Controlul zahărului din sânge de către axul nervos intestin-creier Medicamente și științe
Filipe De Vadder și Gilles Mithieux *
Inserm U855, 7-11 rue Paradin, 69372 Lyon Cedex 08, Franța; Universitatea din Lyon, 69008 Lyon, Franța; Universitatea Lyon 1, 69622 Villeurbanne, Franța
Creierul, prin intermediul reglând senzația de foame, controlează aportul de alimente și homeostazia glucozei. Are în special două structuri specifice, hipotalamusul și trunchiul cerebral, sensibile la informațiile provenite din organele periferice sau din intestin (prin hormoni sau nutrienți circulanți), care îl informează despre starea nutrițională a organismului. Recent, a fost identificat un nou ax nervos intestin-creier. Anumiți nutrienți controlează funcția homeostatică hipotalamică prin această axă. Descriem în acest articol legăturile nervoase dintre intestin și creier și rolul lor în homeostazia energetică.
Începând cu secolul al XIX-lea, creierul este cunoscut pentru rolul său în reglarea aportului de alimente (prin intermediul controlul senzației de foame) și homeostaziei glucozei. Un interes suplimentar a venit de la descoperirea hormonilor intestinali, care au stabilit o legătură clară între intestin și creier în reglarea glucozei și a homeostaziei energetice. Creierul are două structuri particulare, hipotalamusul și trunchiul cerebral, care sunt sensibile la informațiile provenite fie din organele periferice, fie din intestin (prin intermediul hormoni circulanți sau nutrienți) despre starea nutrițională a organismului. Cu toate acestea, eforturile pentru o mai bună înțelegere a acestor mecanisme au permis dezvăluirea unei noi axe neuronale intestin-creier ca un regulator cheie al stării metabolice a organismului. Anumiți nutrienți controlează funcția homeostatică hipotalamică prin intermediul această axă. În această recenzie, descriem modul în care intestinul este conectat la creier prin intermediul căi neuronale diferite și modul în care interacțiunea dintre aceste două organe conduce echilibrul energetic.
Din moment ce Claude Bernard a arătat că leziunile din podeaua celui de-al patrulea ventricul induc foarte repede diabetul la iepuri, am știut despre capacitatea creierului de a regla glicemia. Acest lucru a fost studiat pe larg în modele animale. De exemplu, multe studii au arătat că creierul are neuroni sensibili la glucoză, care răspund la modificările zahărului din sânge [1]. Mecanismele centrale de semnalizare fac posibilă, în special, activarea unui utilaj celular similar cu celulele β-pancreatice, implicând în special canalele KATP [1]. Prin urmare, creierul pare a fi un element cheie în reglarea glicemiei. Este astfel deosebit de sensibil la starea energetică a corpului, în special prin furnizarea de glucoză.
Astfel,Proteina kinază activată cu AMP (AMPK), o enzimă esențială pentru homeostazia energetică, care reglează procesele energetice periferice (oxidarea substraturilor de carbohidrați și lipide în special), este prezentă în hipotalamus. Este activat în special în caz de deficit de glucoză [2].
Dincolo de detectarea glucozei și reglarea zahărului din sânge, creierul este esențial implicat în controlul aportului alimentar și al echilibrului energetic. Rezultatele ultimului deceniu au dus, de asemenea, la ideea că aceleași procese centrale reglează alimentarea cu glucoză a sângelui din exterior (prin intermediul consumul de alimente, modulat de senzația de foame) și în interiorul corpului (prin intermediul producția endogenă de glucoză [PEG], modulată de echilibrul simpatic). Descoperirea leptinei, un hormon secretat de țesutul adipos, care scade senzația de foame prin legarea de receptorii din hipotalamus, este o ilustrare perfectă a acestui fapt. Leptina este de fapt capabilă să regleze producția endogenă de glucoză prin mecanisme dependente și independente de hipotalamus [3, 4]. Hipotalamusul și trunchiul cerebral, unde se conectează măduva spinării și sistemul nervos periferic (nervii vagi), sunt esențiale pentru aceste reglementări [5]. Această revizuire se va concentra, pe de o parte, pe mecanismele centrale implicate în reglarea zahărului din sânge și, pe de altă parte, pe semnalele din intestin implicate în această modulație.
Integrarea semnalelor de reglare de către hipotalamus și trunchiul cerebral
Hipotalamusul și trunchiul cerebral sunt istoric cele mai studiate regiuni pentru controlul aportului alimentar și al metabolismului energetic în general. Aceste două regiuni conțin organe circumventriculare (eminență mediană și zona postrema [AP]) care au capilare fenestrate și o permeabilitate mai mare la metaboliții circulanți decât alte structuri cerebrale, care sunt izolate de circulație prin bariera hematoencefalică [6, 31]. Trunchiul cerebral, pe de altă parte, este locul integrării informațiilor nervoase din sistemul nervos periferic, în special aferente gustului (prin intermediul nervul glosofaringian sau nervul cranian IX) și aferente vagale (Figura 1). Formează un centru integrator pentru informații, care este apoi transmis către restul creierului și, mai ales, la hipotalamus. Studiate în primul rând pentru rolul lor în sentimentele de foame și sațietate, hipotalamusul și trunchiul cerebral controlează, de asemenea, metabolismul carbohidraților.
Organizarea anatomică și funcțională a complexului hipotalamus și spate vagale (DVC) (după [14]). Harta funcțională a hipotalamusului și BCV cu elemente de simțire umorală și nervoasă. AP: zona postrema; ARC: nucleu arcuit al hipotalamusului; CART: transcript reglementat de cocaină și amfetamine; DMNX: nucleul motor dorsal al nervului vag; DMN/VMN: nuclei dorso-mediali/ventro-mediali ai hipotalamusului; LHA: hipotalamus lateral; SNT: nucleul tractului solitar; POMCT: pro-opiomelanocortină; PVN: nucleu paraventricular al hipotalamusului. Grelină (GHS-R), GLP-1 (peptidă asemănătoare glucagonului 1) (GLP1-R), leptină (LepR), CCK1 (colecistochinina 1) (CCK1-R), insulina (InsR) și NPY (neuropeptida Y)/PYY (peptida YY) (Y1R/Y2R/Y5R) sunt indicate (după [14]).
Nucleii hipotalamusului
Identificarea neurotransmițătorilor în acești nuclei a confirmat rolul central al hipotalamusului, dar mai ales a relevat o mare diversitate neuronală. Hipotalamusul mamiferelor este format din mai mult de 40 de nuclee histologic distincte, fiecare împărțit în sub-nuclei. Zona mijlocie este alcătuită în principal din nuclee mari (nucleul dorso-medial [DMN], nucleul ventro-medial [VMN]), care primesc informații senzoriale și sunt puternic interconectate cu restul hipotalamusului. Această zonă este implicată în organizarea comportamentelor adaptative. Zona laterală (LHA) are un sistem de comunicare intra și extrahipotalamic; poate fi definit ca interfața dintre regiunile mai mediane și regiunile cortico-limbice, pe de o parte, și între sistemele motorii somatice și autonome, pe de altă parte. Nucleul paraventricular (PVN) al hipotalamusului reprezintă un microcosmos în interiorul hipotalamusului, în sensul că mai multe sub-nuclee sunt conectate la cele trei sisteme efectoare: sistemul endocrin (grupuri magnocelulare), sistemul autonom și sistemul comportamental (grupuri parvocelulare) ) [5].