Як контролюється жир; наш мозок
Вперше дослідження показує, що ліпіди, що знаходяться в кровообігу після перетравлення їжі, можуть впливати безпосередньо на дофамінові нейрони.
Час читання: 6 хв
Їжа необхідна для виживання, але вона також приносить задоволення. Вивільнення дофаміну в так званому нейронному ланцюзі «винагороди» є ключовим механізмом задоволення, пов’язаного з їжею. Цей ланцюг також використовується так званими наркотиками (наприклад, кокаїном або морфіном) для зловживання.
На поверхні нейронів, які вивільняють або реагують на дофамін, ми знаходимо ферменти, здатні використовувати форму ліпідів (із жирної їжі), що надходять безпосередньо з їжею: тригліцериди. Це спостереження дивує тим, що мозок вважається органом, який споживає цукор лише для своїх енергетичних потреб.
Ми можемо уявити, що тригліцериди можуть діяти на ці нейрони не як енергетичний субстрат, а швидше як сигнал чи інформація, і в цьому безпосередньо модулювати активність нейронів дофаміну для модуляції мотивації та задоволення, пов’язаного з їжею.
Коли жир потрапляє безпосередньо до нейронів
У нашому дослідженні ми вперше змогли продемонструвати, що тригліцериди, тобто ліпіди, що знаходяться в крові після перетравлення жиру нашим кишечником, здатні досягати областей мозку, де розташовані нейрони, які, у межах схеми винагороди реагуйте на дофамін. У цих самих нейронах ми показуємо, що присутні молекулярні засоби, необхідні для виявлення та використання цих ліпідів.
Зокрема, ми знаходимо на нейронах, які вивільняють дофамін, або тих, які після течії отримують і реагують на дофамін, фермент, що спеціалізується на розщепленні цих тригліцеридів на ліпіди, який простіший і легший у використанні клітиною: ліпопротеїнова ліпаза. Ці результати дозволяють припустити, що нейрони схеми винагород, отже, зможуть реагувати на тригліцериди, як це робиться на такий нейромедіатор, як дофамін.
Для того, щоб перевірити цю гіпотезу, ми просто спричинили невелике підвищення рівня тригліцеридів у крові, як їжа, але направляючи ці ліпіди лише до мозку. Ми змогли спостерігати, які наслідки може мати цей підйом ліпідів для мозку на активність дофамінових нейронів, з одного боку, а також на поведінку, яка, як у людей, так і у тварин, свідчить про активність нейронів системи винагороди та їх здатність хімічно та електрично кодувати грані задоволення та бажання, пов’язані з їжею чи іншими речовинами, такими як психотропні препарати.
По-перше, нам вдалося безпосередньо записати електричну активність цих нейронів. Цей тип експерименту з електрофізіологічного запису є дуже класичним у галузі нейронауки і складається з імплантації електрода в нейрон для вимірювання там електричної активності. Середні колючі нейрони, що знаходяться в області мозку, що називається смугастим, представляють одну з основних популяцій нейронів, які завдяки своєму рецептору дофаміну здатні перевести зміну вивільнення дофаміну в складну поведінку тварин.
Незалежно від того, де ex vivo на зрізі мозку, що містить ці нейрони, зберігається активність, або ж in vivo за допомогою методу візуалізації, що дозволяє візуалізувати активність цих нейронів у вільних тварин, ми спостерігали, що додавання ліпідів знижувало активність допамінові нейрони.
Цей перший результат підтвердив нашу ідею, і тому ми висунули гіпотезу про те, що тригліцериди можуть, як і дофамін, брати безпосередню участь у розвитку реакції задоволення та бажання, пов'язаних із стимулом. Це поняття визначається під терміном "підсилювач". Позитивний підкріплювач (як перший квадратик шоколаду у дітей) - це стимул, який завдяки вивільненню дофаміну, який він спричиняє, буде сприйматися з часом як приємний, приємний і відтворюватися якомога швидше.
Для того, щоб перевірити, чи можуть тригліцериди впливати на мозок як позитивні підсилювачі, ми використовували тест поведінкової переваги. Під цією складною назвою тест досить простий. Миша поміщається в коробку, що містить два дуже різних відділення, які тварина може вільно дослідити. Два відділення мають різний зовнішній вигляд один від одного (наприклад, синій та зелений), що дозволяє миші відмінно їх диференціювати. Протягом декількох сеансів миша отримає трохи ліпідів у мозок в одному відділенні (синій) і сольовий розчин в іншому відділенні (зелений).
У день тестування мишу відпускають посередині відділень з можливістю піти туди, де їй більше подобається. Якщо тварина кидається в синій відсік, який був пов’язаний з невеликою кількістю ліпідів у мозку, це свідчить про те, що цей досвід сприймався як приємний і що тварина хотіла б його відтворити. Це саме те, що ми спостерігали, і ми дійшли висновку, що, коли тригліцериди, потрапляючи до мозку, можуть діяти як позитивний підсилювач: приємний хімічний сигнал і, якщо це можливо, відтворюється.
Щодо можливого механізму дії цих ліпідів на ці нейрони, ми змогли продемонструвати, що фермент ліпопротеїн-ліпаза, присутній на поверхні нейронів, які реагують на дофамін, був дуже важливим. Дійсно, коли генетичний пристрій використовується для виведення цього ферменту лише з цих нейронів, спостерігається, що миша тепер має поведінку, яка свідчить, з одного боку, про дерегуляцію активності цих нейронів, що реагують на допамін, і на з іншого боку зміна бажання отримувати їжу.
Подібні результати у тварин і людей
Ці результати були отримані на гризунах, що є моделлю, що дозволяє більш точно вивчати певні клітинні та молекулярні механізми. Однак, як і у випадку з цукром або білками, збільшення ліпідів у крові після їжі є дуже збереженим фізіологічним явищем, яке зустрічається у людей, як і у мишей. Таким чином, ми хотіли переконатись, чи явище, яке ми спостерігали у наших мишей, може мати в нас еквівалент.
У цьому експерименті ми використовували функціональну візуалізацію мозку (у співпраці з нашими колегами з Єльського університету), технологію, яка може візуалізувати у людини зміни активності у визначених областях мозку. Ми перевірили те, як мозок реагує на запах їжі (в даному випадку полуниці або шоколадного печива), незалежно від того, перебуваємо ми на голодний шлунок або просто після їжі. Як і слід було очікувати, запах полуниці або шоколадного печива, коли ви голодні, призводить до активації зони винагороди, і ця реакція послаблюється, коли ви щойно їли.
Розглядаючи параметри крові, які безпосередньо змінюються прийомом їжі (цукри, інсулін або тригілцериди), ми спостерігали, що активність префронтальної кори (одна з областей схеми винагороди, яка робить зв'язок між запахом їжі, її смак і задоволення, яке воно викликає) безпосередньо і конкретно корелювало зі збільшенням рівня тригліцеридів, що циркулюють у крові після їжі. Цей результат важливий, оскільки він дозволяє нам вважати, що у людей, як і у гризунів, циркулюючі тригліцериди можуть діяти безпосередньо на ділянки мозку, що беруть участь у винагороді, пов’язаній з їжею.
Таким чином, у цілому ця робота дозволяє вперше підкреслити, що ліпіди, які знаходяться в кровообігу після перетравлення їжі, можуть впливати безпосередньо на нейрони системи винагороди. Дофамін і тим самим модулювати компоненти бажання та задоволення, пов’язані з їжею.
Наступні наші дослідження спробують зрозуміти, чи може цей механізм виявлення ліпідів нейронами системи винагороди виявитись недостатнім у певних випадках та призвести до порушення апетиту або втрати задоволення, пов’язаного з їжею. Насправді концентрації циркулюючих тригліцеридів змінюються залежно від їжі. Коли ці страви занадто багаті і занадто часті або в умовах значної надмірної ваги (ожиріння), рівень циркулюючих тригліцеридів залишається високим; що в кінцевому підсумку може порушити спосіб їх спілкування з нейронами системи винагород.
Саме з цієї точки зору наше дослідження пропонує нове розуміння, яке потенційно може пояснити, чому доступ до вживання багатих продуктів харчування та споживання може сприяти, порушуючи систему винагород, встановленню компульсивної поведінки в їжі та сприяти розвитку.
Ця стаття опублікована в журналі The Conversation під ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю.