Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Sciences 25 Jan 2019:
Vol. 363, numéro 6425, p. 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Les signaux qui transmettent des informations nutritionnelles de l’intestin au cerveau régulent le renforcement et le choix des aliments (1-4). Plus précisément, bien que les calculs neuronaux centraux exécutent le choix, le système nerveux intestinal communique au cerveau des informations sur les résultats nutritionnels des choix, de sorte que la représentation des valeurs alimentaires puisse être mise à jour. Nous discutons ici de découvertes récentes qui suggèrent que la fidélité de la signalisation intestin-cerveau et la représentation de la valeur alimentaire qui en résulte sont compromises par les aliments transformés (3, 4). La compréhension de cet axe pourrait informer sur le comportement alimentaire impliquant les aliments transformés et l'obésité.
Chez 1947, des expériences dans lesquelles des rongeurs ont été nourris avec des régimes isocaloriques de volume variable ont révélé que les rongeurs titraient avec précision le volume de nourriture consommée pour maintenir un apport calorique constant tout au long de la journée, indiquant que "les rats mangent des calories" (5). Cela impliquait qu'un signal devait être généré pour communiquer la valeur énergétique de la nourriture au cerveau afin de guider l'absorption. Plus tard, d'autres ont confirmé que ces signaux «post-ingestion» peuvent être renforcés en montrant que les animaux sont capables de créer des préférences pour les saveurs consommées en calories par rapport à ceux consommés sans - une forme d'apprentissage appelée conditionnement goût-nutriments (FNC) (6). Il est important de noter que la FNC survient même en l'absence de stimulation sensorielle orale concomitante, qui isole les signaux post-ingestion en tant que principal renforçateur (7). Par exemple, les animaux dépourvus de la machinerie neurobiologique pour la transduction du goût sucré préfèrent néanmoins une eau contenant du saccharose comparée à de l'eau seule, et ce comportement s'accompagne d'une augmentation de la dopamine extracellulaire dans le striatum, une région du cerveau nécessaire à la motivation et à l'apprentissage. De manière critique, cependant, la perfusion de l’agent antimétabolique 2-désoxyglucose, qui bloque la capacité des cellules à utiliser le glucose comme carburant, atténue la dopamine extracellulaire et favorise la formation de préférences (1). Ces signaux sont probablement neuronaux plutôt que endocriniens (c’est-à-dire hormonaux) car l’augmentation de la dopamine extracellulaire est rapide après une perfusion intragastrique de glucose (8). En outre, la perfusion de glucose dans la veine porte, mais non de glucose non métabolisable, augmente la dopamine extracellulaire (8). Ensemble, cela suggère que chez les animaux, le stimulus inconditionnel qui renforce le renforcement du sucre (glucides) est un signal métabolique produit lorsque les cellules utilisent le glucose comme carburant; ce signal est ensuite détecté par un mécanisme dans la veine porte et ensuite transmis au cerveau pour réguler la signalisation de la dopamine (voir la figure). La nature exacte du signal métabolique, son capteur et la façon dont il est transmis au cerveau sont inconnus.
Il existe des preuves qu'un mécanisme similaire fonctionne chez l'homme. Des études de neuroimagerie ont établi que les signaux alimentaires, qui prédisent les calories, activent le striatum chez l’homme et que l’ampleur de ces réponses est régulée par des signaux métaboliques (9). Plus précisément, les augmentations de la glycémie plasmatique après la consommation d’une boisson contenant des glucides prédisent l’ampleur de la réponse striatale conditionnée à la vue et au goût de la boisson. Étant donné que le glucose doit être présent pour être utilisé comme carburant, cela suggère que, chez l'homme comme chez l'animal, le renforcement des hydrates de carbone dépend d'un signal métabolique associé à la présence de glucose. De plus, des observations chez l'homme suggèrent que la représentation cérébrale des signaux métaboliques est indépendante des perceptions conscientes, telles que le goût pour la nourriture. Les mêmes réponses striatales au signal de saveur prédictif de calories, qui étaient si étroitement couplées à des modifications du glucose plasmatique, n'étaient pas liées au goût éprouvé des boissons par les participants. Cela concorde avec d’autres études de neuroimagerie qui ont montré que la densité énergétique réelle, et non la densité énergétique estimée ou l’appréciation appréciée pour les photos d’aliments, prédit le consentement à payer pour des aliments et les réponses du circuit de récompense striatal (3, 10). Ces observations suggèrent que la représentation neuronale de ces signaux nutritionnels de renforcement est indépendante de la perception consciente de la nourriture. Une possibilité intrigante est que les signaux métaboliques sont des générateurs importants de la saillance incitative (comment les signaux deviennent significatifs sur le plan de la motivation) et que les voies distinctes initiées par ces signaux se dirigent vers des circuits neuronaux désirant de la nourriture par rapport à ceux qui aiment la nourriture (11).
Les lipides sont une autre source d’énergie importante, métabolisée différemment des glucides. En conséquence, la voie par laquelle la valeur énergétique de la graisse est communiquée au cerveau diffère. Le blocage de l'oxydation des graisses augmente l'appétit en graisse et le blocage de l'oxydation du glucose augmente l'appétit en sucre. Cependant, la vagotomie (intervention chirurgicale visant à sectionner le nerf vague) chez la souris ne perturbe que l’appétit accru de graisse, laissant l’appétit de glucose inchangé (12). De manière constante, comme le glucose, l’injection directe de lipides dans l’intestin produit une augmentation immédiate de la dopamine striatale extracellulaire. Cependant, cela se produit par le biais d'un mécanisme spécifique du récepteur α (PPARα) activé par les peroxysomes (2). PPARα est exprimé par les entérocytes duodénaux et jéjunaux dans l'intestin grêle et transmet des signaux au nerf vague par des mécanismes encore inconnus. Comme la libération de dopamine striatale par le glucose, l'augmentation de la dopamine est rapide, ce qui est compatible avec la signalisation neurale plutôt que endocrinienne. En outre, l’activation de ces neurones sensoriels vagaux dans le haut de l’intestin qui se projettent sur le ganglion nodose droit, le cerveau postérieur, le substantia nigra et le striatum dorsal est suffisante pour favoriser un apprentissage par récompense (préférence de lieu) et pour libérer de la dopamine striatale chez la souris (13). Il n’est pas clair si cette voie existe chez l’homme et si de telles voies afférentes neuronales métaboliques existent pour d’autres lipides et nutriments.
La découverte que le stimulus inconditionnel soutenant le renforcement des aliments est un signal MNA - au moins parfois indépendant du plaisir sensoriel - est surprenante. Cependant, une réflexion plus profonde révèle l'élégance de cette solution. Tous les organismes doivent se procurer de l’énergie pour survivre et la plupart n’ont pas de fonctions cérébrales d’ordre supérieur qui favorisent la conscience. Ainsi, le mécanisme reflète probablement un système conservé conçu pour relayer les propriétés nutritives des aliments aux circuits centraux du cerveau qui régulent l'alimentation indépendamment de la conscience, de sorte que les aliments renforcent autant qu'il est une source d'énergie utile. En conséquence, un transfert haute fidélité d'informations nutritionnelles de l'intestin au cerveau est essentiel pour une estimation précise de la valeur.
Bien qu'il soit clair que l'environnement alimentaire moderne favorise l'obésité et le diabète, une controverse entoure les mécanismes précis par lesquels cela se produit. Les aliments transformés modernes ont tendance à être denses en énergie, sont conçus pour être aussi irrésistibles que possible et apportent des nutriments à des doses et des combinaisons jamais rencontrées auparavant. Étant donné que les signaux énergétiques entraînent le renforcement, l’augmentation des doses peut augmenter le potentiel de renforcement et donc de dépendance des aliments transformés. Cependant, ce ne sont peut-être pas les seuls facteurs contribuant à une augmentation du diabète et de l'obésité.
Pour augmenter l'appétence, des édulcorants non nutritifs (substances sans contenu calorifique) sont fréquemment ajoutés aux aliments et aux boissons contenant également des sucres nutritifs et des féculents. Par exemple, les boissons édulcorées contiennent les sucres nutritifs glucose et fructose, ainsi que des édulcorants non nutritifs sucralose et acésulfame K. Les yaourts contiennent souvent des sucres nutritifs et des édulcorants non nutritifs tels que l'extrait de feuille de stevia. Une brève lecture des étiquettes d’aliments dans une épicerie révélera de nombreux exemples d’aliments et de boissons contenant des sucres nutritifs et des édulcorants non nutritifs. En revanche, dans les aliments non transformés, le goût sucré est proportionnel à la teneur en sucre et donc en calories (énergie) de la nourriture. Des preuves récentes suggèrent que les produits contenant une combinaison de sucres nutritifs et d’édulcorants non nutritifs produisent des effets métaboliques et renforçants surprenants. Par exemple, la consommation d'une boisson 115-kcal induira des effets thermogéniques plus importants si le goût sucré est «assorti» à la charge calorique par rapport à une boisson trop sucrée ou pas assez sucrée (4). Parce que la thermogenèse induite par le régime alimentaire (DIT) est un marqueur du métabolisme des nutriments et que la réponse métabolique renforce le renforcement par le MNA, une boisson «appariée» hypocalorique peut conditionner une plus grande sympathie et une réponse striatale qu'une boisson «appariée» plus calorique (4). Fait important, cet effet se produit même si le glucose plasmatique augmente. Cela démontre que, chez l’homme comme chez l’animal, ce n’est pas la présence du nutriment dans l’intestin ou le sang qui favorise le renforcement, mais plutôt la génération d’un ANM lorsque le nutriment est utilisé comme carburant essentiel. Le mécanisme derrière cet effet de «désadaptation» chez l'homme est inconnu et mérite une étude plus approfondie. En particulier, comprendre le devenir du glucose non métabolisé et déterminer s’il ya des implications pour le diabète et l’obésité est une orientation essentielle pour l’avenir. Ce qui est clair, c’est que la valeur énergétique des boissons contenant des sucres nutritifs et des édulcorants non nutritifs n’est pas communiquée avec précision au cerveau, du moins dans certaines circonstances, ce qui peut générer des signaux inexacts non seulement pour réguler la récompense, mais également des processus tels que le stockage d'énergie et la répartition des nutriments.
Renforcer les signaux métaboliques vers le cerveau
Dans ce modèle proposé pour renforcer les signaux métaboliques neuronaux afférents (MNA), le signal lipidique dépend de l'activation médiée par PPARα d'afférents sensoriels vagaux qui se projettent sur le ganglion nodose droit, le cerveau postérieur, la substance noire et le striatum dorsal. Le signal d'hydrate de carbone est généré pendant l'oxydation du glucose et active un capteur inconnu de la veine porte, ce qui induit un signal qui active les neurones dopaminergiques du cerveau moyen se projetant vers le striatum. Un réseau cortical indépendant intègre les signaux MNA avec une valeur consciente.
GRAPHIQUE: A. KITTERMAN /SCIENCE
Un deuxième exemple de fidélité compromise de la signalisation intestin-cerveau provient d’une étude dans laquelle on a comparé la valeur de renforcement d’aliments contenant principalement des matières grasses, principalement des glucides, ou à la fois des glucides et des glucides (3). Les aliments riches en lipides et en glucides ne se trouvent pas facilement dans les aliments non transformés, mais font souvent l'objet de fringales (par exemple, le chocolat et les beignets). L'étude a démontré que, parmi un choix d'aliments également caloriques et préférés, les gens voulaient des aliments riches en glucides et en glucides plus facilement que ceux contenant uniquement des lipides ou des glucides, ce qui se reflétait dans les réponses striatales supra-additives (3). Cela peut contribuer à rendre certains aliments plus irrésistibles ou plus irrésistibles que d'autres et donc à jouer un rôle dans la suralimentation.
Ces découvertes émergentes indiquent deux systèmes séparables qui déterminent le choix des aliments. Un système reflète directement la valeur nutritionnelle des aliments et repose sur des signaux métaboliques atteignant le cerveau (MNA). Ce système de détection des nutriments semble jouer un rôle essentiel dans la régulation de la dopamine striatale, la détermination de la valeur des aliments et le choix de l’alimentation. Dans le second système, les perceptions conscientes telles que la saveur et les croyances sur le contenu calorique, le coût et la salubrité des aliments sont également des déterminants importants du choix des aliments (14, 15). Les calculs neuronaux liés aux facteurs de contribution conscients à la valeur semblent être distincts de ceux liés aux signaux de renforcement nutritionnel des ANM et dépendant de circuits situés dans le cortex préfrontal et le cortex insulaire (9). Déterminer la manière dont les deux systèmes interagissent pour réguler le comportement ingéré et le métabolisme des nutriments est un sujet de recherche important.
Il est de plus en plus prouvé que le contenu nutritionnel des aliments transformés n’est pas correctement transmis au cerveau. Cela soulève la possibilité que la manière dont les aliments sont préparés et transformés, au-delà de leur densité énergétique ou de leur goût, affecte la physiologie de manière imprévue, ce qui pourrait favoriser une alimentation excessive et un dysfonctionnement métabolique. Une meilleure compréhension de la façon dont les propriétés des aliments transformés interagissent avec la voie intestin-cerveau est essentielle, de même que la détermination de l’effet de tels effets sur la signalisation de la satiété, les propriétés addictives des aliments, la santé métabolique et l’obésité. En outre, bien que nous nous concentrions sur les lipides et les glucides, il existe probablement plusieurs voies de signalisation pour transmettre au cerveau toute une gamme d'informations nutritives afin de guider le choix des aliments - et ces voies peuvent également être affectées par les aliments transformés.
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Remerciements: Nous remercions I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker et M. Tittgemeyer pour leur aide dans la définition de notre perspective. Nous remercions B. Milner pour son travail de pionnier sur l’apprentissage implicite.
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