Obésité: physiopathologie et intervention (2014)

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Abstract

L'obésité présente un risque majeur pour la santé du 21st siècle. Il favorise les maladies concomitantes telles que les maladies cardiaques, le diabète de type 2, l'apnée obstructive du sommeil, certains types de cancer et l'arthrose. Une consommation excessive d'énergie, l'inactivité physique et la susceptibilité génétique sont les principaux facteurs de l'obésité, tandis que des mutations géniques, des troubles endocriniens, des médicaments ou des maladies psychiatriques peuvent être des causes sous-jacentes dans certains cas. Le développement et le maintien de l'obésité peuvent impliquer des mécanismes physiopathologiques centraux tels qu'une régulation défectueuse des circuits cérébraux et un dysfonctionnement des hormones neuroendocrines. Le régime alimentaire et l'exercice physique constituent les piliers du traitement de l'obésité, et des médicaments anti-obésité peuvent être pris en même temps pour réduire l'appétit ou l'absorption des graisses. Des chirurgies bariatriques peuvent être pratiquées chez des patients présentant une obésité manifeste afin de réduire le volume de l'estomac et l'absorption des nutriments, et d'induire une satiété plus rapide. Cette revue fournit un résumé de la littérature sur les études physiopathologiques de l'obésité et discute des stratégies thérapeutiques pertinentes pour la gestion de l'obésité.

Mots clés: obésité, dépendance alimentaire, neuroendocrinologie, neuroimagerie, récompense-saillance, motivation-entraînement, circuit d'apprentissage / de mémoire, contrôle inhibiteur-régulation-régulation émotionnelle-contrôle exécutif, chirurgie bariatrique, transplantation de microbiote fécal

1. Introduction

L'obésité est une grave épidémie mondiale et constitue une menace importante pour la santé des humains. La prévalence de l'obésité augmente non seulement chez les adultes, mais aussi chez les enfants et les adolescents [1]. L'obésité est associée à un risque accru de maladie cérébrovasculaire athéroscléreuse, de maladie coronarienne, de cancer colorectal, d'hyperlipidémie, d'hypertension, de maladie de la vésicule biliaire et de diabète sucré, ainsi qu'à un taux de mortalité plus élevé [2]. Cela impose un fardeau considérable aux dépenses de santé de la société [3]. Les causes de l'obésité sont multiples et l'étiologie n'est pas bien connue. L’obésité est au moins en partie imputable à la surconsommation d’aliments riches en calories et à l’inactivité physique [1,2,4]. D'autres facteurs tels que les traits de personnalité, la dépression, les effets secondaires des produits pharmaceutiques, la dépendance à l'alimentation ou la prédisposition génétique peuvent également y contribuer.

Cet article fournit une vue d'ensemble de la littérature sur l'obésité sous plusieurs angles, y compris des enquêtes épidémiologiques, des études sur la dépendance alimentaire, le système endocrinien et la neuroimagerie sur les circuits cérébraux associés à l'alimentation et à l'obésité. Il présente la notion actuellement discutable de dépendance alimentaire liée à l'obésité et espère générer davantage de discussions et d'efforts de recherche pour valider cette idée. La revue propose également une mise à jour détaillée sur nombre des dernières enquêtes de neuroimagerie sur certains circuits neuronaux critiques impliqués dans le contrôle de l'appétit et de la dépendance. Cette mise à jour aidera les lecteurs à mieux comprendre la régulation du comportement alimentaire et de l'obésité par le SNC, ainsi que les bases neuropathophysiologiques chevauchantes de la dépendance et de l'obésité. Dernier point mais non le moindre, la dernière section du document résume les approches thérapeutiques pertinentes pour la gestion de l'obésité et présente de nouvelles stratégies de traitement intéressantes.

2. Études épidémiologiques

La prévalence de l'obésité a explosé dans la plupart des pays occidentaux au cours des dernières années 30 [5]. Les États-Unis et le Royaume-Uni ont enregistré de fortes augmentations depuis les 1980, tandis que de nombreux autres pays européens ont signalé des augmentations moins importantes [3]. L'OMS a estimé qu'environ 1.5 milliards d'adultes de plus de X ans avaient un excès de poids dans le monde, et 20 un million d'hommes et 200 un million de femmes étaient obèses dans 300 [6]. L'OMS prévoit également qu'environ 2.3 milliards d'adultes seront en surpoids et que plus de 700 seront obèses d'ici à l'année 2015 [6]. Les statistiques chez les enfants montrent une tendance à la hausse alarmante. Dans 2003, 17.1% des enfants et des adolescents avaient un excès de poids et 32.2% des adultes étaient obèses uniquement aux États-Unis [2,7]. Il est estimé que 86.3% des Américains sont peut-être obèses ou obèses par 2030 [8]. Au niveau mondial, près de XMX millions d’enfants de moins de cinq ans présentaient une surcharge pondérale en 43 [9]. Le phénomène de l'obésité attire également l'attention dans les pays en développement [6]. Le gouvernement chinois a révélé que la population obèse totale dépassait le million de 90 et que le surpoids dépassait le million de 200 en 2008. Ce nombre pourrait atteindre plus de 200 millions d'obèses et 650 en surpoids au cours des prochaines années 10 [3].

L'obésité provoque et aggrave des maladies concomitantes, diminue la qualité de vie et augmente le risque de décès. Par exemple, chaque année aux États-Unis, les décès dus à 111,000 sont liés à l'obésité [10]. Des études épidémiologiques indiquent que l’obésité contribue à la fréquence plus élevée de cancers du côlon, du sein (chez les femmes ménopausées), de l’endomètre, des reins (cellules du rein), de l’œsophage (adénocarcinome), du cardia gastrique, du pancréas, du foie et éventuellement d'autres types. Environ 15% –20% de tous les décès par cancer aux États-Unis sont liés au surpoids et à l'obésité [11]. Adams et al. [12] ont étudié le risque de décès dans une cohorte prospective de plus de 500,000 US de sexe masculin et féminin bénéficiant d'un suivi par année 10. Parmi les patients qui n'avaient jamais fumé, le risque de décès a augmenté de 20% –40% chez les sujets en surpoids et de deux à trois fois chez les sujets obèses par rapport aux sujets de poids normal [12].

Parmi les nombreux facteurs influant sur l'obésité, la surconsommation d'aliments denses en calories est l'un des principaux coupables. Actuellement, tant dans les pays développés que dans les pays en développement, l’industrie alimentaire réussit plutôt à produire et à commercialiser en masse des aliments riches en calories [13]. Ces aliments sont facilement disponibles dans les épiceries, les magasins, les écoles, les restaurants et les maisons [14]. Il y a eu une augmentation de 42% par habitant de la consommation de matières grasses ajoutées et une augmentation de 162% pour le fromage aux États-Unis de 1970 à 2000. En revanche, la consommation de fruits et légumes n’a augmenté que de 20% [15]. Les aliments riches en calories présentent des signaux de motivation et de récompense susceptibles de provoquer une surconsommation [16]. Des études d'imagerie cérébrale ont mis en évidence une hyperactivation du cortex gustatif (insula / opercule frontal) et des régions somatosensorielles orales (opercule pariétal et rolandique) chez les sujets obèses par rapport à leur poids normal, en réponse à la consommation et à la consommation anticipée d'aliments goûteux et à une hypoactivation dans le striatum dorsal. et réduction de la densité des récepteurs D2 des récepteurs de la dopamine striataux en réponse à la consommation d'aliments au goût agréable [17]. Ces découvertes [17] a indiqué une relation entre des anomalies dans la récompense alimentaire et un risque accru de gain de poids futur, suggérant un gain de poids plus important pour les participants dans un environnement alimentaire malsain [4].

3. Frénésie alimentaire et dépendance alimentaire

3.1. Frénésie alimentaire

Les habitudes alimentaires désordonnées et les pratiques de contrôle du poids malsaines sont très répandues chez les adolescents, ce qui peut les exposer à un risque de troubles de l'alimentation. Les troubles de l'alimentation sont associés à une évolution chronique, à des taux de récidive élevés et à de nombreuses comorbidités médicales et psychologiques. Par conséquent, la nécessité de détecter et de prévenir rapidement les troubles de l’alimentation devient un problème important qui nécessite une plus grande attention de la part des services de soins primaires [18,19].

Le trouble de l'hyperphagie boulimique (BED) est le trouble de l'alimentation le plus courant chez les adultes. Le trouble affecte la santé émotionnelle et physique d'un individu et constitue un problème de santé publique important [20,21]. À propos de 2.0% des hommes et 3.5% des femmes souffrent de cette maladie toute leur vie - statistiques plus élevées que pour les troubles de l'alimentation couramment reconnus, l'anorexie mentale et la boulimie [20]. BED se caractérise par une frénésie alimentaire sans épisodes de purge ultérieurs et par une association avec le développement d'une obésité sévère [22]. Les personnes obèses et atteintes de BED ont souvent développé une surcharge pondérale à un âge plus précoce que celles ne présentant pas le trouble [23]. Ils peuvent également perdre du poids et reprendre du poids plus souvent, ou faire preuve d'hypervigilance quant à la prise de poids [23]. Les épisodes de binging comprennent généralement des aliments riches en matières grasses, en sucre et / ou en sel, mais pauvres en vitamines et en minéraux, et une alimentation insuffisante est fréquente chez les personnes souffrant de BED [21,23]. Les personnes sont souvent mécontentes de leur consommation excessive de nourriture et peuvent devenir dépressives. Les personnes obèses présentant un BED courent le risque de présenter d'autres pathologies associées à l'obésité, telles que le diabète sucré de type 2, les maladies cardiovasculaires (àhypertension artérielle et maladie cardiaque), problèmes gastro-intestinaux (par exemple, maladie de la vésicule biliaire), taux de cholestérol élevé, problèmes musculo-squelettiques et apnée obstructive du sommeil [20,21]. Leur qualité de vie est souvent inférieure et leurs problèmes sociaux sont fréquents [21]. La plupart des personnes souffrant d'hyperphagie boulimique ont essayé de le contrôler elles-mêmes, mais ont échoué pendant une période prolongée.

3.2. Dépendance alimentaire

BED présente des caractéristiques typiques associées à des comportements de dépendance (par exemple, diminution du contrôle et utilisation continue de substances malgré des conséquences négatives). Les preuves s'accumulent à l'appui des conceptualisations de la consommation problématique par la toxicomanie [24]. Les modèles animaux suggèrent une relation entre l'hyperphagie boulimique et la consommation d'aliments de type dépendance. Les rats recevant des aliments riches en ingrédients très savoureux ou transformés (par exemple, le sucre et les matières grasses) présentent des indicateurs comportementaux de l'hyperphagie boulimique, tels que la consommation de quantités élevées d'aliments pendant de courtes périodes et la recherche d'aliments hautement transformés sans se soucier des conséquences négatives (c'est à dire., chocs électriques au pied) [25,26]. Au-delà des modifications comportementales, les rats présentent également des modifications neuronales impliquées dans la toxicomanie, telles que la réduction de la disponibilité des récepteurs D2 de la dopamine [26]. Ces données suggèrent que le BED pourrait être une manifestation de la dépendance alimentaire [24].

Que l'obésité implique ou non une dépendance alimentaire chez certaines personnes obèses est toujours discutable. De plus en plus de données sont en faveur de l’idée selon laquelle une consommation excessive de nourriture peut entraîner des comportements de dépendance [27]. Certains comportements addictifs, tels que les tentatives infructueuses de réduction de l'apport alimentaire ou la poursuite de l'alimentation malgré des retombées négatives, se manifestent dans des habitudes alimentaires perturbées [27]. Le cerveau semble également réagir de la même façon aux aliments très appétants comme aux drogues provoquant une dépendance [28]. L’hypothèse actuelle est que certains aliments ou ingrédients ajoutés aux aliments pourraient déclencher le processus de dépendance chez les personnes sensibles [29]. Le processus de dépendance est plus ou moins considéré comme un problème récurrent chronique dépendant de facteurs qui augmentent les fringales de nourriture ou de substances apparentées à l'alimentation et accroissent l'état de plaisir, d'émotion et de motivation [30,31,32,33,34].

Le Centre Yale Rudd pour la politique alimentaire et l'obésité, organisme de recherche et de politique publique à but non lucratif, a signalé dans 2007 des similitudes frappantes dans les schémas d'utilisation et de sevrage du sucre et des drogues classiques, ainsi que des corrélations réciproques entre consommation alimentaire et toxicomanie. (Par exemple, les gens ont tendance à prendre du poids quand ils arrêtent de fumer ou de boire). Cela soulève la possibilité que des aliments au goût agréable et des substances addictives classiques soient en concurrence pour des voies neurophysiologiques similaires [35,36]. Le Rudd Center a contribué à la création de la Yale Food Addiction Scale (YFAS), conçue pour identifier les signes de dépendance manifestés à l’égard de certains types d’aliments à haute teneur en matières grasses et en sucre [37,38]. Gearhardt et sa collègue [39] ont récemment examiné l'activation du cerveau en fonction des signaux alimentaires chez des patients présentant divers scores sur l'échelle de dépendance alimentaire. Les patients ont été signalés en vue de l'administration imminente d'un lait frappé au chocolat ou d'une solution de contrôle insipide, ou ont reçu un lait frappé au chocolat ou une solution insipide [39]. Les résultats ont montré une association entre des scores plus élevés de dépendance alimentaire et une activation accrue des régions cérébrales codant la motivation en réponse à des signaux alimentaires, tels que l'amygdale (AMY), le cortex cingulaire antérieur (ACC) et le cortex orbitofrontal (OFC). Il a été conclu que les personnes toxicomanes sont plus susceptibles de réagir aux signaux de la substance et que l'anticipation d'une récompense lorsqu'un signal est remarqué pourrait contribuer à une alimentation compulsive [39]. En général, la dépendance alimentaire n'est pas bien définie et peut être associée à des troubles liés à l'utilisation de substances [40] et des troubles de l'alimentation. Il est à noter que le DSM-5 a proposé des révisions reconnaissant les crises de frénésie alimentaire [41] en tant que diagnostic autonome et renommé la catégorie troubles de l'alimentation en troubles de l'alimentation et de l'alimentation.

3.3. Syndrome de Prader-Willi (PWS)

Le syndrome de Prader-Willi (PWS) est un trouble d'empreinte génétique qui entraîne une hyperphagie profonde et une obésité apparente dans la petite enfance [42]. Les patients atteints du PWS affichent de nombreux comportements alimentaires provoquant une dépendance [43]. Les études de neuroimagerie réalisées dans ce modèle naturel de trouble de l'alimentation humaine peuvent révéler des mécanismes neurophysiologiques régissant la dépendance alimentaire ou la perte de contrôle de l'alimentation en général. L'une des caractéristiques de la maladie est une tendance obsessionnelle marquée à manger excessivement non seulement des aliments, mais également des objets neutres non alimentaires. Un renforcement excessif et pathologique produit par les éléments ingérés eux-mêmes pourrait contribuer à ce phénomène [42,43,44,45,46,47,48,49,50]. Des études de neuroimagerie fonctionnelle ont examiné les anomalies des circuits neuronaux liés à l’alimentation en utilisant des signaux visuels chez les patients atteints du PWS [44]. En réponse à la haute visuelle versus stimulation alimentaire hypocalorique après l'administration de glucose, les patients PWS ont présenté une réduction du signal retardée dans l'hypothalamus (HPAL), l'insula, le cortex préfrontal ventromédial (VMPFC) et le noyau accumbens (NAc) [44], mais une hyperactivité dans les régions limbiques et paralimbiques telles que l’AMY qui induisent des comportements alimentaires et dans des régions telles que le cortex préfrontal médial (MPFC) qui supprime la prise de nourriture [47,51]. Activation accrue dans le HPAL, OFC [46,51,52], VMPFC [49], des régions bilatérales médianes frontale, inférieure droite, frontale supérieure gauche et bilatérale ACC ont également été observées [48,52,53]. Notre groupe a réalisé une étude IRMf à l'état de repos (RS-IRMf) associée à une analyse de connectivité fonctionnelle (FC) et a permis d'identifier les altérations de la force de FC parmi les régions du cerveau dans le réseau en mode par défaut, le réseau central, le réseau sensoriel moteur et le réseau du cortex préfrontal. , respectivement [53]. Nous avons récemment utilisé des techniques d'analyse de causalité RS-IRMf et Granger pour étudier les influences causales interactives parmi les voies neuronales sous-jacentes à la suralimentation dans le PWS. Nos données ont révélé des influences causales considérablement accrues de l’AMY à l’HPAL, ainsi que de la MPFC et de l’ACC à l’AMY. En résumé, le PWS est la cause extrême des cas d’obésité et de comportements alimentaires incontrôlables chez l’homme. L'étude du fondement neurophysiologique du SPW et de son association avec la dépendance à une substance peut aider à une meilleure compréhension du contrôle de l'appétit et de la dépendance alimentaire [39,43].

4. Hormones et peptides intestinaux

De nombreuses hormones périphériques participent au contrôle de l'appétit et de l'apport alimentaire, à la récompense alimentaire ou à la dépendance du système nerveux central (SNC). Les aliments et les médicaments au goût agréable peuvent activer le système de récompense de la dopamine mésolimbique (DA), essentiel à la réglementation de la dépendance chez l'homme et les animaux [43,54,55,56,57,58]. Signes de faim et de satiété du tissu adipeux (leptine), du pancréas (insuline) et du tractus gastro-intestinal (cholécystokinine (CCK), peptide de type glucagon-l (GLP-1), peptide YY3-36 (PYY3-36), ghréline) participent à la transmission d’informations sur le statut énergétique par l’intermédiaire de l’axe hormonal intestinal-cerveau neural qui cible principalement l’hypothalamus (HPAL) et le tronc cérébral [58], et peuvent interagir directement ou indirectement avec les voies de la DA du cerveau moyen pour avoir un impact sur l'alimentation [59,60,61].

4.1. Leptine

Hormone anorexigène synthétisée à partir de tissu adipeux, la leptine régule le métabolisme des lipides en stimulant la lipolyse et en inhibant la lipogenèse [62]. La leptine traverse la barrière hémato-encéphalique via un système de transport saturable et communique le statut métabolique périphérique (stockage de l'énergie) aux centres de régulation hypothalamiques [63]. Une fois liée à son récepteur central, la leptine régule à la baisse les neuropeptides stimulant l’appétit (par exemple, NPY, AgRP) tout en régulant positivement l’hormone anorexigène stimulant l’alpha-mélanocyte, régulant la cocaïne et l’amphétamine et libérant de la corticotropine [63]. Les anomalies génétiques des récepteurs à la leptine et de la leptine entraînent une obésité sévère précoce chez les enfants [64]. La concentration de leptine dans le sang est élevée dans l'obésité, ce qui favorise une résistance à la leptine qui rend la leptine élevée inutile dans la réduction de l'appétit et de l'obésité. La présence de résistance à la leptine peut offrir une explication partielle de l’hyperphagie sévère chez les patients PWS dont les taux de leptine sérique sont assez élevés [64]. Les personnes en train de devenir dépendantes de la nourriture peuvent également avoir une résistance à la leptine, ce qui pourrait conduire à une suralimentation [65]. L'influence de la leptine sur les comportements alimentaires addictifs et non addictifs peut être partiellement transmise par la régulation des voies de l'AD mésolimbique et / ou nigrostriatale. Comme l'a montré une étude IRMf, la supplémentation en leptine diminuait la récompense alimentaire et augmentait la satiété pendant la consommation d'aliments en modulant l'activité neuronale dans le striatum chez des sujets humains déficients en leptine [66]. La monothérapie à la leptine n'a toutefois pas permis de réduire l'apport alimentaire et le gain de poids chez les humains obèses, comme espéré au départ, probablement en raison d'une résistance préexistante à la leptine pour l'obésité [67]. Par ailleurs, un supplément à base de leptine à faible dose peut être utile pour modérer la valeur de récompense des aliments [68] et en aidant à maintenir le poids perdu.

4.2. Insuline

L'insuline est une hormone pancréatique essentielle au maintien de l'homéostasie du glucose. Les niveaux d'insuline augmentent après un repas pour contrôler la glycémie. L'excès de glucose est converti et stocké dans le foie et le muscle sous forme de glycogène et de graisse dans les tissus adipeux. Les concentrations d'insuline varient en fonction de l'adiposité et la quantité de graisse viscérale est négativement corrélée à la sensibilité à l'insuline [69]. L'insuline à jeun et postprandiale est plus élevée chez les personnes obèses que chez les personnes minces [70]. L’insuline peut pénétrer la barrière hémato-encéphalique et se fixer aux récepteurs du noyau arqué de l’hypothalamus afin de réduire la consommation de nourriture [71]. Une résistance à l’insuline centrale peut survenir dans l’obésité, de la même manière que la résistance à la leptine centrale, qui serait liée à une consommation élevée de graisse ou au développement de l’obésité [72,73]. Une étude par tomographie à émission de positons (TEP) a identifié une résistance à l'insuline dans les zones du striatum et de l'insula du cerveau et suggéré qu'une telle résistance pourrait nécessiter des niveaux d'insuline du cerveau plus élevés afin de bénéficier de la récompense et des sensations interoceptives de manger [74]. Comme la leptine, l’insuline est capable de moduler la voie de la DA et les comportements alimentaires associés. La résistance à la leptine et à l'insuline dans les voies du DA du cerveau peut entraîner une consommation accrue d'aliments au goût agréable par rapport à des conditions sensibles à la leptine et à l'insuline afin de générer une réponse de récompense suffisante [75].

L'interaction entre les voies de signalisation hormonale centrale et périphérique est complexe. Par exemple, la ghréline stimule les voies de récompense dopaminergique, tandis que la leptine et l'insuline inhibent ces circuits. De plus, les circuits de signalisation de l’HPLA et de l’ARC reçoivent des signaux sensoriels périphériques afférents et projettent et transmettent l’information à d’autres régions du cerveau, y compris le centre de récompense dopaminergique du cerveau moyen [31].

4.3. Ghréline

Principalement sécrétée par l'estomac, la ghréline est un peptide orexigénique qui agit sur les neurones hypothalamiques contenant les récepteurs de la ghréline afin d'exercer des effets métaboliques centraux [76]. La ghréline augmente la consommation de nourriture chez l'homme par des mécanismes à la fois périphériques et centraux impliquant une interaction entre l'estomac, la HPAL et l'hypophyse [77,78]. La ghréline semble être l'initiateur de l'alimentation avec des concentrations sériques maximales avant l'ingestion d'aliments et une réduction des concentrations par la suite [79]. La ghréline peut avoir un impact chronique sur l'équilibre énergétique, étant donné qu'une administration prolongée de ghréline augmente l'adiposité [77,80]. Les taux sériques de ghréline sont plus faibles chez les personnes obèses que chez les individus de poids normal et augmentent typiquement avec la réduction de l'obésité, démontrant une corrélation négative avec un IMC élevé [81,82]. La ghréline active les régions du cerveau importantes pour les réponses hédoniques et incitatives aux signaux alimentaires [83]. Ceci inclut l'activation des neurones dopaminergiques dans la VTA et l'augmentation du turnover de la dopamine dans la NAc du striatum ventral [84]. Les effets sur le traitement des récompenses dans la voie dopaminergique mésolimbique peuvent faire partie intégrante de l'action orexigénique de la ghréline [83], étayée par la preuve que le blocage des récepteurs de la ghréline dans la VTA réduit la consommation de nourriture [84].

4.4. Peptide YY (PYY)

PYY est un peptide 36-aminoacide court fabriqué dans l'iléon et le côlon en réponse à l'alimentation. Après l'ingestion de nourriture, le PYY est libéré par les cellules L situées dans le segment distal du petit intestin. Il réduit le taux de motilité intestinale et de vidange gastrique et vésicule biliaire et diminue donc l'appétit et augmente la satiété [85,86]. PYY agit via les nerfs afférents du vagal, le SNT dans le tronc cérébral et le cycle anorexinergique dans l'hypothalamus impliquant des neurones à proopiomélanocortine (POMC) [87]. Les personnes obèses sécrètent moins de PYY que les personnes non obèses et ont des niveaux relativement plus bas de ghréline sérique [88]. Ainsi, le remplacement du PYY peut être utilisé pour traiter le surpoids et l'obésité [88,89]. En effet, l’apport calorique lors d’un déjeuner buffet offert deux heures après la perfusion de PYY était réduit de 30% chez les sujets obèses (p <0.001) et 31% chez les sujets maigres (p <0.001) [89]. L'ampleur de la réduction était assez impressionnante dans le premier cas. Bien que les personnes obèses présentent des taux circulants inférieurs de PYY en postprandial, elles semblent également présenter une sensibilité normale à l'effet anorexigène de PYY3-36. Dans l’ensemble, l’obésité pourrait fausser le problème de sensibilité au PYY, et l’effet anorexigène du PYY pourrait servir de mécanisme thérapeutique pour la mise au point de médicaments anti-obésité [90].

4.5. Peptide 1 (GLP-1)

GLP-1 est une hormone clé co-libérée avec PYY à partir des cellules L intestinales distales de l'intestin après un repas. Il est sécrété sous deux formes d'égale puissance, GLP-1 (7 – 37) et GLP-1 (7 – 36) [91]. GLP-1 a principalement pour fonction de stimuler la sécrétion d'insuline dépendante du glucose, d'améliorer la croissance et la survie des cellules β, d'inhiber la libération de glucagon et de supprimer la prise de nourriture [92]. L’administration périphérique de GLP-1 diminue la consommation de nourriture et augmente la plénitude chez l’homme, en partie en ralentissant la vidange gastrique et en favorisant la distension gastrique [93]. Les concentrations plasmatiques de GLP-1 sont plus élevées avant et après la prise de nourriture chez les individus maigres que chez les obèses, ces derniers étant associés à une diminution du GLP-1 à jeun et à une libération postprandiale atténuée [94]. Les procédures bariatriques restrictives sont un moyen efficace de réduire l'obésité. Actuellement, les données concernant les modifications des concentrations de GLP-1 chez les patients obèses après une chirurgie sont limitées [95].

4.6. Cholécystokinine (CCK)

La cholécystokinine (CCK), une hormone peptidique endogène présente dans les intestins et le cerveau, aide à contrôler l'appétit, le comportement ingéré et la vidange gastrique via des mécanismes périphériques et centraux. La CCK a également un impact sur les processus physiologiques liés à l’anxiété, au comportement sexuel, au sommeil, à la mémoire et aux inflammations intestinales [95]. La CCK représente un ensemble d'hormones variées par la numérotation arbitraire d'acides aminés particuliers (par exemple, CCK 8 dans le cerveau et CCK 33 et CCK 36 dans l'intestin). Ces différentes hormones ne semblent pas différer de manière significative dans les fonctions physiologiques. La CCK provenant des intestins est rapidement libérée des muqueuses duodénale et jéjunale en réponse aux pics d'ingestion de nutriments vers 15 – 30 min postprandialement et reste élevée jusqu'à 5 h [96]. C'est un puissant stimulateur des enzymes digestives pancréatiques et de la bile de la vésicule biliaire [63]. La CCK retarde la vidange gastrique et favorise la motilité intestinale. En tant que neuropeptide, la CCK active les récepteurs des neurones afférents vagaux, qui transmettent des signaux de satiété à l'hypothalamus dorsomédien. Cette action supprime le NPY, un neuropeptide orexigénique, et fournit des informations en retour permettant de réduire la taille et la durée des repas [97].

En résumé, les signaux hormonaux périphériques libérés par le tractus gastro-intestinal (ghréline, PYY, GLP-1 et CCK), le pancréas (insuline) et le tissu adipeux (leptine) constituent un élément clé du contrôle de l'appétit par l'intermédiaire de l'axe de l'intestin et du cerveau. , dépense énergétique et obésité. Alors que la leptine et l'insuline peuvent être considérées comme des régulateurs à long terme du bilan énergétique, la ghréline, la CCK, le peptide YY et GLP-1 sont des capteurs liés à l'initiation et à la terminaison du repas et ont donc un effet plus important sur l'appétit et le poids corporel. Ces hormones et peptides modifient l'appétit et les comportements alimentaires en agissant sur les noyaux hypothalamiques et du tronc cérébral et peut-être sur la voie dopaminergique dans le centre de récompense du cerveau moyen. ils ont démontré leur potentiel en tant que cibles thérapeutiques pour les traitements anti-obésité.

5. Etudes de neuroimagerie

La neuroimagerie est un outil courant pour étudier les bases neurologiques de la régulation de l'appétit et du poids corporel chez l'homme, en termes de réponses cérébrales induites par les signaux et d'analyses structurelles [98]. Les études de neuroimagerie sont souvent utilisées pour examiner les altérations de la réponse cérébrale à la prise alimentaire et / ou aux signaux alimentaires, à la fonction dopaminergique et à l'anatomie cérébrale chez les personnes obèses par rapport aux personnes minces. Hyper ou hypo-activation en réponse à la prise alimentaire ou à des signaux alimentaires dans plusieurs régions du cerveau impliquées dans la récompense (par exemple, striatum, OFC et insula), l'émotion et la mémoire (par exemple, AMY et l'hippocampe (HIPP)), la régulation homéostatique des aliments ingestion (p. ex. HPAL), traitement sensoriel et moteur (p. ex. insula et gyrus précentral) et contrôle et attention cognitifs (p. ex. cortex préfrontal et cingulaire) observés chez les personnes obèses versus sujets de poids normal [98].

5.1. Neuroimagerie fonctionnelle

En mesurant les réactions cérébrales à des images d'aliments riches en calories (p. Ex. Hamburgers), d'aliments faibles en calories (p. Ex. Légumes), d'ustensiles liés à l'alimentation (p. Ex. Cuillères) et d'images neutres (p. Ex. Chutes d'eau et champs), tâche fMRI des études ont révélé une plus grande activation du cerveau pour les aliments riches en calories versus images neutres dans le caudé / putamen (récompense / motivation), l'insula antérieure (goût, l'interception et l'émotion), l'HIPP (mémoire) et le cortex pariétal (attention spatiale) chez les sujets féminins obèses par rapport aux sujets minces [99]. De plus, l’ANc, les OFC médiaux et latéraux, AMY (émotion), HIPP et MPFC (motivation et fonction exécutive) et ACC (surveillance des conflits / détection des erreurs, inhibition cognitive et apprentissage par récompense) présentent également une activation accrue en réponse à images d'aliments riches en calories versus images d'aliments non-alimentaires et / ou hypocaloriques [100]. Ces résultats mettent en lumière la relation entre les réponses corticales aux signaux alimentaires et l’obésité et fournissent des informations importantes sur le développement et le maintien de l’obésité [101].

L'activité cérébrale dysfonctionnelle liée aux signaux alimentaires implique non seulement les zones de récompense / motivation, mais également les circuits neuronaux impliqués dans le contrôle inhibiteur et dans la région limbique. Une étude PET a montré une diminution atténuée de l'activité hypothalamique, thalamique et limbique / paralimbique chez les obèses (IMC ≥ 35) par rapport aux hommes maigres (IMC ≤ 25) [101]. Soto-Monténégro et al. et Melega et al. [102,103] ont étudié les modifications du métabolisme du glucose dans le cerveau après stimulation cérébrale profonde (DBS) dans la zone hypothalamique latérale (LHA) dans un modèle d'obésité chez le rat à l'aide d'une imagerie PET-CT. Ils ont constaté que la consommation moyenne de nourriture au cours des premiers jours 15 était plus faible chez les animaux traités à la DBS que chez les animaux non stimulés. Le DBS a augmenté le métabolisme dans le corps mammillaire, la région hippocampique du subiculum et AMY, tandis qu'une diminution du métabolisme a été enregistrée dans le thalamus, le cortex caudal, le cortex temporal et le cervelet [102,104]. Le DBS a entraîné des modifications significatives dans les régions cérébrales associées au contrôle de l'apport alimentaire et de la récompense cérébrale, vraisemblablement en améliorant le fonctionnement altéré de l'hippocampe observé chez les rats obèses. La prise de poids plus faible dans le groupe DBS suggère que cette technique pourrait être considérée comme une option pour le traitement de l'obésité [102]. PET et SPECT ont été utilisés pour étudier les anomalies cérébrales dans diverses conditions [105,106,107,108,109,110,111].

Une activation plus importante dans les régions de PFC (dlPFC; contrôle cognitif) ventromédiales, dorsomédiennes, antérolatérales et dorsolatérales a été rapportée après une nutrition complète (50% des dépenses quotidiennes d'énergie au repos (REE) fournies) à la suite d'un repas rapide après une 36 h étude [101], bien que des analyses plus poussées et la collecte de données supplémentaires utilisant un paradigme de repas différent aient contesté ces résultats. D'autre part, réduction de l'activation postprandiale dans le dlPFC chez les obèses (IMC ≥ 35) versus des adultes maigres (IMC ≤ 25) ont été systématiquement observés dans cette étude et dans d’autres [[112]. Une étude chez les personnes âgées a mis en évidence une corrélation significative entre des taux plus élevés de graisse abdominale / IMC et une activation réduite de la fMRI en présence de saccharose dans les régions cérébrales liées à la DA, ainsi qu’entre la réponse hypo-récompense et l’obésité chez les adultes plus âgés [par rapport aux jeunes adultes [98]. Pris ensemble, la diminution de la fonction dopaminergique offre une explication plausible du gain de poids et de graisse chez les personnes âgées [113]. L'implication générale de ces études est que l'obésité est systématiquement liée à des réponses anormales aux signaux visuels des aliments dans un réseau perturbé de régions cérébrales indiquées dans la récompense / motivation et le contrôle des émotions / de la mémoire. La suralimentation chez les individus obèses peut être liée à une combinaison de réponses homéostatiques lentes à la satiété dans l'hypothalamus et à une réduction des activités de la voie de la DA et de la réponse inhibitrice dans le dlPFC [98].

Malgré les progrès dans notre compréhension du contrôle par les circuits neuronaux de la suralimentation et de l'obésité, il reste à déterminer si les déficits des mécanismes de contrôle précèdent ou suivent la suralimentation ou l'obésité. Des études longitudinales de neuro-imagerie dans des modèles de rongeurs de l’obésité acquise induite par le régime alimentaire (à, en comparant les résultats de l'imagerie avant, pendant et après le développement de l'obésité alimentaire et / ou après la restriction calorique après l'établissement de l'obésité) et chez les humains obèses avant et après la chirurgie bariatrique, ce qui permet de réduire efficacement les excès alimentaires et l'obésité, peut fournir des indications importantes sur un lien de causalité ou relation corrélative entre la suralimentation (ou l'obésité) et la régulation dysfonctionnelle des circuits neuronaux.

5.2. Imagerie structurelle

Des preuves récentes indiquent des modifications structurelles anatomiques du cerveau liées au développement de l'obésité [114]. Par exemple, l'analyse morphométrique de l'IRM a révélé une association entre un poids corporel plus élevé et un volume cérébral total plus faible chez l'homme [115]. En particulier, un IMC élevé entraîne une diminution des volumes de matière grise (GM) dans le cortex frontal, y compris l'OFC, les cortex inférieurs droit et moyen, et présente une corrélation négative avec les volumes frontaux d'OGM [116,117,118] et une plus grande région postérieure droite comprenant le gyri parahippocampal (PHIPP), fusiforme et lingual [114]. Une étude portant sur 1428 adultes a également observé une corrélation négative, chez les hommes, entre l’IMC et le volume global de l’OGM, ainsi que dans les lobes temporaux médians bilatéraux, les lobes occipitaux, le précuneus, le putamen, le gyrus postérieur, le tronc cérébral et le lobe antérieur du cervelet [116,118]. Une étude distincte chez des sujets âgés de statut cognitif normal obèses (années 77 ± 3), en surpoids (années 77 ± 3) ou maigres (années 76 ± 4) a révélé une réduction du volume du thalamus (relais sensoriel et régulation motrice), HIPP, ACC et cortex frontal [119]. Ces changements de structure cérébrale rapportés étaient basés sur des données transversales chez l'adulte, mais il n'est pas clair si les changements précèdent ou suivent l'obésité. Néanmoins, les réductions de volume dans les zones associées à la récompense et au contrôle pourraient être consécutives à une activation fonctionnelle altérée liée à l'obésité et pourraient aider à expliquer la suralimentation phénotypique dans l'obésité. Un volume réduit dans des structures telles que l’Initiative HIPP peut en partie sous-tendre les taux plus élevés de démence [120,121] et déclin cognitif [122] chez les personnes obèses. Apnée du sommeil [123], augmentation de la sécrétion d’hormones adipocytaires telles que la leptine [124], ou la libération de facteurs pro-inflammatoires dus à une consommation élevée de matières grasses peuvent être des facteurs physiologiques intervenant dans les modifications du cerveau [125]. Ces résultats impliquent que les souvenirs hédoniques de la consommation de certains aliments peuvent avoir une importance cruciale dans la régulation de l'alimentation [98,126]. Purnell et al. [127] ont constaté que l'hyperphagie et l'obésité peuvent être liées aux dommages causés à l'hypothalamus chez l'homme. En effet, une patiente de cette étude avec un cavernome du tronc cérébral endommageant les voies structurelles a présenté une hyperphagie soudaine et un gain de poids de plus de 50 kg en moins d'un an après un drainage chirurgical via une craniotomie sous-occipitale médiane. L'imagerie par tenseur de diffusion a révélé la perte de connexions de fibres nerveuses entre son tronc cérébral, son hypothalamus et les centres cérébraux supérieurs, mais la préservation des pistes motrices. Karlsson et al. [128] ont étudié des sujets obèses morbides sous 23 et des volontaires non obèses 22 en utilisant une analyse à base de voxels d'imagerie par tenseur de diffusion et d'images IRM pondérées par T1. Une analyse par cartographie paramétrique statistique en volume complet a été utilisée pour comparer les valeurs d'anisotropie fractionnelle (FA) et de diffusivité moyenne (DM) ainsi que la densité de gris (GM) et de substance blanche (WM) entre ces groupes [128]. Les résultats ont montré que les sujets obèses présentaient des valeurs FA et MD inférieures et des volumes GM et MW globaux focaux et globaux inférieurs à ceux des sujets témoins. Les changements structurels focaux ont été observés dans les régions du cerveau régissant la recherche de récompense, le contrôle inhibiteur et l'appétit. Une analyse de régression a montré que les valeurs de FA et de MD ainsi que la densité de GM et de MW étaient négativement associées au pourcentage de graisse corporelle. De plus, le volume de graisse sous-cutanée abdominale était associé négativement à la densité de MG dans la plupart des régions [128].

6. Circuits cérébraux liés à l'obésité

Les études d'imagerie cérébrale ont fourni de nombreuses preuves d'un déséquilibre entre les circuits neuronaux qui motivent les comportements (en raison de leur implication dans la récompense et le conditionnement) et les circuits qui contrôlent et inhibent les réponses prépotentes dans les cas de suralimentation. Un modèle d'obésité basé sur des neurocircuits a été mis au point sur la base des résultats de l'étude [129]. Le modèle comprend quatre circuits principaux identifiés: (i) récompense-saillance; ii) motivation; (iii) mémoire d'apprentissage; et (iv) circuit de commande d'inhibition [130] (Figure 1). Chez les individus vulnérables, la consommation d’aliments savoureux en grande quantité peut perturber l’interaction équilibrée normale entre ces circuits, ce qui accroît la valeur de renforcement des aliments et affaiblit le contrôle inhibiteur. Une exposition prolongée à des régimes hypercaloriques peut également modifier directement l'apprentissage conditionné et, par conséquent, rétablir les seuils de récompense des individus à risque. Les changements ultimes dans les réseaux corticaux de haut en bas qui régulent les réponses prépotentes conduisent à l'impulsivité et à la prise alimentaire compulsive.

Figure 1 

Circuits cérébraux liés à l'obésité. Les circuits comprennent la motivation (p. Ex. OFC), la prime de récompense (p. Ex. VTA et NAc), le contrôle inhibiteur (p. Ex. DLPFC, ACC et VMPFC) et la mémoire d'apprentissage (p. Ex. AMY, HIPP et Putamen) . Les lignes en pointillés gris représentent ...

6.1. Circuit de récompense

De nombreuses personnes obèses présentent une hyporéactivité des circuits de récompense, ce qui induit une surconsommation compensatoire pour obtenir une récompense suffisante [58,63]. La consommation d'aliments au goût agréable active de nombreuses régions du cerveau qui réagissent à la réception des aliments et codent le plaisir perçu des aliments, tels que le mésencéphale, l'insula, le striatum dorsal, le cingulum sous-calleux et le PFC. L'exposition chronique à des aliments agréables au goût diminue la satiété et le plaisir des aliments [92,131]. La dopamine est un neurotransmetteur essentiel au traitement de la récompense, à la motivation et au renforcement du comportement positif [31,61], et joue un rôle important dans le circuit récompense-saillance. La projection DA mésolimbique de la région tegmentale ventrale (VTA) vers le NAc code le renforcement pour l’alimentation [132,133]. La libération de DA dans le striatum dorsal peut avoir un impact direct sur l'ingestion de nourriture, et l'ampleur de la libération est en corrélation avec les évaluations de la convivialité des repas [99]. Volkow et al. [129] a adopté la PET et une approche multi-traceurs pour examiner le système d'AD chez des sujets sains, chez des sujets toxicomanes et chez des sujets obèses morbides, montrant ainsi que dépendance et obésité sont associées à une diminution de la disponibilité des récepteurs de la dopamine 2 (D2) dans le striatum . La tendance à manger pendant les périodes d’émotions négatives était négativement corrélée à la disponibilité des récepteurs D2 dans le striatum chez les sujets de poids normal: plus les récepteurs D2 sont bas, plus le sujet risque de manger s'il était émotionnellement stressé [134]. Dans une autre étude, l'administration d'agonistes de DA augmentait la taille des portions et la durée de l'alimentation, tandis que les suppléments de DA à long terme augmentaient la masse corporelle et le comportement alimentaire [135]. Les sujets souffrant d'obésité morbide ont montré un niveau de métabolisme de base plus élevé que d'habitude dans le cortex somatosensoriel [136]. C’est une zone du cerveau qui influence directement l’activité de la DA [137,138,139]. Les récepteurs D2 jouent un rôle important dans la recherche de récompenses, les prévisions, les attentes, ainsi que dans les comportements liés à l'alimentation et à la dépendance liés à la motivation [140]. Les antagonistes des récepteurs D2 bloquent les comportements de recherche d’aliments qui dépendent soit des aliments au goût agréable eux-mêmes, soit du renforcement de l’anticipation des récompenses induite par les signaux [141]. Selon Stice et al. [35] les individus peuvent trop manger pour compenser un striatum dorsal hypofonctionnel, en particulier ceux présentant des polymorphismes génétiques (allèle TaqIA A1) censés atténuer la signalisation de la dopamine dans cette région. Dans le même ordre d'idées, il a été constaté que la tendance à la suralimentation chez les individus de poids normal ayant des émotions négatives était corrélée négativement aux niveaux de récepteur D2 [134]. Wang [142] et Haltia [143] ont découvert que les récepteurs D2 inférieurs étaient corrélés à un IMC plus élevé chez les sujets obèses morbides (IMC> 40) et obèses, respectivement. Ces résultats sont cohérents avec l'idée que la diminution de l'activité des récepteurs D2 favorise l'alimentation et le risque d'obésité [144]. Guo et al. [145] ont découvert que l'obésité et l'alimentation opportuniste étaient positivement associées au potentiel de liaison au récepteur de type D2 (D2BP) dans le striatum latéral et dorsal, les sous-régions qui favorisent la formation d'habitudes. Inversement, une relation négative entre l'obésité et D2BP a été observée dans le striatum ventromédial, une région supportant la récompense et la motivation [145].

6.2. Circuit de motivation

Plusieurs zones du cortex préfrontal, y compris l'OFC et le CG, ont été impliquées dans la motivation de la consommation alimentaire [146]. Des anomalies dans ces régions peuvent améliorer les comportements alimentaires qui dépendent de la sensibilité à la récompense et / ou des habitudes établies du sujet. Les personnes obèses présentent une activation accrue des régions préfrontales lors de l'exposition à un repas [101]. En outre, ils réagissent également aux signaux alimentaires en activant le cortex préfrontal interne et les fringales [49]. Le saccharose excite également l’OFC, une région chargée de «marquer» la valeur de récompense d’un aliment ou de tout autre stimulus, plus encore chez les patients obèses que chez les témoins maigres. L’anomalie structurelle de l’OFC, affectant vraisemblablement le traitement des récompenses et les mécanismes d’autorégulation, peut jouer un rôle crucial dans les troubles de la boulimie et la boulimie [147]. Il n’est donc pas surprenant que les comportements alimentaires aberrants puissent partager la régulation des circuits neuronaux avec la toxicomanie. Par exemple, Volkow et al. [148] proposent que l'exposition à des drogues ou à des stimuli liés à la drogue à l'état de sevre réactive le CFO et entraîne une consommation compulsive de drogue. Un résultat similaire concernant l'OFC a été noté dans une étude séparée. D'autres preuves mettent en évidence l'influence de l'OFC sur les troubles compulsifs [149]. Par exemple, les dommages subis par l'OFC entraînent une contrainte comportementale pour obtenir la récompense même lorsqu'elle ne renforce plus [149]. Ceci est cohérent avec les récits des toxicomanes qui affirment qu’une fois qu’ils commencent à prendre la drogue, ils ne peuvent plus arrêter, même si la drogue n’est plus agréable à boire [98].

6.3. Circuit d'apprentissage-mémoire

Un lieu, une personne ou un signal peuvent déclencher les souvenirs d'une drogue ou d'un aliment et avoir un effet puissant sur les comportements de dépendance, ce qui souligne l'importance de l'apprentissage et de la mémoire dans la dépendance. Les souvenirs peuvent susciter un désir intense de prendre un médicament ou un aliment (un état de manque) et entraîner fréquemment une rechute. Plusieurs systèmes de mémoire ont été proposés dans les domaines de la toxicomanie ou de l’alimentation, notamment l’apprentissage incitatif conditionné (médiatisé en partie par le NAc et l’AMY), l’apprentissage des habitudes (en partie médiatisé par le caudé et le putamen) et la mémoire déclarative (médiatisée en partie par HIPP) [150]. L'apprentissage incitatif conditionné des excitations neutres ou exagérées en mangeant excessivement génère des propriétés de renforcement et une saillance motivationnelle même en l'absence de nourriture. Grâce à l'apprentissage par habitude, des séquences de comportements bien appris sont automatiquement déclenchées en réponse à des stimuli appropriés. La mémoire déclarative concerne davantage l'apprentissage des états affectifs en relation avec la consommation de nourriture [149]. De nombreuses études de TEP, IRMf et IRM ont examiné les réponses du cerveau à la consommation de nourriture et aux signaux alimentaires en ce qui concerne la fonction de dopamine et le volume du cerveau chez les personnes maigres. versus les individus obèses et les irrégularités identifiées dans les circuits émotionnels et mémoriels (par exemple, AMY et HIPP) [98]. Par exemple, certains signaux de satiété générés à partir de zones homéostatiques sont altérés (réponse inhibitrice IRMf dans l'hypothalamus retardée, par exemple), tandis que les signaux de faim émanant de zones émotionnelles / mémoires et sensorielles / motrices gyrus en réponse à des signaux alimentaires) sont plus fréquents chez les personnes obèses [98]. La fonction de l'hippocampe a été impliquée dans la mémoire des aliments ou dans les conséquences enrichissantes de manger chez l'homme et les rongeurs. Si cette fonction est perturbée, la récupération de souvenirs et de signaux environnementaux peut provoquer des réponses appétitives plus puissantes, essentielles pour obtenir et consommer des aliments [151]. Dans la toxicomanie liée à la drogue, les circuits de mémoire définissent les effets attendus de la drogue et affectent donc l'efficacité de l'intoxication. L'activation des régions du cerveau liées à la mémoire a été indiquée au cours d'une intoxication médicamenteuse [152,153] et envie induite par l'exposition à la drogue, la vidéo ou le rappel [154,155,156]. L’apprentissage des habitudes implique le striatum dorsal et la libération de DA dans cette zone [157]. Les toxicomanes ont diminué l’expression des récepteurs D2 et diminué la libération de DA dans le striatum dorsal pendant le sevrage [149]. Chez les animaux, une exposition prolongée au médicament induit des modifications du striatum dorsal plus persistantes que celles de l’ANc, ce qui a été interprété comme une progression ultérieure dans l’état de dépendance [158].

6.4. Circuit de contrôle inhibiteur

Le système de contrôle descendant du cerveau constitue un réseau de régions cérébrales frontales impliquées dans le contrôle exécutif, le comportement axé sur les objectifs et l’inhibition de la réponse [159]. Le dlPFC et le gyrus frontal inférieur (IFG) sont des composants du système qui sont activés de manière significative au cours de l'effort conscient d'un individu pour ajuster son désir de consommer des aliments subjectivement appétissants mais raisonnablement malsains [160]. De telles activités dlPFC et IFG inhibent le désir de consommer des aliments, comme en témoigne une plus grande activation corticale dans les zones associées à une meilleure maîtrise de soi dans le choix entre des aliments sains ou malsains [161]. Les personnes obèses atteintes du PWS, une maladie génétique caractérisée par une hyperphagie profonde, démontrent une activité réduite dans la dlPFC après le repas par rapport aux personnes obèses non malades [162]. Collectivement, le contrôle inhibiteur de la consommation alimentaire semble s'appuyer sur la capacité des systèmes de contrôle descendants du cerveau à moduler l'évaluation subjective de la nourriture. Des différences individuelles dans la régulation de la prise alimentaire peuvent résulter de différences structurelles de la dlPFC et / ou de la connectivité avec les régions d’évaluation du cerveau [161]. En effet, alors que les sujets obèses présentaient une réponse inhibitrice réduite dans le dlPFC [98], les toxicomanes présentaient également des anomalies du CPF, y compris le CG antérieur [163]. Le PFC joue un rôle dans la prise de décision et le contrôle inhibiteur [164]. La perturbation du PFC peut conduire à des décisions inadéquates qui favorisent les récompenses immédiates par rapport aux réponses différées mais plus satisfaisantes. Cela pourrait également contribuer à réduire le contrôle de la consommation de drogue malgré le désir du toxicomane de s'abstenir de prendre la drogue [163]. Ainsi, les carences dans les processus d’autosurveillance et de prise de décision en matière de toxicomanie [165,166] sont probablement associés à des fonctions préfrontales perturbées. À l'appui de cette notion, des études précliniques ont révélé une augmentation significative du nombre de ramifications dendritiques et de la densité des épines dendritiques dans le PFC après l'administration chronique de cocaïne ou d'amphétamine [4].167]. Les changements dans la connectivité synaptique pourraient entraîner une mauvaise prise de décision, du jugement et un contrôle cognitif dans la toxicomanie. Ce type de modification de l'activation préfrontale a en fait été observé lors d'une tâche de mémoire de travail chez les fumeurs par rapport aux anciens fumeurs [168]. À cet égard, Goldstein et al. [163] a précédemment proposé que la perturbation du PFC puisse entraîner une perte de comportement auto-dirigé / voulu au profit d'un comportement automatique dicté par les sens. Plus spécifiquement, l'intoxication à un médicament exacerbe probablement les comportements perturbés en raison de la perte du contrôle inhibiteur exercé par le cortex préfrontal sur l'AMY [169]. La désinhibition du contrôle descendant libère les comportements normalement surveillés de près et simule des réactions de type stress provoquant la levée du contrôle et la facilitation du comportement induit par le stimulus [163].

7. Interventions Thérapeutiques

Un certain nombre de stratégies médicales et chirurgicales sont disponibles pour traiter l'obésité en plus de l'association typique d'un régime alimentaire, d'exercices physiques et d'autres modifications comportementales. Les médicaments de perte de poids peuvent agir en empêchant l'absorption des graisses ou en supprimant l'appétit. Certaines procédures chirurgicales de perte de poids, telles que le pontage gastrique de Roux-en-Y (RYGB), modifient l'interaction cerveau-intestin et interviennent dans la perte de poids. La transplantation de microbiote fécal (FMT), perfusion d'une suspension fécale d'un individu en bonne santé dans le tractus gastro-intestinal (GI) d'une autre personne, a été utilisée avec succès non seulement pour soulager les récidives Clostridium difficile infection, mais aussi pour les maladies gastro-intestinales et non liées à l’IG, telles que l’obésité.

7.1. Interventions sur le régime alimentaire et le mode de vie

Les interventions diététiques et liées au mode de vie visant à réduire l'apport énergétique et à augmenter la dépense énergétique par le biais d'un programme équilibré d'alimentation et d'exercice constituent un élément essentiel de tous les programmes de gestion du poids [170]. Les régimes sont basés sur les principes du métabolisme et agissent en réduisant l’apport en calories (énergie) pour créer un équilibre énergétique négatif (à, plus d’énergie est utilisée que consommée). Les régimes alimentaires peuvent entraîner une perte de poids à court terme [171,172], mais maintenir cette perte de poids est souvent difficile et nécessite souvent de faire de l'exercice et d'un régime moins énergétique un élément permanent du mode de vie d'une personne [173]. L'exercice physique fait partie intégrante d'un programme de gestion du poids, en particulier pour le maintien du poids. Avec l'utilisation, les muscles consomment de l'énergie provenant à la fois de graisse et de glycogène. En raison de la grande taille des muscles des jambes, la marche, la course et le cyclisme sont les moyens les plus efficaces d’exercice pour réduire la graisse corporelle [174]. L'exercice affecte l'équilibre des macronutriments. Durant un exercice modéré, équivalent à une marche rapide, on utilise de plus en plus de graisse en tant que carburant [175,176]. L'American Heart Association recommande un minimum de 30 min d'activité physique modérée au moins cinq jours par semaine afin de rester en bonne santé [177]. Comme pour les traitements diététiques, de nombreux médecins n'ont ni le temps ni l'expertise pour conseiller les patients sur un programme d'exercices adapté aux besoins et aux capacités de chacun. La Collaboration Cochrane a révélé que l’exercice seul entraînait une perte de poids limitée. En combinaison avec un régime, toutefois, il en a résulté une perte de poids de 1 par rapport à un régime seul. Une perte de kilogramme 1.5 (3.3 lb) a été observée avec un degré d’exercice plus élevé [178,179]. Les taux de réussite du maintien de la perte de poids à long terme avec des changements de mode de vie sont faibles, allant de 2% à 20% [180]. Les modifications apportées au régime alimentaire et au mode de vie sont efficaces pour limiter la prise de poids excessive pendant la grossesse et pour améliorer les résultats à la fois pour la mère et pour l'enfant [181]. Les interventions en matière de mode de vie restent la pierre angulaire du traitement de l'obésité, mais l'observance est médiocre et les succès à long terme sont modestes en raison d'obstacles importants rencontrés par les personnes affectées et les professionnels de la santé responsables du traitement.

7.2. Drogues de perte de poids

À ce jour, quatre médicaments de perte de poids ont été approuvés par la Food and Drug Association (FDA): Xenical, Contrave, Qsymia et Lorcaserin [4]. Ces médicaments sont divisés en deux types. Xenical est le seul inhibiteur de l’absorption des graisses. Xenical agit en tant qu'inhibiteur de lipase, ce qui diminue de 30% l'absorption des graisses provenant de l'alimentation humaine. Il est destiné à être utilisé conjointement avec un régime de restriction calorique supervisé par un fournisseur de soins de santé.182].

Un autre type, qui comprend les trois autres médicaments, agit sur le SNC en tant que «coupe-faim». Le médicament récemment approuvé (dans 2012), Lorcaserin, est par exemple un agoniste sélectif des petites molécules du récepteur 5HT2C. Il a été développé sur la base de la propriété anorexigénique du récepteur de favoriser la perte de poids [183]. L'activation des récepteurs 5HT2C dans l'hypothalamus stimule la production de pro-opiomélanocortine (POMC) et favorise la satiété. Un agoniste des récepteurs 5-HT2C régule le comportement de l'appétit via le système sérotoninergique [54]. L'utilisation de Lorcaserin est associée à une perte de poids importante et à un contrôle glycémique amélioré chez les patients atteints de diabète de type 2 [183]. Les deux autres médicaments, Contrave et Quexa, ciblent le système de récompense DA. Contrave est une combinaison de deux médicaments approuvés: le bupropion et le naltrexone. Les deux médicaments seuls entraînent une perte de poids modeste, tandis que la combinaison exerce un effet synergique [184]. Qsymia (Quexa) comprend deux médicaments sur ordonnance, le phentermine et le topiramate. La phentermine est utilisée efficacement depuis des années pour réduire l'obésité. Le topiramate a été utilisé comme anticonvulsivant chez les patients épileptiques, mais il a entraîné une perte de poids chez l'homme comme effet secondaire accidentel [54]. Qsymia supprime l'appétit en faisant en sorte que les gens se sentent rassasiés. Cette propriété est particulièrement utile pour les patients obèses, car elle dissuade de trop manger et encourage le respect d'un régime alimentaire judicieux.

7.3. Chirurgie Bariatrique

Certains patients obèses peuvent bénéficier d’une efficacité limitée des médicaments de perte de poids, mais ils souffrent souvent d’effets secondaires. Chirurgie bariatrique (anneau gastrique ajustable (AGB), pontage gastrique de Roux-en Y (RYGB) ou gastrectomie à manchon laparoscopique (LSG)) [185] représente la seule forme actuelle de traitement de l'obésité déclarée ayant une efficacité établie à long terme [186]. La chirurgie bariatrique modifie le profil d'hormone intestinale et l'activité neuronale. Comprendre les mécanismes sous-jacents aux changements neurophysiologiques et neuroendocriniens liés à la chirurgie fera progresser le développement d'interventions non chirurgicales pour traiter l'obésité et les comorbidités associées, ce qui pourrait constituer une alternative viable pour les personnes obèses qui n'ont pas accès ou ne sont pas admissibles à la chirurgie. La RYGB est la procédure bariatrique la plus fréquemment pratiquée. Elle entraîne une perte de poids importante et durable lors du suivi à long terme [187]. Cependant, les mécanismes d'action dans RYGB qui entraînent une perte de poids ne sont pas bien compris. Une partie importante de la réduction de l’apport calorique qui en résulte n’est pas comptabilisée par les mécanismes restrictifs et malabsorptifs et on pense qu’elle est médiée par la fonction neuroendocrine [188]. On pense que RYGB provoque des modifications substantielles et simultanées des peptides intestinaux [95,189], activation cérébrale [95,190], le désir de manger [190] et préférences gustatives. Par exemple, les réductions post-chirurgicales de la ghréline et les élévations postprandiales antérieures et améliorées de PYY et de GLP-1 peuvent réduire la faim et favoriser la satiété [191]. En ce qui concerne les modifications des peptides intestinaux, on sait très peu de choses sur les modifications de l'activation du cerveau après des procédures bariatriques. Les recherches sur la perte de poids non chirurgicale confirment une augmentation de l'activation hédonique / liée aux récompenses en réponse à des signaux appétitifs [95], ce qui aide à expliquer la reprise du poids chez les personnes à la diète. En revanche, l’absence d’augmentation du désir de manger après la consommation de RYGB, même lorsqu’elle est exposée à des signaux alimentaires très appétissants, est frappante et correspond aux modifications systémiques de la réponse neurale aux signaux alimentaires. Ochner et al. [188] ont utilisé des échelles d'estimation verbale et d'IRMf pour évaluer l'activation du cerveau et le désir de manger en réponse à des signaux alimentaires riches en calories et hypocaloriques chez les patientes 10, un mois avant et après la chirurgie RYGB. Les résultats ont montré des réductions post-chirurgicales de l’activation du cerveau dans des zones clés de la voie de récompense mésolimbique [188]. Il y avait également une plus grande réduction induite chirurgicalement par l’activation cérébrale totale conjointe (visuelle et auditive) en réponse à des aliments riches en calories par rapport aux aliments à faible teneur en calories, en particulier dans les zones corticolimbiques de la voie mésolimbique, y compris la VTA, le striatum ventral , putamen, cingulate postérieur et cortex préfrontal médial dorsal (dmPFC) [188]. Cela contraste avec les réactions alimentaires élevées à des contenus caloriques élevés dans des régions telles que le gyrus cingulaire, le thalamus, le noyau et le caudé lentiformes, le CAC, le gyrus frontal médial, le gyrus frontal supérieur, le gyrus frontal inférieur et le gyrus frontal moyen avant la chirurgie [188]. Ces changements reflétaient les réductions post-chirurgicales concomitantes du désir de manger, qui étaient plus importantes en réponse à des signaux de haute densité calorique de la nourriture (p = 0.007). Ces événements liés à la chirurgie RYGB fournissent un mécanisme potentiel pour la réduction sélective des préférences pour les aliments riches en calories et suggèrent une médiation neurale partielle des modifications de l'apport calorique après une intervention chirurgicale [185,188]. Ces changements peuvent être en partie directement liés à une perception altérée de la récompense [192]. Halmi et al. [193] ont noté une diminution statistiquement significative de la consommation de viandes riches en graisses et de glucides riches en calories six mois après le pontage gastrique. Les patients ont constaté que ces aliments n'étaient plus agréables. Certains patients ont même évité les aliments riches en graisse [194], tandis que d’autres ont perdu tout intérêt pour les sucreries ou les desserts après la chirurgie [195,196,197,198]. Une diminution des seuils de goût pour les aliments, tels que la reconnaissance émoussée de la douceur ou de l'amertume, a été rapportée après une chirurgie bariatrique [192,199]. De plus, une modification de la signalisation de la dopamine dans le cerveau a été découverte après une chirurgie bariatrique. Alors que les récepteurs D2 étaient réduits dans les corps caudé, putamen, thalamus ventral, HPAL, substantianigra, HPAL médial et AMY après une gastrectomie RYGB et par la manche, une augmentation des récepteurs D2 était constatée dans le striatum ventral, le caudate et le putamen proportionnels à la perte de poids [131,200,201]. La divergence dans les résultats peut être due à la présence de comorbidités pouvant altérer la signalisation de la dopamine [192]. Dans l'ensemble, la chirurgie bariatrique, en particulier la procédure RYGB, est actuellement le traitement à long terme le plus efficace pour l'obésité et ses comorbidités associées. Plus d'enquêtes sont nécessaires pour examiner comment l'intestin-L’axe cérébral médie les remarquables effets chirurgicaux sur le contrôle du comportement alimentaire fondé sur les récompenses [202].

7.4. Transplantation de microbiote fécal

De plus en plus de preuves mettent en évidence une fonction apparente du microbiote intestinal dans la régulation de l'équilibre énergétique et le maintien du poids chez les animaux et les humains. Une telle fonction influence le développement et la progression de l'obésité et d'autres troubles métaboliques, notamment le diabète de type 2. La manipulation du microbiome intestinal représente une nouvelle approche du traitement de l'obésité en plus du régime alimentaire et des stratégies d'exercice [203]. Une nouvelle forme d'intervention, la transplantation de microbiote fécal (FMT), a récemment été introduite dans le traitement clinique de l'obésité [204]. Les microbiotes intestinaux métabolisent les nutriments ingérés en substrats riches en énergie pour une utilisation par l'hôte et la flore commensale [203,204] et s'adapter métaboliquement en fonction de la disponibilité des éléments nutritifs. Après avoir comparé les profils de microbiote intestinal distal de souris génétiquement obèses et de leurs camarades maigres, et ceux d'obèses et de volontaires maigres, il a été constaté que l'obésité varie avec l'abondance relative des deux divisions bactériennes dominantes, les bactéroïdes et les Firmicutes. Des analyses métagénomiques et biochimiques permettent de comprendre l'influence de ces bactéries sur le potentiel métabolique du microbiote intestinal de souris. Plus précisément, le microbiome obèse a une capacité accrue de capter l’énergie de l’alimentation. De plus, le trait est transmissible: la colonisation de souris sans germe avec un «microbiote obèse» entraîne une augmentation significative de la masse grasse totale, par rapport à la colonisation avec un «microbiote maigre». Ces découvertes identifient le microbiote intestinal comme un facteur important contribuant à la physiopathologie de l'obésité [203,205]. En effet, différentes études ont rapporté une augmentation de 60% de la masse adipeuse, de la résistance à l'insuline et de la transmission générale du phénotype obèse à la suite de l'introduction du microbiote intestinal de souris élevées conventionnellement à des souris sans germe [206]. Les données à cet égard sont rares chez l'homme jusqu'à présent. Un essai contrôlé à double insu sur 18 chez des hommes atteints du syndrome métabolique a été soumis à la FMT. On leur a donné soit leurs propres excréments, soit des excréments donnés à des hommes maigres [207]. Les neuf hommes recevant des selles de donneurs maigres ont développé des taux de triglycérides à jeun réduits et une sensibilité périphérique accrue à l'insuline par rapport à ceux qui ont été transplantés avec leurs propres selles (placebo) [207].

8. Conclusions

Beaucoup de progrès ont été accomplis ces dernières années dans la compréhension de l'obésité du point de vue de l'épidémiologie, de la dépendance alimentaire, de la régulation neurohormonale et endocrinienne, de la neuroimagerie, du contrôle neurochimique pathologique et des interventions thérapeutiques. La surconsommation d’aliments riches en calories est l’un des principaux facteurs de l’obésité, qui peut provoquer le mécanisme de la dépendance alimentaire. L'obésité peut résulter d'une combinaison de dysfonctionnement des circuits cérébraux et d'hormones neuroendocrines liée à une surconsommation pathologique, à une inactivité physique et à d'autres conditions physiopathologiques. De nouvelles stratégies thérapeutiques sont devenues disponibles pour gérer l'obésité en dehors du protocole standard de régime et / ou d'exercice. Ceux-ci comprennent des médicaments anti-obésité, diverses interventions chirurgicales bariatriques et une FMT. Malgré des progrès importants, l'obésité reste un problème de santé publique urgent et justifie des efforts de recherche urgents et ininterrompus pour éclairer le fondement neuropathophysiologique de la maladie chronique.

Remerciements

Ce travail est soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine dans le cadre des subventions nos 81470816, 81271549, 61431013, 61131003, 81120108005, 31270812; le projet de programme national clé de recherche et développement (973) dans le cadre de la subvention n ° 2011CB707700; et les fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales.

Contributions d'auteur

Yijun Liu, Mark S. Gold et Yi Zhang (Université de Xidian) étaient responsables du concept et de la conception de l'étude. Gang Ji et Yongzhan Nie ont contribué à l'acquisition de données d'imagerie. Jianliang Yao, Jing Wang, Guansheng Zhang et Long Qian ont participé à l'analyse des données et à l'interprétation des résultats. Yi Zhang et Ju Liu (Université de Xidian) ont rédigé le manuscrit. Yi Edi. Zhang (VA) a fourni une révision critique du manuscrit pour un contenu intellectuel important. Tous les auteurs ont examiné le contenu de manière critique et approuvé une version finale pour publication.

Les conflits d'intérêts

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêt.

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