Мозг получает сигналы из внешней среды с помощью рецепторов – зрительных, слуховых, обонятельных и пр. Слуховые рецепторы сидят в ухе (точнее, во внутреннем ухе), обонятельные – в носу, зрительные – в сетчатке глаза. Но бывает так, что рецепторы обнаруживаются вдруг совсем не там, где им полагается быть.

Исследователи из Детской больницы Цинциннати нашли светочувствительные рецепторы в нейронах преоптического ядра в гипоталамусе. Это область мозга, которая играет важную роль в регуляции суточных ритмов (сна и бодрствования), полового и родительского поведения, чувства жажды и других физиологических процессов. Светочувствительные рецепторы – это молекулы белка опсина 5 (OPN5). Опсины сидят в мембранах светочувствительных клеток (например, палочек и колбочек сетчатки глаза) и превращают свет в электрохимические сигналы, бегущие по нейронным цепям в мозг. Разные опсины настроены на разные длины волн, в частности, опсин 5 реагирует на фиолетовый свет.

В статье в Nature говорится, что нейроны гипоталамуса с OPN5 принимают сигналы от множества других нейронов мозга, которые следят за температурой кожи и регулируют обмен веществ в клетках бурого жира. Про бурый жир мы много писали – это особый тип жировой ткани, который не накапливает липиды (как белый жир), а сжигает их, причём сжигает в тепло. Поэтому бурый жир играет большую роль в терморегуляции. Нейроны, управляющие работой бурого жира, работают вместе с нейронами, которые следят за температурой тела. В целом у всех нервных клеток, которые входят в «температурную» сеть, есть общие признаки – и эти же самые признаки, как оказалось, есть у нейронов со светочувствительными белками в гипоталамусе.

Дальнейшие эксперименты показали, что активные OPN5-нейроны подавляют работу бурых жировых клеток – то есть бурый жир начинает сжигать меньше жира. И наоборот, если OPN5-нейроны молчали, бурый жир начинал активнее сжигать липиды. Соответственно, если у мышей вообще отключали ген Opn5 (все опыты ставили на мышах), то их бурый жир был активнее и температура тела была в среднем выше, чем у обычных мышей. Кроме того, модифицированные животные накапливали меньше жировых отложений, у них было меньше холестерина в крови и они лучше переносили холод.

Как было сказано выше, опсин 5 реагирует на фиолетовый свет. Влиял ли как-то фиолетовый свет на физиологию мышей? Чтобы влиять, он должен проникать в череп, к нейронам гипоталамуса. И он действительно проникает: исследователи вживляли в мозг мышам фотодатчик, способный различать свет с разными длинами волны. И оказалось, что фиолетовые волны вполне доходят до преоптического ядра гипоталамуса, активируя в нём OPN5-нейроны. У обычных мышей (с работающим геном Opn5) он уменьшал активность бурого жира и снижал температуру тела. Эти и другие эксперименты подтвердили, что фиолетовый свет через OPN5-нейроны регулирует физиологические процессы, связанные с жировым «отоплением» тела.

Вообще же опсин 5 – не единственный рецептор, который обнаружили в непривычном месте. Например, в лёгких после гриппа появляются вкусовые рецепторы, которые раздражают иммунитет. А весной мы писали о другом опсине, который чувствует вкус – он помогает дрозофилам распознать в еде ядовитую горечь. Кстати, у самих клеток бурого жира есть опсин 3, реагирующий на красный свет, причём он стимулирует сжигание жира. Опсин 3 в буром жире нашли не только у мышей, но и у человека.

С другой стороны, у обезьян в гипоталамусе тоже синтезируется опсин 5. Правда, мы не знаем, способен ли проникать фиолетовый свет в череп обезьян (и человека), и насколько красный свет способен стимулировать человеческий бурый жир. Так что непонятно, можно ли использовать «светотерапию», чтобы хоть немного сбросить вес – хотя такой способ похудеть был бы исключительно удобен.