В недавнем исследовании, опубликованном в Cell Metabolism, исследователи идентифицировали независимые пути вагусного зондирования для определения жира и сахара.
Исследование: Отдельные каналы взаимодействия кишечника и мозга для подкрепления жирами и сахаром в совокупности способствуют перееданию. Фото предоставлено Flotsam / Shutterstock.com
Как сахар и жиры влияют на пищеварение?
Изменения в пищевой среде значительно увеличили глобальные показатели ожирения. Исследования на животных показали, что вкусовые качества определяют выбор продуктов питания; однако одного этого фактора недостаточно для увеличения потребления.
Скорее, вкусовые предпочтения формируются как условная реакция на пищевые сигналы после приема пищи. Следовательно, оросенсорные характеристики продуктов вторичны по отношению к их питательной ценности.
Усиливающая ценность внутрижелудочных вливаний сахара или жира повышает усвоение связанных вкусовых ощущений. Таким образом, потребление сахара и жиров может привести к перееданию через механизмы, включающие передачу сигналов после приема пищи.
Сенсорные нейроны блуждающего нерва были идентифицированы как важнейшие компоненты мультисинаптической цепи, связывающей кишечник с высвобождением нигростриатального дофамина. Поступление сахаров или жиров в желудочно-кишечный тракт активизирует блуждающий нерв и вызывает выброс дофамина из дорсального полосатого тела (ДС).
Результаты исследования
В настоящем исследовании исследователи оценивают, задействуют ли сахара и жиры сенсорные нейроны блуждающего нерва и задействуют ли они отдельные или перекрывающиеся цепи. С этой целью было выполнено in vivo визуализирование нейронов узловых ганглиев (NG) у мышей, экспрессирующих индикатор кальция (GCaMP6s) под промотором белка 25, ассоциированного с синаптосомами (Snap25). Для регистрации реакции на введение жира или сахара в двенадцатиперстную кишку использовалась двухфотонная микроскопия.
В ответ на стимулы активировались пространственно определенные подмножества нейронов блуждающего нерва. Нейроны NG демонстрировали сильную реакцию на жир или сахар; однако только несколько нейронов реагировали на оба вида.
Впоследствии после внутрижелудочной инфузии жира или сахарозы оценивали активность нейронов блуждающего нерва от правого NG. Нейроны NG были активны более 15 минут в ответ на жир или сахарозу.
Примечательно, что в левой НГ было меньше нейронов, чувствительных к питательным веществам, по сравнению с правой НГ. Внутрижелудочная инфузия задерживала пик активности нейронов НГ по сравнению с интрадуоденальными инфузиями.
Мышей, экспрессирующих индуцируемую рекомбиназу Cre (iCreERT2) под действием промотора Fos (FosTRAP), скрещивали с Ai14, репортерной линией tdTomato, зависимой от Cre. У этих мышей большинство нейронов, улавливающих сахар, увеличивали флуоресценцию кальция в ответ на желудочные вливания сахарозы. Напротив, нейроны-ЛОВУШКИ сахара продемонстрировали незначительную активность в ответ на введение желудочного жира с равной калорийностью.
Количество нейронов tdTomato+ NG увеличилось после внутрижелудочного введения сахара или высококалорийного жира по сравнению с изосмотическим физиологическим раствором. Сравнение нейронной активности показало дозозависимую реакцию в NG и уединенном ядре (NTS), что указывает на то, что сахара и жиры задействуют независимые периферические блуждающие цепи.
После этого была выполнена задача по кондиционированию вкуса и питательных веществ, в ходе которой животных обучали предпочитать новый вкус в сочетании с внутрижелудочными вливаниями питательных веществ. Мышей-TRAP с Fos натощак разделили на группы для получения внутрижелудочных вливаний сахара, жира или физиологического раствора с последующей внутрибрюшинной инъекцией 4-гидрокситамоксифена (4-OHT).
Эта процедура избирательно удаляла сенсорные нейроны блуждающего нерва на основе их профиля реакции на питательные вещества, оставляя другие нейроны нетронутыми. Мыши-ЛОВУШКИ для жира без чувствительных к жиру NG-нейронов имели нормальное предпочтение вкуса в сочетании с сахаром и не смогли усилить вкус в сочетании с жиром.
У мышей-ЛОВУШЕК, не имеющих чувствительных к сахарозе NG-нейронов, избирательно отменялось подкрепление сахаром. Для сравнения, контрольная группа (солеваяЛОВУШКА) демонстрировала устойчивые предпочтения в отношении непитательных продуктов и новых вкусов в сочетании с жиром или сахаром.
Эти результаты указывают на то, что отдельные и взаимоисключающие популяции нейронов блуждающего нерва независимо стимулируют подкрепление жиром или сахаром. Дополнительные эксперименты показали, что отдельные цепи были необходимы и достаточны для подкрепления, специфичного для макроэлементов.
В двенадцатиперстной кишке иннервация окончаний слизистой оболочки ворсинок кишечника была обширной у мышей-ЛОВУШЕК для жира и мышей-ЛОВУШЕК для сахара, что указывает на то, что двенадцатиперстная кишка является ключевым местом восприятия. Также наблюдалась блуждающая иннервация воротной вены печени (ВПЧ) нейронами-ЛОВУШКАМИ сахара.
Исследователи также количественно оценили 30-минутное свободное потребление мышами дикого типа с помощью ликометра, когда животные слизывали растворы сахарозы, жира или их смеси. Животные в два раза чаще употребляли раствор, содержащий как жир, так и сахарозу, по сравнению с отдельными растворами.
Исследователи также оценили, будет ли у мышей такая же схема потребления, если питательные аспекты будут отделены от перорального компонента. Мыши дикого типа, которым имплантировали желудочные катетеры с ограниченным потреблением пищи, лизали ароматизированный непитательный раствор в сочетании с вливаниями жира, сахара или их смеси.
Мыши продемонстрировали повышенный характер облизывания смеси, что позволяет предположить, что повышенное предпочтение смеси не зависело от вкуса и было обусловлено сигнализацией после приема пищи. Более того, внутрижелудочное вливание смеси привело к увеличению количества нейронов-ловушек в DS, NTS, парабрахиальном ядре и компактной части черной субстанции. Введение смеси также повысило уровень дофамина.
Выводы
Результаты исследования подразумевают наличие отдельных цепей для обмена сахаров и жиров. С этой целью были идентифицированы две отдельные группы органов чувств блуждающего нерва, которые независимо реагируют на сахара и жиры после приема внутрь.
Взятые вместе, данные подтверждают идею о том, что более высокое потребление калорий в западной диете является результатом нарушения интероцептивных цепей, которые по отдельности усиливают потребление сахаров и жиров.
Мотивация употреблять продукты, способствующие ожирению, может возникать без когнитивного восприятия, поскольку интероцептивная сигнализация происходит ниже уровня сознания, при котором сознательные усилия по соблюдению диеты подавляются подсознательным стремлением употреблять продукты, богатые жиром и сахаром. Таким образом, манипуляции с интероцептивным контуром вознаграждения кишечника могут быть нацелены на лечение ожирения путем добровольного ограничения потребления вызывающих ожирение диет.
