Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Mokslas 25 Jan 2019:
T. 363, leidimas 6425, p. 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Signalai, perteikiantys maistinę informaciją iš žarnų į smegenis, reguliuoja maisto stiprinimą ir maisto pasirinkimą (1-4). Konkrečiai, nors centriniai nerviniai skaičiavimai atlieka pasirinkimą, žarnyno nervų sistema perduoda informaciją apie smegenų pasirinkimo mitybos rezultatus, kad būtų galima atnaujinti maisto vertę. Čia aptariame naujausius duomenis, rodančius, kad žarnyno ir smegenų signalizacija yra ištikima, o perdirbtas maistas sukelia pavojų maisto vertei.3, 4). Šios ašies supratimas galėtų informuoti apie maitinimo elgesį, susijusį su perdirbtais maisto produktais ir nutukimu.
1947 tyrimuose, kuriuose graužikai buvo šeriami izokalorinėmis dietomis, kurių tūris buvo nevienodas, paaiškėjo, kad graužikai tiksliai titruoja suvartojamo maisto kiekį pastoviam kalorijų kiekiui palaikyti per dienas, o tai reiškia, kad „žiurkės valgo kalorijas“ (5). Tai reiškė, kad turi būti sukurtas signalas, kad galvos smegenų energinė vertė būtų informuota apie suvartojimą. Vėliau kiti patvirtino, kad šie „po ingestive“ signalai gali būti sustiprinti, parodydami, kad gyvūnai gali suformuoti skonių, vartojamų su kalorijomis, lengvatas, palyginti su nenaudojamais skoniais - mokymosi forma, vadinama skonio maistinių medžiagų kondicionavimu (FNC).6). Svarbu tai, kad FNC pasireiškia net tuo atveju, kai nėra kartu vartojamo geriamojo jutimo stimuliavimo, kuris išskiria po ingestive signalus kaip pagrindinį stiprintuvą (7). Pavyzdžiui, gyvūnai, kuriems trūksta neurobiologinių mechanizmų, kad būtų galima perduoti saldų skonį, vis dėlto sudaro pirmenybę vandeniui, kuriame yra sacharozės, lyginant su vien tik vandeniu, ir šį elgesį lydi ekstraląstelinio dopamino padidėjimas striatume, smegenų sritis, būtina motyvacijai ir mokymuisi. Tačiau kritiškai, antimetabolinio agento 2-deoksigliukozės infuzija, kuri blokuoja ląstelių gebėjimą naudoti gliukozę kaip kurą, sumažina ekstraląstelinį dopamino ir pirmenybės formavimąsi (1). Šie signalai greičiausiai yra nerviniai, o ne endokrininiai (tai yra hormoniniai), nes po gliukozės intragastrinės infuzijos ekstraląstelinė dopamino koncentracija yra greita (8). Be to, gliukozės infuzija, bet ne metabolizuojamoji gliukozė į porų veną padidina ekstraląstelinį dopaminą (8). Kartu tai rodo, kad gyvūnams besąlyginis stimulas, skatinantis cukraus (angliavandenių) sustiprinimą, yra metabolinis signalas, gaunamas, kai ląstelės naudoja gliukozę kurui; po to šis signalas yra suvokiamas portalo venų mechanizmu ir vėliau perduodamas į smegenis, kad būtų reguliuojamas dopamino signalizavimas (žr. paveikslą). Nežinomas tikslus metabolinio signalo pobūdis, jo jutiklis ir kaip jis perduodamas į smegenis.
Yra įrodymų, kad panašus mechanizmas veikia žmonėms. Neuromaging tyrimai parodė, kad maisto ženklai, kurie prognozuoja kalorijas, aktyvina žmogaus striatumą ir kad šių reakcijų mastą reguliuoja metaboliniai signalai (9). Konkrečiai, padidėjęs gliukozės kiekis kraujyje po suvartojamo angliavandenių gėrimo prognozuoja sąlyginio striatto atsako į gėrimo regėjimą ir skonį dydį. Kadangi gliukozė turi būti naudojama kaip kuras, tai rodo, kad žmonėms, kaip ir gyvūnams, angliavandenių sustiprinimas priklauso nuo metabolinio signalo, susijusio su gliukozės buvimu. Be to, stebėjimai žmonėms rodo, kad medžiagų apykaitos signalų smegenų vaizdavimas yra nepriklausomas nuo sąmoningo suvokimo, pvz., Maisto skonio. Tie patys striatriški atsakai į kalorijų prognozavimo skonį, kurie buvo taip glaudžiai susieti su gliukozės koncentracija plazmoje, nebuvo susiję su vertinimu, kad dalyviai mėgavosi gėrimais. Tai atitinka papildomus neuromedicininius tyrimus, kuriuose nustatyta, kad tikrasis energijos tankis, o ne apskaičiuotas energijos tankis ar įvertintas maistinių paveikslėlių skonis, numato norą mokėti už maisto produktus ir striatų atlygio grandinės atsakymus (3, 10). Šie stebėjimai rodo, kad šių stiprinančių maistinių signalų neuroninis reprezentavimas nepriklauso nuo sąmoningo suvokimo apie maistą. Įdomi galimybė yra tai, kad medžiagų apykaitos signalai yra svarbūs skatinamojo dėmesio generatoriai (kaip užuominos tampa motyvacinės prasmės) ir kad atskiri keliai, kuriuos inicijuoja šie signalai, nukreipia į maistą patiriančius ir maistui tinkančius neuroninius grandynus (11).
Lipidai yra dar vienas svarbus energijos šaltinis, kuris metabolizuojamas skirtingai nei angliavandeniai. Atitinkamai, kelias, kuriuo riebalų energinė vertė perduodama smegenims, skiriasi. Riebalų oksidacijos blokavimas padidina riebalų apetitą, o gliukozės oksidacijos blokavimas padidina cukraus apetitą. Tačiau vagotomija (chirurgija vaginiam nervui nutraukti) pelėse tik sutrikdo padidėjusį riebalų apetitą, todėl gliukozės apetitas nesikeičia (12). Nuosekliai, kaip ir gliukozė, tiesioginė lipidų infuzija į žarnyną nedelsiant padidina ekstraląstelinio striatalo dopamino. Tačiau tai vyksta per peroksisomų proliferatoriaus-aktyvinto receptoriaus α (PPARα) specifinį mechanizmą (2). PPARα išreiškia dvylikapirštės žarnos ir jejunolo enterocitai plonojoje žarnoje ir signalai į vagus nervą per dar nežinomus mechanizmus. Kaip ir striatalo dopamino išsiskyrimas gliukoze, dopamino padidėjimas yra spartus, o tai atitinka neuralizuotą, o ne endokrininę signalizaciją. Be to, šių makšties sensorinių neuronų aktyvavimas viršutinėje žarnyne, kuris nukreipiamas į dešinįjį nugaros ganglioną, galvos smegenis, materia nigra ir dorsalinę striatumą, yra pakankamas, kad būtų palaikomas atlygis (vietovės parinkimas) ir išskiriamas striatalo dopaminas pelėms (13). Ar šis kelias egzistuoja žmonėms, yra neaiškus, ir ar tiriami tokie metaboliniai nervų afferentiniai (MNA) būdai kitiems lipidams ir maistinėms medžiagoms.
Stebina tai, kad besąlygiškas stimulas, palaikantis maisto stiprinimą, yra MNA signalas, kuris kartais yra nepriklausomas nuo jutimo malonumo. Tačiau gilesnis apmąstymas atskleidžia šio sprendimo eleganciją. Visi organizmai turi išgyventi energiją, kad išgyventų, ir dauguma jų neturi aukštesnio lygio smegenų funkcijų, palaikančių sąmonę. Taigi mechanizmas greičiausiai atspindi konservuotą sistemą, skirtą maitinti maisto produktų maistines savybes centrinėms grandinėms smegenyse, reguliuojančias šėrimą nepriklausomai nuo sąmonės, kad maistas būtų stiprinamas, nes tai yra naudingas energijos šaltinis. Todėl, norint tiksliai apskaičiuoti vertę, labai svarbu, kad maistinė informacija būtų perduota iš žarnų į smegenis.
Nors aišku, kad šiuolaikinė maisto aplinka skatina nutukimą ir diabetą, prieštaravimai yra susiję su tiksliais mechanizmais, kuriais tai vyksta. Šiuolaikiniai perdirbti maisto produktai yra linkę būti energijos tankūs, sukonstruoti taip, kad jie būtų kuo atsparesni, ir maitintų maistines medžiagas dozėse ir deriniuose, kurie anksčiau nebuvo aptikti. Kadangi energetiniai signalai sustiprina, padidėjusios dozės gali padidinti perdirbtų maisto produktų potencialą, dėl kurio atsiranda padidėjimas. Tačiau tai gali būti ne vienintelis veiksnys, padedantis padidinti diabetą ir nutukimą.
Siekiant padidinti skonį, maisto produktai ir gėrimai, kuriuose taip pat yra maistinių cukrų ir krakmolų, dažnai papildomi ne maistiniais saldikliais (medžiagomis be kaloringumo). Pavyzdžiui, cukraus saldintuose gėrimuose yra maistinių cukrų gliukozės ir fruktozės, taip pat ne maistiniai saldikliai sukralozė ir acesulfamas K. Jogurte dažnai yra maistinių cukrų ir ne maistinių saldiklių, pvz., Stevijos lapų ekstraktas. Trumpas maisto produktų etikečių supažindinimas su maisto produktais parodys daugybę maisto produktų ir gėrimų, kuriuose yra ir maistinių cukrų, ir ne maistinių saldiklių. Priešingai, neperdirbtuose maisto produktuose saldumas yra proporcingas maisto produkto cukraus kiekiui, taigi ir kaloringumui (energijai). Naujausi įrodymai rodo, kad produktai, kuriuose yra maistinių cukrų ir ne maistinių saldiklių derinys, sukuria netikėtą medžiagų apykaitą ir sustiprina poveikį. Pavyzdžiui, vartojant 115 kcal gėrimą, atsiras didesnis termogeninis poveikis, jei saldumas yra „suderintas“ su kalorijų apkrova, palyginti su tuo, jei jis yra per saldus arba nepakankamai saldus (4). Kadangi su maistu susijusi termogenezė (DIT) yra maistinių medžiagų apykaitos žymeklis ir metabolinis atsakas skatina stiprinimą per MNA, mažesnio kaloringumo „suderintas“ gėrimas gali sąlygoti didesnį skonį ir striatų reakciją, nei „kalorijų“ neatitinkantis gėrimas (4). Svarbu tai, kad šis poveikis pasireiškia, nors padidėja gliukozės koncentracija plazmoje. Tai rodo, kad žmonėms, kaip ir gyvuliams, žarnyne ar kraujyje nėra maistinių medžiagų buvimas, o tai reiškia, kad MNA atsiranda, kai maistinė medžiaga naudojama kaip degalai, kurie yra labai svarbūs. Šio „nesuderinamumo“ poveikio žmogui mechanizmas nežinomas ir reikalauja tolesnių tyrimų. Ypač kritinė būsima kryptis yra suprasti nesuvartoto gliukozės likimą ir nustatyti, ar yra pasekmių diabetui ir nutukimui. Akivaizdu, kad gėrimų, kurių sudėtyje yra maistinių cukrų ir ne maistinių saldiklių, energinė vertė nėra tiksliai perduodama smegenims, bent jau tam tikromis aplinkybėmis, ir tai gali sukelti netikslių signalų generavimą ne tik už atlygį, bet ir taip pat procesai, pvz., energijos kaupimas ir maistinių medžiagų skaidymas.
Stiprinti medžiagų apykaitos signalus į smegenis
Šiame siūlomame metabolinių nervų afferentinių (MNA) signalų stiprinimo modelyje, riebalų signalas priklauso nuo PPARa-tarpininkaujančio makšties jutimo afferentų aktyvavimo, kuris nukreipiamas į dešinįjį nugaros ganglioną, galvos smegenis, materia nigra ir dorsalinę striatumą. Angliavandenių signalas generuojamas gliukozės oksidacijos metu ir aktyvuoja nežinomą portalo venų jutiklį, kuris sukelia signalą, kuris aktyvuoja vidurio smegenų dopamino neuronus, išsikišusius į striatumą. Nepriklausomas žievės tinklas integruoja MNA signalus sąmoningai.
GRAFIKA: A. KITTERMAN /MOKSLAS
Antrasis pavojaus žarnyno ir smegenų signalizacijos ištikimybės pavyzdys yra tyrimas, kurio metu buvo lyginamas maisto produktų, kuriuose yra daugiausia riebalų, visų pirma angliavandenių, arba riebalų ir angliavandenių, stiprinimo vertė (3). Maisto produktai, kurių sudėtyje yra daug riebalų ir angliavandenių, nėra lengvai apdorojami maisto produktuose, tačiau jie dažnai yra maisto apetitas (pavyzdžiui, šokoladas ir spurgos). Tyrimas parodė, kad, pasirinkus vienodą kalorijų kiekį ir mėgstamus maisto produktus, žmonės norėjo, kad maisto produktai, kuriuose būtų daugiau riebalų ir angliavandenių, būtų daugiau nei vien tik riebalų arba angliavandenių, ir tai atsispindėjo supra-adityviniuose striatriuose.3). Tai gali paskatinti kai kuriuos maisto produktus atgrasyti ar pasipriešinti nei kitiems, todėl jie gali prisidėti prie persivalgymo.
Šie nauji rezultatai rodo, kad dvi atskiriamos sistemos, kuriomis galima rinktis maistą. Viena sistema tiesiogiai atspindi maisto produktų maistinę vertę ir remiasi metaboliniais signalais, pasiekiančiais smegenis (MNA). Atrodo, kad ši maistinių medžiagų nustatymo sistema atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant striatrijos dopaminą, nustatant maisto produktų vertę ir skatinant maisto pasirinkimą. Antroje sistemoje sąmoningas suvokimas, pavyzdžiui, skonis ir įsitikinimai apie maisto produktų kalorijų kiekį, kainą ir sveikumą, taip pat yra svarbūs maisto pasirinkimo veiksniai (14, 15). Neuriniai skaičiavimai, susiję su sąmoningais įnašais į vertę, skiriasi nuo tų, kurie susiję su MNAs stiprinančiais maistiniais signalais ir priklauso nuo grandinių, esančių prefrontalinėje žievėje ir saloje.9). Svarbi mokslinių tyrimų tema - tai, kaip dvi sistemos sąveikauja reguliuodamos nurijimą ir maistinių medžiagų apykaitą.
Įrodyta, kad perdirbtų maisto produktų maistinis kiekis nėra tiksliai perduodamas į smegenis. Dėl to atsiranda galimybė, kad maisto produktai būtų ruošiami ir apdorojami ne tik dėl jų energijos tankumo ar skonio, bet ir nenumatytų būdų fiziologijos, kuri galėtų paskatinti persivalgymą ir metabolinę disfunkciją. Geresnis supratimas apie tai, kaip apdorotų maisto produktų savybės sąveikauja su žarnyno ir smegenų keliu, yra lemiamas, kaip nustatyti, ar tokie poveikiai turi įtakos sotumo signalizacijai, maisto produktų priklausomybės savybėms, medžiagų apykaitai ir nutukimui. Be to, nors mes sutelkiame dėmesį į riebalus ir angliavandenius, yra tikėtina, kad daugelis signalizacijos būdų perduos maistinę informaciją smegenyse, kad galėtų vadovauti maisto pasirinkimui, ir šiuos takus gali panašiai paveikti perdirbti maisto produktai.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Tai straipsnis, platinamas pagal. \ T Mokslo žurnalų numatytoji licencija.
Nuorodos ir pastabos
- ↵
- LA Tellez ir kt
., J. Physiol. 591, 5727 (2013).
CrossRefPubMed"Google Scholar"
- ↵
- LA Tellez ir kt
., Mokslas 341, 800 (2013).
Anotacija / NEMOKAMAS Visas tekstas"Google Scholar"
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
., Ląstelių metab. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen et al
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
, Esu. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
, J. Comp. Fiziolis. Psicholas. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedMokslo tinklas"Google Scholar"
- ↵
- X. Ren ir kt
., J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Anotacija / NEMOKAMAS Visas tekstas"Google Scholar"
- ↵
- L. Zhang ir kt
., Priekyje. Integr. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo ir kt
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
CrossRefPubMed"Google Scholar"
- ↵
- DW Tang et al
., Psicholas. Mokslas. 25, 2168 (2014).
CrossRefPubMed"Google Scholar"
- ↵
- KC Berridge
, Neurosci. Biobehav. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedMokslo tinklas"Google Scholar"
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
, Esu. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han et al
., Ląstelė 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare et al
., Mokslas 324, 646 (2009).
Anotacija / NEMOKAMAS Visas tekstas"Google Scholar"
- ↵
- H. Plassmann ir kt
., J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Anotacija / NEMOKAMAS Visas tekstas"Google Scholar"
Padėkos: Dėkojame I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker ir M. Tittgemeyer už jų pagalbą formuojant mūsų perspektyvą. Mes pripažįstame B. Milnerį už savo novatorišką darbą netiesioginio mokymosi srityje.
;
