Контрол на кръвната захар от чревно-мозъчната нервна ос Лекарства и науки

Филипе Де Вадър и Жил Митие *

Inserm U855, 7-11 rue Paradin, 69372 Lyon Cedex 08, Франция; Университет в Лион, 69008 Лион, Франция; University Lyon 1, 69622 Villeurbanne, Франция

Мозъкът, чрез регулира чувството на глад, контролира приема на храна и хомеостазата на глюкозата. Той има по-специално две специфични структури, хипоталамуса и мозъчния ствол, чувствителни към информация, идваща от периферните органи или червата (чрез хормони или циркулиращи хранителни вещества), които го информират за хранителното състояние на организма. Наскоро беше идентифицирана нова ос на чревно-мозъчния нерв. Чрез тази ос някои хранителни вещества контролират хомеостатичната функция на хипоталамуса. В тази статия описваме нервните връзки между червата и мозъка и тяхната роля в енергийната хомеостаза.

От XIX век мозъкът е известен със своята роля в регулирането на приема на храна (чрез контролът на усещането за глад) и глюкозната хомеостаза. Допълнителен интерес идва от откриването на чревните хормони, което установи ясна връзка между червата и мозъка при регулиране на глюкозата и енергийната хомеостаза. Мозъкът има две специфични структури, хипоталамуса и мозъчния ствол, които са чувствителни към информация, идваща или от периферни органи, или от червата (чрез циркулиращи хормони или хранителни вещества) относно хранителния статус на организма. Усилията за по-добро разбиране на тези механизми обаче позволиха да се разкрие нова невронна ос на червата и мозъка като ключов регулатор на метаболитния статус на организма. Някои хранителни вещества контролират хомеостатичната функция на хипоталамуса чрез тази ос. В този преглед описваме как червата са свързани с мозъка чрез различни нервни пътища и как взаимодействието между тези два органа движи енергийния баланс.

Тъй като Клод Бернар показа, че пораженията на дъното на четвърта камера много бързо предизвикват диабет при зайци, ние знаем за способността на мозъка да регулира кръвната захар. Това е широко проучено при животински модели. Например, много изследвания показват, че мозъкът има глюкозо-чувствителни неврони, които реагират на промени в кръвната захар [1]. Централните сигнални механизми дават възможност, по-специално, да се активира клетъчен механизъм, подобен на този на β-панкреатичните клетки, особено с участието на KATP канали [1]. Следователно мозъкът изглежда е ключов елемент в регулирането на кръвната захар. По този начин той е особено чувствителен към енергийното състояние на тялото, по-специално чрез доставката на глюкоза.

По този начинАМР-активирана протеин киназа (AMPK), ензим от съществено значение за енергийната хомеостаза, който регулира периферните енергийни процеси (по-специално окисляване на въглехидратни и липидни субстрати), присъства в хипоталамуса. Активира се по-специално в случай на дефицит на глюкоза [2].

Освен откриването на глюкоза и регулирането на кръвната захар, мозъкът е от решаващо значение за контрола на приема на храна и енергийния баланс. Резултатите от последното десетилетие също доведоха до идеята, че същите централни процеси регулират доставката на глюкоза в кръвта отвън (чрез прием на храна, модулиран от чувството на глад) и вътре в тялото (чрез ендогенното производство на глюкоза [PEG], модулирано от симпатиковия баланс). Откриването на лептин, хормон, секретиран от мастна тъкан, който намалява усещането за глад чрез свързване с рецепторите в хипоталамуса, е идеална илюстрация за това. Всъщност лептинът също е способен да регулира ендогенното производство на глюкоза чрез механизми, зависими и независими от хипоталамуса [3, 4]. Хипоталамусът и мозъчният ствол, където се свързват гръбначният мозък и периферната нервна система (блуждаещи нерви), са от основно значение за тези разпоредби [5]. Този преглед ще се съсредоточи, от една страна, върху централните механизми, участващи в регулирането на кръвната захар, и от друга страна, върху сигналите от червата, участващи в тази модулация.

Интегриране на регулаторни сигнали от хипоталамуса и мозъчния ствол

Хипоталамусът и мозъчният ствол са исторически най-изследваните региони за контрол на приема на храна и енергийния метаболизъм като цяло. Тези два региона съдържат околокръгови органи (средна възвишеност и площ postrema [AP]), които имат фенестрирани капиляри и по-голяма пропускливост за циркулиращите метаболити, отколкото други мозъчни структури, които са изолирани от циркулацията чрез кръвно-мозъчната бариера [6, 31]. Мозъчният ствол, от друга страна, е мястото на интегриране на нервната информация от периферната нервна система, особено аферентните вкусове (чрез глософарингеалният нерв или черепният нерв IX) и вагусните аферентни (Фигура 1). Той образува интегриращ център за информация, който след това се предава на останалата част от мозъка и по-специално на хипоталамуса. Изучени предимно за ролята си в чувството на глад и ситост, хипоталамусът и мозъчният ствол контролират също въглехидратния метаболизъм.

Анатомична и функционална организация на хипоталамуса и вагусния гръбен комплекс (DVC) (след [14]). Функционална карта на хипоталамуса и ССЗ с елементи на хуморално и нервно усещане. AP: площ postrema; ARC: сводесто ядро на хипоталамуса; КОШИЦА: препис, регулиран от кокаин и амфетамини; DMNX: дорзално двигателно ядро на блуждаещия нерв; DMN/VMN: дорзо-медиални/вентро-медиални ядра на хипоталамуса; LHA: страничен хипоталамус; NTS: ядро на самотния тракт; POMCT: про-опиомеланокортин; PVN: паравентрикуларно ядро на хипоталамуса. Грелин (GHS-R), GLP-1 (глюкагоноподобен пептид 1) (GLP1-R), лептин (LepR), CCK1 (холецистокинин 1) (CCK1-R), инсулин (InsR) и NPY (невропептид Y)/PYY (пептид YY) (Y1R/Y2R/Y5R) са посочени (след [14]).

Ядрата на хипоталамуса

Идентифицирането на невротрансмитерите в тези ядра потвърди централната роля на хипоталамуса, но преди всичко разкри голямо невронално разнообразие. Хипоталамусът на бозайниците се състои от повече от 40 хистологично различни ядра, всяко разделено на подядра. Средната зона се състои главно от големи ядра (дорзо-медиално ядро [DMN], вентро-медиално ядро [VMN]), които получават сензорна информация и са силно свързани помежду си с останалата част от хипоталамуса. Тази област участва в организирането на адаптивно поведение. Страничната зона (LHA) има интра- и екстра-хипоталамусна комуникационна система; може да се определи като интерфейс между по-средните области и кортико-лимбичните области, от една страна, и между соматичните и автономните двигателни системи, от друга страна. Паравентрикуларното ядро (PVN) на хипоталамуса представлява микрокосмос в рамките на хипоталамуса, в смисъл, че няколко подядра са свързани към трите ефекторни системи: ендокринната система (магноцелуларни групи), автономната система и поведенческата система (парвоцелуларни групи ) [5].