Нейробиологи полагают, что скопление клеток в мозге, стимулирующих аппетит, может стать мишенью для лечения расстройств пищевого поведения.
От Автора: Amber Dance 05.24.2023
Может быть, это начинается с ощущения нехватки энергии, или, может быть, вы становитесь немного раздражительным. У вас может возникнуть головная боль или трудности с концентрацией внимания. Ваш мозг посылает вам сообщение: вы голодны. Найди еду.
Исследования на мышах выявили скопление клеток, называемых нейронами AgRP, в нижней части мозга, которые могут создавать это неприятное чувство голода, даже “похмелья”. Они расположены рядом с кровоснабжением мозга, обеспечивая им доступ к гормонам, поступающим из желудка и жировой ткани, которые указывают на уровень энергии. Когда энергии мало, они воздействуют на множество других областей мозга, способствуя насыщению.
Подслушивая работу AgRP-нейронов у мышей, ученые начали выяснять, как эти клетки включаются и побуждают животных искать пищу, когда им не хватает питательных веществ, и как они чувствуют, что пища попадает в кишечник, чтобы вернуться обратно. Исследователи также обнаружили, что активность нейронов AgRP нарушается у мышей с симптомами, сходными с симптомами анорексии, и что активация этих нейронов может помочь восстановить нормальный режим питания у этих животных.
Понимание и манипулирование нейронами AgRP может привести к новым методам лечения как анорексии, так и переедания. “Если бы мы могли контролировать это чувство голода, мы могли бы лучше контролировать свой рацион”, — говорит Эмбер Альхадефф, нейробиолог из Центра химических ощущений Монелла в Филадельфии.
Есть или не есть
Нейроны AgRP, по—видимому, играют ключевую роль в формировании аппетита: их деактивация у взрослых мышей приводит к тому, что животные перестают есть — они могут даже умереть от голода. И наоборот, если исследователи активируют нейроны, мыши запрыгивают в свои тарелки с едой и наедаются до отвала.
Эксперименты, проведенные в нескольких лабораториях в 2015 году, помогли проиллюстрировать, что делают AgRP-нейроны. Исследователи обнаружили, что когда мышам не хватало еды, нейроны AgRP срабатывали чаще. Но одного вида или запаха еды — особенно чего—нибудь вкусненького, такого как арахисовое масло или Hershey’s Kiss — было достаточно, чтобы в считанные секунды прекратить это занятие. Исходя из этого, ученые пришли к выводу, что нейроны AgRP заставляют животных искать пищу. Как только пища найдена, они перестают стрелять так же яростно.
Одна исследовательская группа, возглавляемая нейробиологом Скоттом Стернсоном из исследовательского кампуса Janelia в Эшберне, штат Вирджиния, также показала, что активность нейронов AgRP, по-видимому, заставляет мышей чувствовать себя плохо. Чтобы продемонстрировать это, ученые сконструировали мышей таким образом, чтобы нейроны AgRP начинали срабатывать при попадании света в мозг с помощью оптического волокна (волокно все еще позволяло мышам свободно передвигаться). Они поместили этих сконструированных мышей в коробку с двумя отдельными зонами: одна была окрашена в черный цвет с пластиковым сетчатым покрытием, другая — в белый цвет с покрытием из мягкой папиросной бумаги. Если исследователи активировали нейроны AgRP всякий раз, когда мыши заходили в одну из двух областей, мыши начинали избегать этой области.
Стернсон, ныне работающий в Калифорнийском университете в Сан-Диего, пришел к выводу, что активация AgRP ощущалась “слегка неприятно”. По его словам, в природе это имеет смысл: каждый раз, когда мышь покидает свое гнездо, она подвергается риску со стороны хищников, но она должна преодолеть этот страх, чтобы добывать пищу. “Эти AgRP-нейроны являются своего рода толчком к тому, что в опасной среде вы собираетесь выйти на улицу и искать пищу, чтобы остаться в живых”.
Исследование Стернсона, проведенное в 2015 году, показало, что, хотя вид или запах пищи успокаивают нейроны AgRP, это только временно: активность сразу же восстанавливается, если мышь не может довести дело до конца и съесть закуску. В ходе дополнительных экспериментов Альхадефф и его коллеги обнаружили, что то, что более надежно отключает нейроны AgRP, — это калории, попадающие в кишечник.
Сначала команда Альхадеффа накормила мышей бескалорийным лакомством: гелем с искусственным подсластителем. Когда мыши съели гель, активность нейронов AgRP снизилась, как и ожидалось, но лишь временно. По мере того как мыши узнавали, что в этой закуске нет питательных веществ, их нейроны AgRP все меньше и меньше реагировали на каждый кусочек. Таким образом, когда животные узнают, действительно ли лакомство насыщает их, нейроны соответствующим образом настраивают шкалу голода.
Затем команда использовала катетер, имплантированный через брюшную полость, для доставки калорий в виде питательного напитка Ensure непосредственно в желудок. Это обходило любые сенсорные сигналы о том, что приближается еда. И это привело к более длительному снижению активности AgRP. Другими словами, именно питательные вещества, содержащиеся в пище, отключают нейроны AgRP на длительное время после приема пищи, заключил Альхадефф.
С тех пор Альхадефф начал расшифровывать сообщения, которые желудок посылает нейронам AgRP, и обнаружил, что это зависит от питательного вещества. Жир в кишечнике запускает сигнал по блуждающему нерву, который поступает из пищеварительного тракта в мозг. Простой сахар глюкоза подает сигналы в мозг через нервы в спинном мозге.
Ее команда сейчас исследует, почему существуют эти множественные пути. Она надеется, что, лучше поняв, как нейроны AgRP управляют поиском пищи, ученые в конечном итоге смогут придумать способы помочь людям избавиться от нездоровых килограммов. Хотя ученые и те, кто сидит на диете, ищут такие методы лечения уже более ста лет, было трудно найти простые, безопасные и эффективные методы лечения. Новейший класс препаратов для похудения, таких как Wegovy, частично воздействует на нейроны AgRP, но имеет неприятные побочные эффекты, такие как тошнота и диарея.
Методы лечения, нацеленные только на нейроны AgRP, скорее всего, не смогут полностью решить проблему веса, поскольку поиск пищи является лишь одним из компонентов контроля аппетита, говорит Стернсон, который рассмотрел основные регуляторы аппетита в Ежегодном обзоре физиологии за 2017 год. По его словам, другие области мозга, которые чувствуют насыщение и делают высококалорийную пищу приятной, также играют важную роль. Вот почему, например, вы съедаете этот кусочек тыквенного пирога в конце трапезы в честь Дня благодарения, хотя уже наелись индейки и картофельного пюре.
ФОТО: Three different neural systems control the feeling of hunger and the intake of food. If the body is low on energy, AgRP neurons become active, which feels unpleasant and makes an animal seek out food. Food also creates positive feelings regardless of the body’s energy state, maintaining a desire to eat even if the body isn’t in energy deficit. And signals of satiety or nausea tell the brain that the animal isn’t hungry and cause it to stop eating. / Три различные нейронные системы контролируют чувство голода и прием пищи. Если организму не хватает энергии, нейроны AgRP становятся активными, что вызывает неприятные ощущения и заставляет животное искать пищу. Еда также вызывает положительные чувства независимо от энергетического состояния организма, поддерживая желание есть, даже если организм не испытывает дефицита энергии. А сигналы сытости или тошноты сообщают мозгу, что животное не голодно, и заставляют его прекратить есть.
Обходящая анорексия
Обратной стороной переедания является анорексия, и здесь исследователи также полагают, что изучение нейронов AgRP может привести к новым стратегиям лечения. Люди, страдающие анорексией, избегают пищи, что приводит к опасной потере веса. “Употребление пищи на самом деле вызывает отвращение”, — говорит Эймс Саттон Хикки, нейробиолог из Университета Темпл в Филадельфии. Специфических лекарств от анорексии не существует; лечение может включать психотерапию, лекарства общего назначения, такие как антидепрессанты, и, в наиболее тяжелых случаях, принудительное кормление через трубку, продетую через нос. Люди с анорексией также часто беспокойны или гиперактивны и могут чрезмерно заниматься физическими упражнениями.
Исследователи могут изучить это состояние, используя мышиную модель заболевания, известного как анорексия, основанная на активности, или АБА. Когда ученые ограничивают количество пищи, доступной мышам, и предоставляют им колесо для бега, некоторые мыши впадают в состояние, похожее на анорексию, едят меньше, чем им предлагают, и бегают на колесе даже днем, когда мыши обычно неактивны. “У этих животных возникает удивительное привыкание”, — говорит Тамас Хорват, нейробиолог из Йельской медицинской школы. “Они в основном получают удовольствие от того, что не едят и не тренируются”.
Это не идеальная модель для лечения анорексии. Мыши, по-видимому, не сталкиваются с таким социальным давлением, чтобы оставаться худыми, как люди; и наоборот, у людей с анорексией обычно нет ограничений в доступе к пище. Но это одно из лучших средств, имитирующих анорексию, говорит Альхадефф: “Я думаю, это самое лучшее, что у нас есть”.
CREDIT: NIDDK / На этом микроскопическом изображении части мозга грызунов выделен набор клеток, известных как AgRP-нейроны (окрашенные в пурпурный цвет), которые расположены в основании гипоталамуса. Клетки участвуют в контроле аппетита; их расположение вблизи кровотока позволяет им легко получать сигналы о метаболическом состоянии организма.
ФОТО: NIDDK
Чтобы выяснить, как нейроны AgRP могут быть вовлечены в анорексию, Саттон Хикки тщательно контролировал потребление пищи мышами ABA. Она сравнила их с мышами, которым давали ограниченную диету, но у которых было заблокировано колесо для упражнений, и у которых не развился АВА. Она обнаружила, что мыши ABA съедали меньше пищи, чем другие мыши. И когда они все-таки поели, их активность AgRP не снизилась, как это должно было произойти после того, как они набили свои животики. Что-то было не так с тем, как нейроны реагировали на голод и пищевые сигналы.
Саттон Хики также обнаружила, что она может решить проблему, когда сконструировала мышей ABA таким образом, чтобы нейроны AgRP начинали действовать, когда исследователи вводили определенное химическое вещество. Эти мыши, обработанные химическим веществом, съедали больше пищи и набирали вес. “Это очень многое говорит о важности этих нейронов”, — говорит Хорват, который не принимал участия в работе. “Это показывает, что эти нейроны — хорошие парни, а не плохие”.
Саттон Хикки говорит, что следующий шаг — выяснить, почему нейроны AgRP реагируют ненормально у мышей ABA. Она надеется, что, возможно, найдется какая-то ключевая молекула, на которую она могла бы воздействовать с помощью лекарства, помогающего людям с анорексией.
В целом, работа над нейронами AgRP дает ученым гораздо лучшее представление о том, почему мы едим именно тогда, когда мы это делаем, а также, возможно, новые зацепки к лекарствам, которые могли бы помочь людям превратить неупорядоченное питание, будь то потребление слишком много или слишком мало, в здоровые привычки.
10.1146/познаваемый-052423-1
Amber Dance, who works from home in the Los Angeles area, knows all too well the dangers of having the kitchen so close at hand./Эмбер Дэнс, которая работает на дому в районе Лос-Анджелеса, слишком хорошо знает, как опасно иметь кухню так близко под рукой.
Источник: https://knowablemagazine.org/article/health-disease/2023/neurons-that-make-us-feel-hangry