Наш мозок готує організм до майбутнього прийому їжі ще до першого ковтка. Наприклад, аромат їжі, яка готується на плиті, може змусити мозок надіслати сигнали підшлунковій залозі, яка, у свою чергу, викидає інсулін у кровообіг. Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Metabolism, розкриває, як ключова група нейронів допомагає керувати цим процесом.
Гіпоталамус — це частина мозку, яка регулює апетит через різні групи нейронів, у тому числі проопіомеланокортинові (ПОМК) нейрони, які контролюють насичення. Останні дослідження показують, що ці нейрони активуються не лише під час їжі, а й у передчутті їжі. Однак досі залишалося незрозумілим, які молекулярні фактори запускають цей механізм.
Що запускає механізм голоду?
Тепер вчені виявили, що упреджуюча активація ПОМК-нейронів забезпечується запасами глікогену в цих клітинах. Глікоген допомагає зберігати енергію в організмі: він розщеплюється до глюкози, коли тілу потрібно паливо.
За словами дослідників, вивчення нейронних ланцюгів, які керують голодом і насиченням, допоможе вченим краще зрозуміти, як лікувати метаболічні захворювання, такі як ожиріння.
«Ожиріння — це порушення регуляції харчових ланцюгів на рівні мозку. Це скоріше хвороба мозку, ніж хвороба тіла. Розуміння того, як функціонують ці нейрони у фізіологічній нормі, є найважливішим першим кроком до правильної боротьби з ожирінням», — каже доктор Марк Шнебергер Пейн, доцент кафедри клітинної та молекулярної фізіології та співкерівник дослідження.
Експерименти на мишах: роль глікогену
Щоб з’ясувати, як сенсорне сприйняття їжі активує ПОМК-нейрони, дослідники показували мишам їжу крізь дротяну сітку, щоб тварини могли її бачити і нюхати, але не могли з’їсти. Потім команда вивчила, які молекулярні сигнатури активувалися в нейронах після демонстрації їжі. Вони виявили, що вплив їжі активує глікогенсинтазу — молекулярний механізм, який синтезує глікоген.
«Це було перше спостереження, яке змусило нас замислитися про те, що глікоген є однією з тих молекулярних сигнатур, які відповідають за сенсорну реакцію», — зазначає Шнебергер Пейн.
Щоб зрозуміти роль глікогену, вчені спеціально вивели мишей, у яких у ПОМК-нейронах відсутня глікогенсинтаза. Коли цим мишам демонстрували їжу, вони реагували значно слабше, ніж їх звичайні побратими:
- рідше наближалися до їжі,
- менше часу проводили за їжею,
- не виробляли інсулін перед годуванням.
Щоб переконатися, що ці ефекти викликані саме відсутністю глікогену, а не проблемами розвитку у мутованих мишей, дослідники також ввели нормальним дорослим мишам вірус, який видаляє глікогенсинтазу. Ці миші демонстрували подібну несприйнятливість до виду і запаху їжі.
«Наше дослідження виявило раніше невідомий молекулярний механізм, який керує сприйняттям їжі. Воно показало, що нейронний глікоген запускає упреджуючі реакції мозку на їжу», — каже доктор Марк Кларет, голова Лабораторії нейронного контролю метаболізму в Інституті біомедичних досліджень імені Аугуста Пі-и-Суньера та співкерівник роботи.
Збої в системі та їх наслідки
Дослідники також оцінили наслідки порушення обробки сигналів у ПОМК-нейронах. «Цей сенсорний аспект їжі готує організм до того, що його чекає. Наприклад, секреція інсуліну готує тіло до зміни рівня глюкози, викликаної надходженням їжі. Порушення регуляції підірве здатність системи правильно реагувати на їжу», — пояснює Шнебергер Пейн.
Порівнявши мишей, позбавлених глікогенсинтази, з їх звичайними побратимами у міру старіння, вчені з’ясували, що в мутованих мишей значно погіршувалося метаболічне здоров’я:
- розвивалося ожиріння,
- з’являлися ознаки діабету.
Нові перспективи боротьби з ожирінням
Ожиріння стало серйознішою глобальною проблемою для сучасного охорони здоров’я. Однак поява інноваційних препаратів проти ожиріння дає надію на покращення ситуації. Ці ліки діють, впливаючи на нейронні ланцюги, які керують насиченням.
«Ці дані вказують на те, що дефекти в здатності мозку передбачати прийом їжі можуть сприяти розвитку ожиріння та діабету, відкриваючи нові терапевтичні можливості для лікування цих захворювань», — підсумовує Кларет.