خود کارهای لازم را انجام دهند.» اندامک‌ها مهاجمانی باستانی هستند-بقایای باکتری‌های همزیست که حدود ۲ میلیارد سال پیش خود را با سلول‌های میزبان یکی کردند و برای تولید انرژی متخصص شدند. میتوکندری هنوز مقدار کمی DNA خود را حمل می‌کند، اگر چه فقط با ۳۷ ژن، آن‌ها مواد ژنتیکی کمتری نسبت به هر باکتری زنده دارند.

در سال ۱۹۷۵ زمانی که داگلاس والاس و همکارانش در دانشگاه ییل ارتباط بین DNA میتوکندری و اختلال ژنتیکی را شرح دادند، ظهور رابطه بین میتوکندری و بیماری شروع شد. در طول دهه ۱۹۹۰، محققان اثرات جهش در DNA میتوکندریایی را به شرایط مختلف دیگر ارتباط دادند. از هر ۵۰۰۰ نفر یک نفر مبتلا به نوعی بیماری میتوکندریایی ارثی است که می‌تواند شامل دیابت، مشکلات بینایی و شنوایی، مشکلات یادگیری و اختلالات دیگر باشد. با این حال، تنها در دهه اخیر یا بیشتر، دانشمندان به طور جدی به بررسی تاثیر میتوکندری بر سلامت روان و رفاه، به ویژه هنگامی که به استرس، اضطراب و افسردگی مربوط می‌شود، پرداخته‌اند.

کار سندی از این شهود سرچشمه گرفت که میتوکندری ممکن است عملکرد مسیرهای مغزی منتخب را تغییر دهد. مغز ما، با اینکه تنها ۲٪ وزن ما را تشکیل می‌دهد، اما ۲۰٪ اکسیژن بدن را مصرف می‌کند. او فرض کرد که کمبود تولید انرژی سلولی در مدارهای عصبی بحرانی ممکن است کمبود کلی انگیزه و اعتماد به نفس که در افراد مستعد اضطراب دیده می‌شود را توضیح دهد.

وقتی سندی موش‌ها را در رقابت برای ایجاد یک سلسله‌مراتب اجتماعی قرار داد، متوجه شد که حیواناتی که اضطراب کمتری دارند، به احتمال زیاد در جایگاه برتر قرار می‌گیرند. مطالعات بیشتر نشان داد که این حیوانات کم‌اضطراب، عملکرد میتوکندری بیشتری در هسته اکومبنس دارند؛ بخشی از مغز که برای انگیزه دادن به رفتار و تولید تلاش حیاتی است.

تحقیقات دیگر در بسیاری از آزمایشگاه‌ها روابط بیشتری را بین استرس و میتوکندری کشف کرده‌اند. در سال ۲۰۱۸، پیکارد و پیشگام در تحقیقات استرس، بروس مک اوین، که اوایل امسال فوت کرد، یک فراتحلیل از ۲۳ مطالعه در مورد میتوکندری و اضطراب منتشر کردند: ۱۹ مقاله برای نشان دادن «اثر منفی قابل‌توجه استرس روانی بر میتوکندری» و حتی چهار مطالعه دیگر در مورد تغییر در اندازه یا عملکرد میتوکندری در پاسخ به استرس.

مقاله بررسی سال ۲۰۱۸ انک هافمن از موزه تاریخ طبیعی در برلین و دیتمار شپنگلر از موسسه روان‌پزشکی ماکس پلانک در مونیخ شواهدی را خلاصه کرد مبنی بر اینکه میتوکندری می‌تواند در پاسخ‌های ساختاری و عملکردی مغز به استرس اولیه زندگی میانجیگری کند و به عنوان «یک بستر زیر سلولی در فرآیند برنامه‌نویسی خدمت کند». شواهد تجربی برای ارتباط بین عملکرد میتوکندری و سلامت روانی هنوز آزمایشی است و محدودیت‌های مهمی دارد، اما به اندازه کافی قوی هست تا دانشمندان را متقاعد کند که عمیق‌تر به آن بپردازند.

تداخل میتوکندری

یک راز که هنوز تحت بررسی است، جزئیات آنچه که برای میتوکندری تحت استرس اتفاق می‌افتد را در بر می‌گیرد. بهترین حدس پیکارد این است که این فرآیند زمانی شروع می‌شود که یک محرک برای استرس، باعث می‌شود تا سلول‌ها را در غدد آدرنالی، هورمون کورتیزول آزاد کنند. در داخل آن سلول‌ها، میتوکندری با تبدیل کلسترول به کورتیزول، هورمون را سنتز می‌کند (به کمک یک اندامک دیگر، شبکه اندو پلاسمیک). سپس کورتیزول در خون به سرتاسر بدن سفر می‌کند. گیرنده‌های ویژه، کورتیزول را به هسته سلول‌ها حمل می‌کنند و حدود ۱۰۰۰ ژن را فعال می‌کنند تا به سلول‌ها کمک کنند برای پاسخ «جنگ یا گریز» آماده شوند. اما این گیرنده‌ها همچنین بخشی از کورتیزول ورودی به میتوکندری را عبور می‌دهند که در آن با DNA میتوکندری تعامل می‌کند و تولید انرژی را موثرتر می‌سازد.

در واقع، میتوکندری در غدد آدرنال هورمون استرس را تولید می‌کند و به دیگر میتوکندری‌ها در کل بدن سفر کرده و پاسخ استرس یکپارچه را ایجاد می‌کند. پیکارد گفت: « این کار باعث ایجاد تداخل میتوکندری زیبا بین اندام‌ها می‌شود که خیلی مورد بحث قرار نگرفته و یا توسعه نیافته است.»

هنگامی که میتوکندری در پاسخ به آن سیگنال‌ها تنظیم می‌شود، ممکن است شکل خود را از شکل لوبیا به ساختار کشیده و نامنظم تغییر دهند، از هم جدا شوند یا با هم ترکیب شوند. شکستن این ادغام و فرآیندهای شکافت می‌تواند منجر به آسیب سلولی و حتی مرگ شود. پیکارد این اختلال را به انزوای اجتماعی تشبیه می‌کند-زمانی که میتوکندری‌ها نمی‌توانند با یکدیگر صحبت کنند، آن‌ها بدتر عمل می‌کنند.

مشخص کردن این که چگونه استرس بر میتوکندری سلول‌های مغز تاثیر می‌گذارد، اغلب شامل قربانی کردن حیوانات است-روشی که به طور واضح برای انسان‌ها غیرممکن است. با این وجود، مطالعات کمی که راه‌هایی را برای کشف مشکل در افراد یافته‌اند، نشانه‌هایی از ارتباط پیدا کرده‌اند.

یکی از آن‌ها یک مطالعه در سال ۲۰۱۹ در زمینه روانشناسی غدد به رهبری کارولین ترامپوف، محقق فوق‌دکترا در آزمایشگاه پیکارد بود. او و همکارانش آنا مارسلاند و برت کافمن در دانشگاه پیتسبورگ یک نمونه کوچک از بزرگسالان میانسال سالم را در نظر گرفتند و ارتباط بین استرس روانی حاد و افزایش سریع بخش‌های کوتاه DNA شناور در بیرون از سلول‌ها را یافتند. چنین بخش‌هایی از DNA میتوکندری معمولا در طول وقایع آسیب زای مربوط به جراحت و یا بیماری آزاد می‌شوند. تاثیر آن در مردان بیشتر از زنان بود.

تشخیص اینکه چگونه این نوع آسیب میتوکندریایی مرتبط با استرس رخ می‌دهد یک کار در حال انجام است. سندی گفت که یک توضیح محتمل این است که اضافه فعالیت میتوکندری در واکنش به استرس باعث می‌شود که آن‌ها مولکول‌های بیشتری به نام گونه‌های اکسیژن واکنش پذیر تولید کنند که می‌تواند برای سلول‌ها سمی باشد.

دانشمندان همچنین به نظر می‌رسد که موافق هستند که ATP نیز در این موضوع درگیر است. پیکارد گفت: « توانایی بدن در حساسیت نسبت به جهان خارج و سپس برای ایجاد پاسخ داخلی، همه انرژی محور است.» مطالعات نشان می‌دهند که حیوانات بیش از حد استرس زده ممکن است تولید ATP مرطوب را نشان دهند که می‌تواند به بسیاری از فرآیندها به ویژه تقسیم سلولی آسیب برساند. این موضوع به طور خاص به هیپوکامپ مرتبط است، ساختار مغز برای کدگذاری حافظه، یادگیری، احساسات و استرس پردازش حیاتی است. این یکی از معدود بخش‌های مغز است که طبق شواهد، در آن نورون‌های جدید ممکن است همیشه، حتی در پستانداران بالغ، ایجاد شوند.

و اگرچه میتوکندری در همه جای بدن وجود دارد، تنوع ساختاری و عملکردی آن‌ها در بافت‌ها و حتی در سلول‌های منفرد راه‌هایی را ارائه می‌دهد که در آن آسیب میتوکندریایی را می توان در مسیرهای خاص مغز به طور متفاوت احساس کرد، مانند کار من مناکو و آلساندرو پریگیون از دانشگاه هاینریش هاینه در آلمان که در ماه ژوئن در یک بررسی در مجله بین‌المللی بیوشیمی و بیولوژی سلول مورد بحث قرار گرفت. محققان دریافته‌اند که میتوکندری اغلب در موقعیت‌های کلیدی درون نورون‌ها مثل نزدیک سیناپس‌ها لنگر می‌اندازد تا ظاهرا به عملکرد آن‌ها کمک کند. اثرات میتوکندریایی نیز ممکن است از طریق سلول‌های گلیال غیر عصبی مغز اعمال شود؛ مثل الیگودندروسیت که نورون‌های غلاف در میلین و آستروسیت‌هایی که سلامت نورون‌ها را حمایت می‌کنند. گاهی اوقات نورون‌ها با عبور دادن میتوکندری آسیب‌دیده‌ به آستروسیت‌ها، آن‌ها را از بین می‌برند و آستروسیت‌ها میتوکندری سالم را برای آن‌ها می‌فرستند. اگر استرس هر یک از این فرآیندها را در مناطق مغزی مانند هسته اکومبنس مختل کند می‌تواند بر اختلالات اضطرابی تاثیر بگذارد.

به سمت مداخلات

کالینچوک خاطرنشان می‌کند که رشته روان‌پزشکی به داروهای جدید درمانی نیاز دارد و مداخلات با هدف قرار دادن میتوکندری ممکن است وعده کمک به افراد آسیب‌پذیر در برابر استرس، افسردگی و اضطراب را بدهد. آزمایشگاه او در حال بررسی اثرات ضد افسردگی یک پروتئین خارج سلولی بزرگ به نام ریلین است که یک داربست برای سلول‌های مهاجر فراهم کرده و ارتباط بین سلولی را تسهیل می‌کند. استرس میزان ریلین را در حیوانات آزمایشگاهی کاهش می‌دهد و به نظر می‌رسد که این کاهش از واکنش میتوکندریایی ناشی می‌شود. نتایج اولیه منتشر شده در ژانویه ۲۰۲۰ که در آن ریلین بر روی موش‌های نر آزمایش شد، امیدوارکننده به نظر می‌رسید؛ گروه کالینچوک انتظار دارد که بزودی گزارش دهد که آیا ماده‌ها واکنش متفاوتی نشان می‌دهند یا خیر.

آزمایشگاه سندی در سال ۲۰۱۷ نشان داد که دیازپام داروی ضد اضطراب، عملکرد میتوکندری را در موش‌ها افزایش می‌دهد. او و همکارانش همچنین ژانویه گذشته ثابت کردند که مکمل تقویت میتوکندری (استیل آل-کارنیتین) از موش‌های آسیب‌پذیر در برابر رفتارهای مرتبط با افسردگی در انسان محافظت می‌کند. او در حال حاضر در حال هم‌کاری با شرکت‌های دارویی در زمینه تحقیقات پیش بالینی بیشتر در زمینه روش‌های درمانی است که خروجی میتوکندری را افزایش می‌دهد و در حال جمع‌آوری اطلاعات در مورد متابولیت‌های مربوط به عملکرد میتوکندری است.

پیکارد در مورد پتانسیل توسعه درمان‌های دارویی با هدف میتوکندری شک و تردید بیشتری دارد. به عنوان یک جایگزین، او پیشنهاد می‌کند که مداخلات رفتاری مبتنی بر عملکرد میتوکندری، مانند ورزش، می‌تواند راهی برای این موضوع باشد. او می‌گوید ورزش کردن ممکن است «بهترین کاری باشد که می‌توانید برای میتوکندری خود انجام دهید.»

استرس پدیده‌ای بسیار پیچیده است که می‌تواند به یک علت یا یک مسیر ساده کاهش یابد. متیو هیرشی از موسسه فیزیولوژی مولکولی دانشگاه دوک معتقد است که کورتیزول عامل اصلی رابطه بین میتوکندری و استرس است و با متابولیسم ارتباط دارد، اما همچنین تاکید می‌کند که این مکانیسم‌ها کل داستان نیستند. هرشی در یک ایمیل نوشت: «میتوکندری به وضوح برای عملکرد عصبی مناسب مهم است-نورون‌ها سلول‌های بسیار فعالی هستند که برای پتانسیل عمل به انرژی زیادی نیاز دارند و بنابراین به میتوکندری نیاز دارند تا این کار را انجام دهد. اما اینکه عوامل استرس زای روانی خارجی بر عملکرد میتوکندری نورون‌ها تاثیر می‌گذارند یا خیر، و در صورت تاثیرگذاری چطور این کار را انجام می‌دهند، واقعا مشخص نیست.»

برای او مهم است که نقش میتوکندری را به عنوان قطعه‌ای در معمای بسیار بزرگ‌تر اضطراب و فیزیولوژی استرس ببیند. اما این قطعه‌ای است که به تعداد رو به رشدی از محققان انرژی بخشیده‌است، که برای سال‌های آینده مشتاقانه بر سر آن به بحث خواهند پرداخت.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.