Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Tudomány 25 Jan 2019:
Vol. 363, 6425 kiadás, 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
A táplálkozási információkat a bélből az agyba közvetítő jelek szabályozzák az élelmiszer-megerősítést és az élelmiszer-választást (1-4). Pontosabban, bár a központi idegi számítások elvégzik a választást, a bél idegrendszer információt szolgáltat a választások táplálkozási kimeneteléről az agyra, hogy az élelmiszerértékek reprezentációja frissüljön. Itt a legutóbbi megállapításokat tárgyaljuk, amelyek arra utalnak, hogy a gut-agy jelzés hűsége és az ebből eredő élelmiszerérték ábrázolása a feldolgozott élelmiszerek által veszélyeztetett.3, 4). Ennek a tengelynek a megértése tájékoztathatja a feldolgozott élelmiszerekkel és az elhízással kapcsolatos táplálkozási viselkedést.
Az 1947-ban olyan kísérletek, amelyek során a rágcsálókat izokaloros táplálkozással táplálták, azt mutatják, hogy a rágcsálók pontosan titrálják az állandó kalóriabevitel fenntartásához szükséges élelmiszerek mennyiségét a napokon, jelezve, hogy „patkányok kalóriát fogyasztanak” (5). Ez azt jelentette, hogy létre kell hozni egy jelet az élelmiszerek energetikai értékének az agyra történő átvitelére, hogy a bevitelt irányítsák. Később mások megerősítették, hogy ezek a „poszt-ingestive” jelek megerősíthetők azzal, hogy megmutatják, hogy az állatok képesek a kalóriákkal fogyasztott ízek preferenciáit képezni az elfogyasztottakhoz képest - az íz-tápanyag-kondicionálás (FNC) néven.6). Fontos, hogy az FNC még az orális szenzoros stimuláció hiányában is bekövetkezik, ami az inzertív jeleket izolálja a kulcsfontosságú megerősítő eszközként (7). Például azok az állatok, amelyeknek nincs édes íze átültetésére szolgáló neurobiológiai gép, mégis egyedül a vízhez viszonyítva előnyben részesítik a szacharózt tartalmazó vizet, és ez a viselkedés az extracelluláris dopamin emelkedésével jár együtt a striatumban, ami a motivációhoz és a tanuláshoz szükséges agyi régió. Kritikusan azonban a 2-deoxyglucose antimetabolikus szer infúziója, amely megakadályozza a sejtek glükóz üzemanyagként való alkalmazását, enyhíti az extracelluláris dopamin és a preferenciák kialakulását (1). Ezek a jelek valószínűleg neurálisak, nem pedig endokrin (azaz hormonális) jelek, mivel az extracelluláris dopamin emelkedése a glükóz intragasztikus infúziója után gyors (8). Továbbá, a glükóz, de nem nem metabolizálható glükóz infúziója a portál vénáján növeli az extracelluláris dopamint (8). Ez együttesen azt sugallja, hogy az állatokban a cukor (szénhidrát) megerősítését ösztönző feltétlen inger egy olyan metabolikus jel, amely akkor jön létre, amikor a sejtek üzemanyaghoz használják a glükózt; ezt a jelet ezután a portálvénában lévő mechanizmus érzékeli, majd a dopamin jelátvitel szabályozására az agyba továbbítja (lásd az ábrát). A metabolikus jel, az érzékelő és az agyba történő továbbításának pontos jellege nem ismert.
Bizonyíték van arra, hogy hasonló mechanizmus működik az emberekben. A neuroképző vizsgálatok kimutatták, hogy a táplálkozási jelek, amelyek előrejelzik a kalóriákat, aktiválják az emberi striatumot, és hogy ezeknek a válaszoknak a nagyságát az anyagcsere jelek szabályozzák (9). Pontosabban a szénhidrát tartalmú ital fogyasztása után a vérplazma glükózszintjének növekedése megjósolja a kondicionált striatális válasz nagyságát az ital látványára és ízére. Mivel a glükóznak jelen kell lennie üzemanyagként való felhasználásra, ez arra utal, hogy az emberekben, mint az állatoknál, a szénhidrát megerősítése a glükóz jelenlétéhez kapcsolódó metabolikus jelektől függ. Ezenkívül az emberek megfigyelései azt sugallják, hogy az anyagcsere jelek agyi ábrázolása független a tudatos felfogásoktól, mint például az élelmiszer-szeretettől. A kalcium-prediktív ízcélokra ugyanazok a striatta-válaszok, amelyek annyira szorosan kapcsolódtak a plazma glükóz változásához, nem kapcsolódtak az italok által a résztvevők által elért kedvező kedveződéshez. Ez összhangban van az olyan további neurométeres vizsgálatokkal, amelyek azt mutatják, hogy a tényleges energiasűrűség, és nem az élelmiszerfotók becsült energiasűrűsége vagy névleges kedveltsége azt jósolja, hogy hajlandó fizetni az élelmiszerekért és a striatális jutalomkör válaszaiért (3, 10). Ezek a megfigyelések arra utalnak, hogy ezeknek az erősítő táplálkozási jeleknek a neurális ábrázolása független az élelmiszerekkel kapcsolatos tudatos felfogásoktól. Érdekes lehetőség az, hogy az anyagcsere jelek fontos ösztönző tényezők (miként válnak motivációs értelemben), és hogy a jelek által indított különös útvonalak táplálékot igénylő és élelmiszer-kedvelő idegi áramkörökre irányulnak (11).
A lipidek egy másik fontos energiaforrás, amelyet a szénhidrátoktól eltérően metabolizálnak. Ennek megfelelően különbözik a zsír energetikai értékének az agyhoz való közlése. A zsír oxidációjának megakadályozása növeli a zsír étvágyát, és a glükóz oxidációjának blokkolása növeli a cukor étvágyát. Azonban az egerekben a vagotomia (a hüvelyideg elvágására szolgáló műtét) csak megzavarja a zsír fokozott étvágyát, így a glükóz étvágy nem változik (12). A glükózhoz hasonlóan, a lipidek közvetlen infúziója a bélben az extracelluláris striatális dopamin azonnal emelkedik. Ez azonban egy peroxiszóma proliferátor-aktivált receptor α (PPARα) -specifikus mechanizmuson keresztül történik (2). A PPARα-t a nyombélben és a vékonybélben lévő jejunális enterociták expresszálják, és a még nem ismert mechanizmusok révén a hüvelyi idegre jeleket adnak. Mint a striatális dopamin felszabadulás glükózzal, a dopamin emelkedése gyors, ami összhangban van a neurális, mint az endokrin jelátvitellel. Ezen túlmenően, a hüvelyi érzékszervi neuronok aktiválása a felső bélben, amely a jobb csomópont ganglionra, a hátsó magra, a materia nigra-ra és a dorsalis striatumra irányul, elegendő a jutalom-tanulás (hely preferencia) támogatására és a striatális dopamin felszabadítására egerekben (13). Az, hogy ez az út emberben létezik-e, nem világos, és hogy léteznek-e ilyen metabolikus neurális afferens (MNA) útvonalak más lipidek és tápanyagok esetében.
Meglepő az a felfedezés, hogy az élelmiszer-megerősítést támogató feltétel nélküli inger egy MNA-jel, amely legalább néha független az érzékszervi élvezettől. A mélyebb visszaverődés azonban megmutatja ennek a megoldásnak az eleganciáját. Minden szervezetnek meg kell szereznie az energiát a túléléshez, és a legtöbb hiányzik a magasabb rendű agyi funkciók, amelyek támogatják a tudatot. Így a mechanizmus valószínűleg egy olyan konzervált rendszert tükröz, amely arra szolgál, hogy a táplálkozási tulajdonságokat az agyban lévő központi áramkörökhöz közvetítse, amely a tudatosságtól függetlenül szabályozza a táplálékot, így az élelmiszer olyan erősítő, mint hasznos energiaforrás. Ennek megfelelően a táplálkozási információknak a bélből az agyba történő nagyfokú átadása kritikus az érték pontos becsléséhez.
Bár világos, hogy a modern élelmiszer-környezet elősegíti az elhízást és a cukorbetegséget, a vita körülveszi a pontos mechanizmusokat, amelyekkel ez történik. A modern feldolgozott élelmiszerek általában sűrűek az energiaforrásokban, úgy tervezték, hogy az ellenállhatatlanok, és a korábban nem tapasztalt dózisokban és kombinációkban táplálékot szolgáltassanak. Mivel az energetikai jelek erősítik a megerősítést, a megnövekedett dózisok növelhetik a feldolgozott élelmiszerek megerősítő és így „addiktív” potenciálját. Ezek azonban nem lehetnek az egyetlen tényező, amely hozzájárul a cukorbetegség és az elhízás növekedéséhez.
Az ízesség növelése érdekében a táplálkozási cukrokat és keményítőt is tartalmazó élelmiszerekhez és italokhoz gyakran nem tápláló édesítőszereket (fűtőanyagmentes anyagokat) adnak. Például a cukrotartalmú italok tartalmazzák a tápláló cukrokat, a glükózt és a fruktózt, valamint a nem tápláló édesítőszereket, a szukralózt és az aceszulfámot. A Yogurts gyakran tartalmaz tápláló cukrokat és nem tápláló édesítőszereket, például stevia levélkivonatot. Az élelmiszer-címkék rövid ismertetése az élelmiszerboltban számos példát fog mutatni olyan élelmiszerekről és italokról, amelyek tápláló cukrokat és nem tápláló édesítőszereket tartalmaznak. Ezzel szemben a feldolgozatlan élelmiszerekben az édesség arányos az élelmiszer cukortartalmával, és ezért a kalória (energia) tartalommal. A legfrissebb bizonyítékok arra utalnak, hogy a tápláló cukrok és a nem tápláló édesítőszerek kombinációját tartalmazó termékek meglepő anyagcserét és erősítő hatást fejtenek ki. Például egy 115-kcal ital fogyasztása nagyobb termogén hatást vált ki, ha az édesség „illeszkedik” a kalóriaterheléshez képest, ha túl édes vagy nem elég édes (4). Mivel az étrend-indukált termogenezis (DIT) a tápanyag-anyagcserét és az anyagcsere-reakciót az MNA-n keresztül erősíti meg, az alacsonyabb kalóriatartalmú „összehangolt” ital nagyobb tetszést és striatum választ adhat, mint a magasabb kalóriatartalmú „nem egyeztethető” ital (4). Fontos, hogy ez a hatás akkor is fennáll, ha a plazma glükóz emelkedik. Ez azt mutatja, hogy az emberekben, mint az állatoknál, nem a tápanyag jelenléte a bélben vagy a vérben erősíti meg a megerősítést, hanem inkább egy MNA létrehozását, amikor a tápanyagot kritikus tüzelőanyagként használják. A „nem megfelelő” hatású mechanizmus az emberben ismeretlen, és további vizsgálatot igényel. A nem metabolizált glükóz sorsának megértése és annak meghatározása, hogy vannak-e hatások a cukorbetegségre és az elhízásra, kritikus jövőbeli irány. Nyilvánvaló, hogy a tápláló cukrokat és nem tápláló édesítőszereket tartalmazó italok energetikai értékét nem közlik pontosan az agyral, legalábbis bizonyos körülmények között, és ez pontatlan jelek generálásához vezethet nemcsak a jutalom szabályozásához, hanem olyan folyamatok is, mint az energiatárolás és a tápanyagmegosztás.
Az anyagcsere jelek erősítése az agyban
Ebben a javasolt modellben az anyagcsere-neurális afferens (MNA) jelek megerősítésére a zsírszignál a hüvelyi érzékszervi afferensek PPARa-közvetített aktivációjától függ, amelyek a jobb csomópont ganglionra, a hátsó agyra, a materia nigra-ra és a dorsalis striatumra irányulnak. A szénhidrát jele a glükóz oxidáció során keletkezik, és egy ismeretlen portálvénás érzékelőt aktivál, amely olyan jelet vált ki, amely aktiválja a striatumra vetítő középső agyi dopamin neuronokat. Egy független kérgi hálózat integrálja az MNA jeleket tudatos értékkel.
GRAFIKAI: A. KITTERMAN /TUDOMÁNY
Egy másik példa a bél-agy jelzésének veszélyeztetett hűségére egy olyan tanulmányból származik, amelyben az elsődlegesen zsírt, elsősorban szénhidrátot, vagy mind a zsírt, mind a szénhidrátot tartalmazó élelmiszerek megerősítő értékét hasonlították össze (3). A nem feldolgozott élelmiszerekben nagy zsírtartalmú és szénhidrát-tartalmú élelmiszerek találhatók, de gyakran az élelmiszer-vágyak (például csokoládé és fánk) tárgyát képezik. A tanulmány kimutatta, hogy az egyforma kalóriatartalmú és tetszett ételek közül az emberek olyan zsír- és szénhidrát-tartalmú ételeket akartak, mint a zsír vagy szénhidrát egyedül, és ez tükröződött a szupra-aditív striatális válaszokban (3). Ez hozzájárulhat ahhoz, hogy egyes élelmiszerek legyenek megerõsödve vagy ellenállhatatlanná váljanak, mint mások, és ezért szerepet játszanak az overeatingban.
Ezek az új eredmények arra mutatnak rá, hogy két, egymástól elválasztható rendszer választja az élelmiszer-választást. Az egyik rendszer közvetlenül tükrözi az élelmiszerek tápértékét, és az agyba érő metabolikus jelekre támaszkodik (MNA-k). Úgy tűnik, hogy ez a tápanyag-érzékelő rendszer kritikus szerepet játszik a striatális dopamin szabályozásában, az élelmiszerek értékének meghatározásában és az élelmiszer-választás irányításában. A második rendszerben az ételválasztás fontos tényezői a tudatos felfogások, mint például az élelmiszerek kalóriatartalmára, költségére és egészségességére vonatkozó íze és meggyőződése.14, 15). A tudatos hozzájárulókhoz kapcsolódó neurális számítások úgy tűnik, hogy különböznek az MNA-k tápanyag-erősítő jeleivel kapcsolatosaktól, és függenek a prefrontális kéregben és a szigetelt kéregben lévő áramköröktől (9). Fontos kutatási téma annak meghatározása, hogy a két rendszer kölcsönhatásba lép-e a táplálkozási magatartás és a tápanyag-metabolizmus szabályozásában.
Bizonyíték van arra, hogy a feldolgozott élelmiszerek tápanyagtartalma nem kerül pontosan az agyba. Ez felveti annak az esélyét, hogy az élelmiszerek energia-sűrűségén vagy ízlésén túlmenően előkészítik és feldolgozzák az élettani elvárásokat váratlan módon, ami elősegítheti a túlhevülést és a metabolikus diszfunkciót. A feldolgozott élelmiszerek tulajdonságainak jobb kölcsönhatása a bél-agy útjával kritikus fontosságú, mivel meghatározható, hogy az ilyen hatások befolyásolják-e a telítettségi jelzést, az élelmiszerek addiktív tulajdonságait, az anyagcsere-egészséget és az elhízást. Továbbá, bár a zsírra és a szénhidrátra összpontosítunk, valószínűleg több jelzési út vezet a táplálkozási információk tömeges továbbításához az agyhoz, hogy irányítsák az ételválasztást - és ezek az utak hasonlóan érinthetők a feldolgozott élelmiszerekkel.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Ez egy cikk, amelyet a. \ T Tudományos folyóiratok alapértelmezett licenc.
Hivatkozások és megjegyzések
- ↵
- LA Tellez et al
J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez et al
., Tudomány 341, 800 (2013).
Absztrakt / ingyenes teljes szövegGoogle Scholar
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
., Cell Metab. 28., 33. (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen et al
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
Am. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
J. Comp. Physiol. Psychol. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren és mtsai
J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Absztrakt / ingyenes teljes szövegGoogle Scholar
- ↵
- L. Zhang és mtsai
., Elülső. Integr. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang és mtsai
., Psychol. Sci. 25, 2168 (2014)].
- ↵
- KC Berridge
Neurosci. Biobehav. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
Am. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han és mtsai
., 175, 665 (2018) cella.
- ↵
- TA Hare és mtsai
., Tudomány 324, 646 (2009).
Absztrakt / ingyenes teljes szövegGoogle Scholar
- ↵
- H. Plassmann és mtsai
J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Absztrakt / ingyenes teljes szövegGoogle Scholar
Köszönetnyilvánítás: Köszönjük I. de Araujo-nak, A. Dagher-nek, S. La Fleur-nak, S. Luquet-nak, M. Schatzker-nek és M. Tittgemeyer-nek, hogy segítettek a perspektíva kialakításában. Elismerjük B. Milner-t az implicit tanulás úttörő munkájáért.
;
