Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Khoa học 25 tháng 1 2019:
Tập 363, Vấn đề 6425, trang 346-347
DOI: 10.1126 / khoa học.aav0556
Tín hiệu truyền thông tin dinh dưỡng từ ruột đến não điều chỉnh tăng cường thực phẩm và lựa chọn thực phẩm (1–4). Cụ thể, mặc dù các tính toán thần kinh trung ương thực hiện lựa chọn, hệ thống thần kinh ruột truyền thông tin về kết quả dinh dưỡng của các lựa chọn đến não để có thể cập nhật các giá trị thực phẩm. Ở đây, chúng tôi thảo luận về những phát hiện gần đây cho thấy độ trung thực của tín hiệu ruột-não và đại diện kết quả của giá trị thực phẩm bị tổn hại bởi thực phẩm chế biến (3, 4). Hiểu trục này có thể thông báo về hành vi cho ăn liên quan đến thực phẩm chế biến và béo phì.
Trong 1947, các thí nghiệm trong đó các loài gặm nhấm được cho ăn chế độ ăn theo phương pháp khác nhau về khối lượng cho thấy các loài gặm nhấm chuẩn độ chính xác khối lượng thức ăn tiêu thụ để duy trì lượng calo liên tục trong nhiều ngày, cho thấy chuột chuột ăn calo.5). Điều này ngụ ý rằng một tín hiệu phải được tạo ra để truyền đạt giá trị năng lượng của thực phẩm đến não để hướng dẫn lượng ăn vào. Sau đó, những người khác xác nhận rằng các tín hiệu này sau khi ăn có thể được củng cố bằng cách cho thấy rằng động vật có thể hình thành các sở thích cho hương vị tiêu thụ với lượng calo so với những tín hiệu được tiêu thụ mà không có hình thức học gọi là điều hòa dinh dưỡng hương vị (FNC) (6). Điều quan trọng, FNC xảy ra ngay cả khi không có sự kích thích cảm giác bằng miệng đồng thời, cô lập các tín hiệu sau tiêu hóa như là chất tăng cường chính (7). Ví dụ, động vật thiếu bộ máy sinh học thần kinh để chuyển tải vị ngọt tuy nhiên hình thành các sở thích đối với nước có chứa sucrose so với nước, và hành vi này đi kèm với sự gia tăng của dopamine ngoại bào ở vùng thượng thận, vùng não cần thiết cho việc thúc đẩy và học tập. Tuy nhiên, quan trọng, truyền chất chống chuyển hóa 2-deoxyglucose, ngăn chặn khả năng của các tế bào sử dụng glucose làm nhiên liệu, làm suy yếu dopamine ngoại bào và hình thành ưu tiên (1). Những tín hiệu này có khả năng là thần kinh chứ không phải nội tiết (nghĩa là nội tiết tố) vì sự gia tăng của dopamine ngoại bào diễn ra nhanh chóng sau khi truyền glucose vào nội tâm mạc (8). Hơn nữa, truyền glucose nhưng không phải glucose không thể chuyển hóa ở tĩnh mạch cửa làm tăng dopamine ngoại bào (8). Nói chung, điều này cho thấy rằng ở động vật, kích thích vô điều kiện thúc đẩy sự tăng cường đường (carbohydrate) là một tín hiệu trao đổi chất được tạo ra khi các tế bào sử dụng glucose làm nhiên liệu; tín hiệu này sau đó được cảm nhận bởi một cơ chế trong tĩnh mạch cửa và sau đó được truyền đến não để điều chỉnh tín hiệu dopamine (xem hình). Bản chất chính xác của tín hiệu trao đổi chất, cảm biến của nó và cách truyền đến não vẫn chưa được biết.
Có bằng chứng cho thấy một cơ chế tương tự hoạt động ở người. Các nghiên cứu về hình ảnh thần kinh đã xác định rằng các tín hiệu thực phẩm, có thể dự đoán được lượng calo, kích hoạt các vân ở người và cường độ của các phản ứng này được điều chỉnh bởi các tín hiệu trao đổi chất (9). Cụ thể, sự gia tăng glucose trong huyết tương sau khi tiêu thụ một loại đồ uống có chứa carbohydrate dự đoán mức độ của phản ứng nổi bật có điều kiện đối với thị giác và mùi vị của đồ uống. Bởi vì glucose phải có mặt để được sử dụng làm nhiên liệu, điều này cho thấy ở người, cũng như ở động vật, việc tăng cường carbohydrate phụ thuộc vào tín hiệu trao đổi chất liên quan đến sự hiện diện của glucose. Ngoài ra, các quan sát ở người cho thấy sự biểu hiện của não đối với các tín hiệu trao đổi chất không phụ thuộc vào nhận thức có ý thức, chẳng hạn như thích thức ăn. Những phản ứng tương tự đối với cue hương vị dự đoán calo được kết hợp chặt chẽ với những thay đổi trong glucose huyết tương không liên quan đến ý thích đánh giá của đồ uống của người tham gia. Điều này phù hợp với các nghiên cứu về hình ảnh thần kinh bổ sung cho thấy mật độ năng lượng thực tế, chứ không phải mật độ năng lượng ước tính hoặc mức độ thích của hình ảnh thực phẩm, dự đoán mức độ sẵn sàng trả tiền cho thực phẩm và phản ứng mạch thưởng (3, 10). Những quan sát này cho thấy sự biểu hiện thần kinh của các tín hiệu dinh dưỡng củng cố này không phụ thuộc vào nhận thức có ý thức về thực phẩm. Một khả năng hấp dẫn là các tín hiệu trao đổi chất là nguồn tạo ra sự khuyến khích quan trọng (làm thế nào các tín hiệu trở nên có ý nghĩa về mặt động lực) và các con đường riêng biệt được khởi tạo bởi các tín hiệu này ánh xạ vào các mạch thần kinh thích thực phẩm so với thực phẩm (11).
Lipid là một nguồn năng lượng quan trọng khác được chuyển hóa khác với carbohydrate. Theo đó, con đường mà giá trị năng lượng của chất béo được truyền đến não khác nhau. Ngăn chặn quá trình oxy hóa chất béo làm tăng sự thèm ăn chất béo, và ngăn chặn quá trình oxy hóa glucose làm tăng sự thèm ăn đường. Tuy nhiên, phẫu thuật cắt bỏ âm đạo (phẫu thuật cắt đứt dây thần kinh phế vị) ở chuột chỉ làm gián đoạn sự thèm ăn của chất béo, khiến cho sự thèm ăn glucose không bị ảnh hưởng (12). Một cách nhất quán, giống như glucose, truyền trực tiếp lipid vào ruột tạo ra sự gia tăng ngay lập tức của dopamine ngoại bào. Tuy nhiên, điều này xảy ra thông qua cơ chế kích thích thụ thể kích thích thụ thể peroxisome proliferator.2). PPARα được biểu hiện bằng các tế bào ruột tá tràng và hỗng tràng trong ruột non và truyền tín hiệu đến dây thần kinh phế vị thông qua các cơ chế chưa được biết đến. Giống như giải phóng dopamine trong giai đoạn đầu bằng glucose, sự gia tăng của dopamine rất nhanh, phù hợp với tín hiệu thần kinh hơn là tín hiệu nội tiết. Ngoài ra, việc kích hoạt các tế bào thần kinh cảm giác âm đạo này ở ruột trên chiếu tới hạch hạch bên phải, chân sau, lõm mắt và vây lưng là đủ để hỗ trợ cho việc học (ưu tiên vị trí) và giải phóng dopamine ở chuột (13). Liệu con đường này có tồn tại ở người không rõ ràng hay không, và liệu các con đường liên quan đến chuyển hóa thần kinh (MNA) như vậy có tồn tại đối với các lipid và chất dinh dưỡng khác hay không đang được nghiên cứu.
Việc phát hiện ra rằng kích thích vô điều kiện hỗ trợ cho việc tăng cường thực phẩm là một tín hiệu MNA, mà ít nhất đôi khi độc lập với khoái cảm giác quan là điều đáng ngạc nhiên. Tuy nhiên, sự phản ánh sâu hơn cho thấy sự thanh lịch của giải pháp này. Tất cả các sinh vật phải mua năng lượng để tồn tại, và hầu hết thiếu các chức năng não bậc cao hỗ trợ ý thức. Do đó, cơ chế có khả năng phản ánh một hệ thống được bảo tồn được thiết kế để chuyển các đặc tính dinh dưỡng của thực phẩm đến các mạch trung tâm trong não điều chỉnh việc cho ăn độc lập với ý thức, do đó thực phẩm được củng cố vì đây là nguồn năng lượng hữu ích. Theo đó, việc truyền thông tin dinh dưỡng có độ chính xác cao từ ruột đến não là rất quan trọng để ước tính chính xác giá trị.
Mặc dù rõ ràng là môi trường thực phẩm hiện đại thúc đẩy béo phì và tiểu đường, tranh cãi xung quanh các cơ chế chính xác mà điều này xảy ra. Thực phẩm chế biến hiện đại có xu hướng đậm đặc năng lượng, được thiết kế để không thể cưỡng lại càng tốt, và cung cấp chất dinh dưỡng ở liều lượng và sự kết hợp không gặp phải trước đây. Bởi vì các tín hiệu năng lượng thúc đẩy sự củng cố, tăng liều có thể làm tăng khả năng củng cố và do đó gây nghiện tiềm năng của các loại thực phẩm chế biến. Tuy nhiên, đây có thể không phải là yếu tố duy nhất góp phần làm tăng bệnh tiểu đường và béo phì.
Để tăng tính ngon miệng, chất ngọt không dinh dưỡng (các chất không có hàm lượng calo) thường được thêm vào thực phẩm và đồ uống cũng chứa đường và tinh bột dinh dưỡng. Ví dụ, đồ uống có đường có chứa đường glucose và fructose dinh dưỡng, cũng như chất làm ngọt không dinh dưỡng sucralose và acesulfame K. Sữa chua thường chứa đường dinh dưỡng và chất làm ngọt không dinh dưỡng như chiết xuất từ lá stevia. Một dấu hiệu ngắn gọn về nhãn thực phẩm tại cửa hàng tạp hóa sẽ tiết lộ nhiều ví dụ về thực phẩm và đồ uống có chứa cả đường dinh dưỡng và chất ngọt không dinh dưỡng. Ngược lại, trong thực phẩm chưa qua chế biến, độ ngọt tỷ lệ thuận với hàm lượng đường và do đó hàm lượng calo (năng lượng) của thực phẩm. Bằng chứng gần đây cho thấy rằng các sản phẩm có chứa sự kết hợp của các loại đường dinh dưỡng và chất làm ngọt không dinh dưỡng tạo ra sự trao đổi chất đáng ngạc nhiên, và củng cố các hiệu ứng. Ví dụ: tiêu thụ đồ uống 115-kcal sẽ gây ra hiệu ứng sinh nhiệt lớn hơn nếu độ ngọt được kết hợp với trọng lượng calo so với nếu nó quá ngọt hoặc không đủ ngọt (4). Bởi vì sinh nhiệt do chế độ ăn kiêng (DIT) là một dấu hiệu của sự trao đổi chất dinh dưỡng và phản ứng trao đổi chất thúc đẩy sự củng cố thông qua MNA, một loại nước giải khát có hàm lượng calo thấp hơn có thể tạo ra sự thích ứng và phản ứng nhanh hơn so với một loại nước giải khát có hàm lượng calo cao hơn4). Điều quan trọng, tác dụng này xảy ra ngay cả khi glucose huyết tương tăng. Điều này chứng tỏ rằng ở người, cũng như ở động vật, nó không phải là sự hiện diện của chất dinh dưỡng trong ruột hay máu thúc đẩy sự tăng cường mà là sự tạo ra MNA khi chất dinh dưỡng được sử dụng làm nhiên liệu rất quan trọng. Cơ chế đằng sau hiệu ứng không phù hợp này của người Viking ở người vẫn chưa được biết và bảo đảm nghiên cứu thêm. Cụ thể, hiểu được số phận của glucose không được chuyển hóa và xác định liệu có liên quan đến bệnh tiểu đường và béo phì hay không, là một hướng đi quan trọng trong tương lai. Điều rõ ràng là giá trị năng lượng của đồ uống có chứa đường dinh dưỡng và chất ngọt không dinh dưỡng không được truyền đạt chính xác đến não, ít nhất là trong một số trường hợp, và điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các tín hiệu không chính xác không chỉ để điều chỉnh mà cũng các quá trình như lưu trữ năng lượng và phân vùng dinh dưỡng.
Tăng cường tín hiệu trao đổi chất lên não
Trong mô hình đề xuất này để củng cố các tín hiệu thần kinh chuyển hóa (MNA) chuyển hóa, tín hiệu cho chất béo phụ thuộc vào sự kích hoạt qua trung gian PPARa của các giác quan cảm giác âm đạo chiếu vào hạch hạch bên phải, chân sau, xương cụt và vây lưng. Tín hiệu cho carbohydrate được tạo ra trong quá trình oxy hóa glucose và kích hoạt một cảm biến tĩnh mạch cửa không xác định, tạo ra tín hiệu kích hoạt các tế bào thần kinh dopamine midbrain chiếu đến vân. Một mạng vỏ não độc lập tích hợp tín hiệu MNA với giá trị ý thức.
ĐỒ HỌA: A. NHÀ MÁY /KHOA HỌC
Một ví dụ thứ hai về sự trung thực bị tổn thương của tín hiệu ruột-não xuất phát từ một nghiên cứu trong đó giá trị củng cố của thực phẩm có chứa chất béo, chủ yếu là carbohydrate, hoặc cả chất béo và carbohydrate được so sánh (3). Thực phẩm giàu chất béo và carbohydrate không dễ tìm thấy trong thực phẩm không chế biến nhưng thường là đối tượng của cảm giác thèm ăn (ví dụ, sô cô la và bánh rán). Nghiên cứu đã chứng minh rằng từ sự lựa chọn các loại thực phẩm có calo và thích như nhau, mọi người muốn thực phẩm có chất béo và carbohydrate nhiều hơn so với những người chỉ có chất béo hoặc carbohydrate, và điều này được phản ánh trong các phản ứng phụ gia siêu cấp (3). Điều này có thể góp phần làm cho một số thực phẩm được thèm hoặc không thể cưỡng lại hơn những thực phẩm khác và do đó đóng một vai trò trong việc ăn quá nhiều.
Những phát hiện mới nổi chỉ ra hai hệ thống riêng biệt thúc đẩy sự lựa chọn thực phẩm. Một hệ thống phản ánh trực tiếp giá trị dinh dưỡng của thực phẩm và dựa vào tín hiệu trao đổi chất đến não (MNA). Hệ thống cảm nhận chất dinh dưỡng này dường như đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh dopamine trong giai đoạn đầu, xác định giá trị của thực phẩm và thúc đẩy lựa chọn thực phẩm. Trong hệ thống thứ hai, các nhận thức có ý thức như hương vị và niềm tin về hàm lượng calo, chi phí và sức khỏe của thực phẩm cũng là những yếu tố quan trọng quyết định lựa chọn thực phẩm (14, 15). Các tính toán thần kinh liên quan đến những người đóng góp có ý thức vào giá trị dường như khác biệt với những tín hiệu liên quan đến tín hiệu củng cố dinh dưỡng của MNA và phụ thuộc vào các mạch trong vỏ não trước và vỏ não (9). Xác định cách hai hệ thống tương tác để điều chỉnh hành vi tiêu hóa và chuyển hóa chất dinh dưỡng là một chủ đề quan trọng của nghiên cứu.
Bằng chứng là tích lũy rằng hàm lượng dinh dưỡng của thực phẩm chế biến không được truyền tải chính xác đến não. Điều này làm tăng khả năng thực phẩm được chế biến và chế biến, vượt quá mật độ năng lượng hoặc độ ngon miệng của chúng, ảnh hưởng đến sinh lý theo những cách không lường trước được có thể thúc đẩy ăn quá nhiều và rối loạn chức năng trao đổi chất. Hiểu rõ hơn về các tính chất của thực phẩm chế biến tương tác với con đường ruột-não là rất quan trọng, khi xác định liệu các tác động đó có ảnh hưởng đến tín hiệu no, tính chất gây nghiện của thực phẩm, sức khỏe trao đổi chất và béo phì. Ngoài ra, mặc dù chúng tôi tập trung vào chất béo và carbohydrate, có khả năng nhiều con đường truyền tín hiệu để truyền tải một loạt thông tin dinh dưỡng đến não để hướng dẫn lựa chọn thực phẩm và những con đường này có thể bị ảnh hưởng tương tự bởi thực phẩm chế biến.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Đây là một bài viết được phân phối theo các điều khoản của Tạp chí khoa học Giấy phép mặc định.
Tài liệu tham khảo và ghi chú
- ↵
- LA Tellez và cộng sự
., J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez và cộng sự
., Khoa học 341, 800 (2013).
Tóm tắt / MIỄN PHÍ Toàn vănGoogle Scholar
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
., Metab di động. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen và cộng sự
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
, Là. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
, J. Comp. Vật lý trị liệu. Thần kinh. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedtrang web Khoa họcGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren và cộng sự
., J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Tóm tắt / MIỄN PHÍ Toàn vănGoogle Scholar
- ↵
- L. Zhang và cộng sự
., Trước mặt. Tích phân. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang và cộng sự
., Tâm thần. Khoa học 25, 2168 (2014).
- ↵
- Cháo KC
, Thần kinh. Biobehav. Rev. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedtrang web Khoa họcGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- Taylor Taylor
, Là. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han et al
., Ô 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare et al
., Khoa học 324, 646 (2009).
Tóm tắt / MIỄN PHÍ Toàn vănGoogle Scholar
- ↵
- H. Plassmann và cộng sự
., J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Tóm tắt / MIỄN PHÍ Toàn vănGoogle Scholar
Lời cảm ơn: Chúng tôi cảm ơn I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker và M. Tittgemeyer vì sự giúp đỡ của họ trong việc định hình Quan điểm của chúng tôi. Chúng tôi ghi nhận B. Milner cho công việc tiên phong của cô về học tập ngầm.
;
