Obesitas: hoe voeding de hersenen verandert en overeten bevordert
Wetenschappers hebben specifieke neuronen geïmpliceerd in het laterale hypothalamische gebied, een regio die betrokken is bij overlevingsmechanismen zoals voedselinname, bij het signaleren aan de hersenen wanneer ze moeten stoppen met eten. Dit mechanisme is aangetast bij zwaarlijvige muizen.
Hoe verleidt zwaarlijvigheid de hersenen om een signaal af te geven dat zegt dat ze moeten blijven eten?Obesitas is een wereldwijd probleem, waarbij de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) schat dat 650 miljoen mensen over de hele wereld zwaarlijvig waren in 2016.
Veel experts wijzen met de vinger naar overeten en een zittende levensstijl als de hoofdoorzaken van de obesitas-epidemie.
Elke actie die we ondernemen heeft echter gevolgen op moleculair niveau, en experts weten weinig details over hoe onze hersenen zich gedragen terwijl de metingen op de weegschaal langzaam stijgen.
Wetenschappers van de afdeling psychiatrie van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, samen met medewerkers in de Verenigde Staten, Zweden en het Verenigd Koninkrijk, probeerden de moleculaire paden te ontrafelen die spelen in de hersenen van muizen met obesitas.
Garrett Stuber, een professor in neurobiologie die nu is verhuisd naar het Center for the Neurobiology of Addiction, Pain, and Emotion aan de Universiteit van Washington in Seattle, is de senior auteur van de resultaten van het team, die in het tijdschrift verschijnen Wetenschap.
Identificatie van de ‘rem op het voeren’
Stuber en zijn medewerkers bestuderen een specifiek gebied van de hersenen dat het laterale hypothalamische gebied (LHA) wordt genoemd.
"Het is al lang bekend dat de LHA een rol speelt bij het bevorderen van voedingsgedrag, maar de exacte celtypen die bijdragen aan het voeden binnen deze hersenstructuur zijn niet goed gedefinieerd", legt Stuber uit over zijn onderzoek naar Medisch nieuws vandaag.
Door de genexpressie in individuele cellen in de LHA bij obese muizen te analyseren en te vergelijken met die in normale muizen, ontdekte het team prominente veranderingen in vesiculaire glutamaattransporter type-2 (Vglut2) -uitdrukkende neuronen. Deze cellen gebruiken glutamaat als hun snelwerkende neurotransmitter.
Veranderingen in genexpressie zijn echter niet noodzakelijk gelijk aan veranderingen in functie.
Stuber groef dieper en gebruikte een combinatie van technieken om individuele LHAVglut2-neuronen te visualiseren toen het team muizen sucrose gaf, een gewone suiker die glucose en fructose omvat.
De onderzoekers ontdekten dat de consumptie van sucrose resulteerde in de activering van de cellen. De reactie was echter genuanceerd. Muizen die niet erg hongerig waren, vertoonden een sterke activering van hun LHAVglut2-neuronen, terwijl degenen die 24 uur hadden gevast een verzwakte respons vertoonden.
Stuber en zijn collega's suggereren daarom dat LHAVglut2-neuronen een rol spelen bij het onderdrukken van voeding door onze hersenen te vertellen wanneer ze moeten stoppen met eten. Ze noemen dit de 'rem op het voeden'.
"We veronderstellen dat het prikkelende LHAVglut2-signaal de activering van een rem op het voeden vertegenwoordigt om verdere voedselopname te onderdrukken", schrijven ze.
Vervolgens onderzocht het team hoe zwaarlijvigheid de activiteit van deze cellen beïnvloedt bij muizen die gedurende 12 weken een vetrijk dieet aten om zwaarlijvigheid op te wekken.
"Terwijl LHAVglut2-neuronen van controlemuizen hun respons op sucroseconsumptie behielden, werden LHAVglut2-neuronen van [het vetrijke dieet] muizen geleidelijk minder gevoelig voor sucroseconsumptie en minder actief in rust", schrijft het team in het studiepapier.
Met andere woorden, de neuronen stuurden niet zo'n sterk 'stop met eten'-signaal naar de hersenen wanneer de muizen suiker consumeerden of wanneer de muizen rustten. In plaats daarvan overschatten de dieren en ontwikkelden ze zwaarlijvigheid.
Obesitas ‘schaadt de onderbreking bij voedselinname’
Wanneer MNT vroeg of hij verbaasd was om zo'n onvolgroeide reactie van de cellen te zien, legde Stuber uit: “Ja, de beeldvormingsresultaten, die aantonen dat LHA-glutamaatcellen worden gedownreguleerd door blootstelling aan een hoog vetdieet (ons experimentele model van obesitas), waren verrassend voor ons. "
“Wanneer deze neuronen worden geactiveerd, stoppen muizen het likken van sucrose en vermijden ze locaties die gepaard gaan met LHAVglut2-stimulatie. Activering van LHAVglut2-neuronen kan dus dienen als een rem op de voeding ”, zegt Stephanie Borgland, een professor aan het Hotchkiss Brain Institute aan de Universiteit van Calgary in Canada, in een begeleidend Perspective-artikel in Wetenschap.
"Aangezien activering van deze neuronen ook leidt tot ontsnappings- en vermijdingsgedrag, kunnen deze neuronen betrokken zijn bij de overgang van foerageren naar ontsnappen om de overleving te bevorderen, wat consistent is met andere homeostatische functies van de hypothalamus."
Stephanie Borgland
"Hoewel ons werk zich heeft geconcentreerd op de LHA, is het van cruciaal belang om op te merken dat veel andere onderling verbonden hersenregio's en celtypen waarschijnlijk ook worden gemoduleerd door obesitas," vertelde Stuber. MNT"Dit omvat celtypen in de boogvormige en periventriculaire hypothalamus, evenals andere hersenregio's."
Inderdaad, eerder dit jaar MNT meldden dat wanneer wetenschappers van The Rockefeller University in New York City, NY, dopamine 2 receptor neuronen (hD2R) stimuleerden in de hippocampus van muizen, de dieren minder aten. De onderzoekers suggereerden dat dit neuronale circuit voorkomt dat muizen te veel eten.
Ondertussen zetten Stuber en zijn collega's hun onderzoek naar de LHA voort, waar ze van plan zijn naar andere neuronale subtypes te kijken.
Wat betreft de toepasbaarheid van de bevindingen van Stuber op mensen, legde hij uit: "We denken dat onze [...] gegevens nieuwe genetische en therapeutische doelen zullen onthullen die op een dag naar mensen kunnen worden vertaald."