A vércukorszint-szabályozás a bél-agy idegtengelyén keresztül Gyógyszerek és tudományok
Filipe De Vadder és Gilles Mithieux *
Inserm U855, 7-11 rue Paradin, 69372 Lyon Cedex 08, Franciaország; Lyoni Egyetem, 69008 Lyon, Franciaország; Lyon Egyetem 1, 69622 Villeurbanne, Franciaország
Az agy, keresztül szabályozva az éhségérzetet, szabályozza az ételbevitelt és a glükóz homeosztázist. Különösen két sajátos szerkezete van, a hipotalamusz és az agytörzs, amely érzékeny a perifériás szervekből vagy a belekből származó információkra (hormonok vagy keringő tápanyagok révén), amelyek tájékoztatják a szervezet táplálkozási állapotáról. A közelmúltban új bél-agy idegtengelyt azonosítottak. Bizonyos tápanyagok ezen a tengelyen keresztül vezérlik a hipotalamusz homeosztatikus működését. Ebben a cikkben leírjuk a bél és az agy közötti idegkapcsolatokat, valamint azok szerepét az energia homeosztázisban.
A XIX. Század óta az agy ismert az élelmiszer-bevitel szabályozásában betöltött szerepéről (keresztül az éhségérzet kontrollja) és a glükóz homeosztázis. További érdeklődést váltott ki a bélhormonok felfedezése, amely egyértelmű kapcsolatot hozott létre a bél és az agy között a glükóz és az energia homeosztázisának szabályozásában. Az agynak két sajátos szerkezete van, a hipotalamusz és az agytörzs, amelyek érzékenyek a perifériás szervekből vagy a bélből származó információkra (keresztül keringő hormonok vagy tápanyagok) a szervezet tápláltsági állapotáról. E mechanizmusok jobb megértése érdekében tett erőfeszítések azonban lehetővé tették egy új bél-agy idegtengely felfedését, amely a szervezet metabolikus állapotának kulcsszabályozója. Bizonyos tápanyagok szabályozzák a hipotalamusz homeosztatikus működését keresztül ez a tengely. Ebben az áttekintésben leírjuk, hogyan kapcsolódik a bél az agyhoz keresztül különböző idegpályák, és hogy a két szerv közötti kölcsönhatás miként vezérli az energiaegyensúlyt.
Mivel Claude Bernard kimutatta, hogy a negyedik kamra padlójának elváltozásai nagyon gyorsan cukorbetegséget váltanak ki nyulakban, tudtunk az agy azon képességéről, hogy szabályozza a vércukorszintet. Ezt alaposan tanulmányozták állatmodellekben. Például számos tanulmány kimutatta, hogy az agynak vannak glükózérzékelő neuronjai, amelyek reagálnak a vércukorszint változásaira [1]. A központi jelátviteli mechanizmusok lehetővé teszik különösen a β-hasnyálmirigy-sejtekéhez hasonló sejtmechanizmus aktiválását, nevezetesen a KATP csatornákat [1]. Úgy tűnik tehát, hogy az agy kulcsfontosságú elem a vércukorszint szabályozásában. Így különösen érzékeny a test energiaállapotára, különösen a glükózellátás révén.
Így aAMP-aktivált protein-kináz (AMPK), az energia homeosztázis szempontjából elengedhetetlen enzim, amely szabályozza a perifériás energiafolyamatokat (különösen a szénhidrát és a lipid szubsztrátok oxidációja), jelen van a hipotalamuszban. Különösen glükózhiány esetén aktiválódik [2].
A glükóz kimutatásán és a vércukorszint szabályozásán túl az agy döntő szerepet játszik az ételbevitel és az energiaegyensúly szabályozásában. Az elmúlt évtized eredményei arra a gondolatra is vezettek, hogy ugyanazok a központi folyamatok szabályozzák a vér glükózellátását kívülről (keresztül az éhségérzet által modulált táplálékfelvétel) és a test belsejében (keresztül endogén glükóztermelés [PEG], amelyet a szimpatikus egyensúly modulál). A zsírszövet által kiválasztott hormon, a leptin felfedezése, amely csökkenti az éhségérzetet azáltal, hogy a hipotalamusz receptoraihoz kötődik, tökéletesen szemlélteti ezt. A leptin valójában az endogén glükóztermelés szabályozására is képes a hipotalamustól függő és független mechanizmusokkal [3, 4]. A hipotalamusz és az agytörzs, ahol a gerincvelő és a perifériás idegrendszer (vagus idegek) összekapcsolódnak, központi jelentőségűek ezekben az előírásokban [5]. Ez az áttekintés egyrészt a vércukorszint szabályozásában szerepet játszó központi mechanizmusokra, másrészt az e modulációban részt vevő belek szignáljaira fog összpontosítani.
A szabályozó jelek integrálása a hipotalamusz és az agytörzs által
A hipotalamusz és az agytörzs történelmileg a legtöbbet vizsgált régió az élelmiszer-bevitel és általában az energia-anyagcsere szabályozásában. Ez a két régió körülkerülő szerveket tartalmaz (medián eminenciás és területi postrema [AP]), amelyek fenestrált kapillárisokkal rendelkeznek, és nagyobb a permeabilitása a keringő metabolitoknak, mint a többi agyi szerkezet, amelyeket a vér-agy gát izolál a keringésből [6, 31]. Az agytörzs viszont a perifériás idegrendszer ideginformációinak integrációjának helyszíne, különös tekintettel az ízérzetekre (keresztül a glossopharyngealis ideg vagy a koponyaideg IX) és a vagalis afferensek (1.ábra). Integráló információközpontot képez, amelyet aztán továbbítanak az agy többi részébe, pontosabban a hipotalamuszba. Elsősorban az éhség és a jóllakottság érzésében betöltött szerepük miatt vizsgálták, a hipotalamusz és az agytörzs szabályozza a szénhidrát anyagcserét is.
A hipotalamusz és a vagális hátsó komplex (anatómiai és funkcionális) szervezete ([14] után). A hipotalamusz és a CVD funkcionális térképe a humorális és idegi érzékelés elemeivel. AP: területi postrema; ARC: a hipotalamusz ívelt magja; CART: átírás, amelyet kokain és amfetaminok szabályoznak; DMNX: a vagus ideg hátsó motoros magja; DMN/VMN: a hipotalamusz dorso-medialis/ventro-medialis magjai; LHA: laterális hipotalamusz; NTS: a magányos traktus magja; POMCT: pro-opiomelanokortin; PVN: a hipotalamusz paraventrikuláris magja. Ghrelin (GHS-R), GLP-1 (glükagonszerű peptid 1) (GLP1-R), leptin (LepR), CCK1 (kolecisztokinin 1) (CCK1-R), inzulin (InsR) és NPY (Y neuropeptid)/PYY (YY peptid) (Y1R/Y2R/Y5R) van feltüntetve ([14] után).
A hipotalamusz magjai
A neurotranszmitterek azonosítása ezekben a magokban megerősítette a hipotalamusz központi szerepét, de mindenekelőtt nagy idegsejtek sokféleségét tárta fel. Az emlős hipotalamusz több mint 40 szövettanilag elkülönülő magból áll, amelyek mindegyike almagra oszlik. A középső zónát főként nagy magok alkotják (dorso-medialis mag [DMN], ventro-medialis mag [VMN]), amelyek érzékszervi információkat kapnak és erősen összekapcsolódnak a hipotalamusz többi részével. Ez a terület részt vesz az adaptív viselkedés szervezésében. A laterális zónának (LHA) intra- és hipotalamuszon kívüli kommunikációs rendszere van; interfészként definiálható egyrészt a mediánabb régiók és a cortico-limbicus régiók, másrészt a szomatikus és autonóm motoros rendszerek között. A hipotalamusz paraventrikuláris magja (PVN) egy mikrokozmoszt képvisel a hipotalamuszban, abban az értelemben, hogy több almag kapcsolódik a három effektor rendszerhez: az endokrin rendszerhez (magnocelluláris csoportok), az autonóm rendszerhez és a viselkedési rendszerhez (parvocelluláris csoportok). ) [5].