Amigdala e nuovo circuito alimentare
GIOVANNI ROSSI
NOTE
E NOTIZIE - Anno XV – 16 settembre 2017.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati
fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il
cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
La sopravvivenza degli
organismi animali è strettamente dipendente dai complessi comportamenti che
consentono l’assunzione del cibo e dai meccanismi a ricompensa a questi
correlati. Le basi neurobiologiche da tempo individuate e studiate, quali i
nuclei laterale, perifornicale e ventromediale
dell’ipotalamo, e il sistema dopaminergico mesolimbico,
hanno una lunga storia nella ricerca neurofisiologica; alla conoscenza dei
processi che avvengono in tali strutture, in rapporto alle funzioni appetitive
e di consumo, si è aggiunta più di recente quella relativa a meccanismi di
rete, cellulari e molecolari che implicano l’intervento di neuroni di varie
altre aree del cervello.
La funzione di regolazione del
comportamento alimentare che ha luogo al di fuori dell’ipotalamo e del sistema mesolimbico è ancora scarsamente conosciuta. Al nucleo centrale dell’amigdala (CeA, da central amygdala) è stato riconosciuto un ruolo
nell’alimentazione e nell’attività del sistema a ricompensa cerebrale, ma i
neuroni e i circuiti che specificamente regolano questa funzione sono rimasti
finora sconosciuti.
Rudiger Klein, Amelia M.
Douglass e colleghi hanno condotto uno studio grazie al quale sono riusciti a
definire i meccanismi neuronici mediante i quali le cellule del nucleo centrale
dell’amigdala promuovono l’assunzione di cibo.
(Douglass A. M., et al. Central
amygdala circuits modulate food consumption through a positive-valence
mechanism. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/nn.4623, 2017).
La provenienza degli autori
è la seguente: Max Planck Institute of Neurobiology, Martinsried (Germania);
Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research, Basel (Svizzera); Max von
Pettenkofer-Institute & Gene Center, Ludwig-Maximilians-University Munich,
Munich (Germania); Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Munich
(Germania).
In un recente articolo di
Lorenzo Borgia su uno studio che ha riconosciuto fattori genetici ed ambientali
responsabili dell’infiammazione ipotalamica associata all’obesità (Note e Notizie 10-06-17 Perché gli obesi
hanno infiammazione ipotalamica)[1], si
fornisce una sintetica introduzione ai principali meccanismi di controllo
dell’alimentazione, che riportiamo qui di seguito:
“Eleganti
esperimenti di parabiosi, che associavano un topo normale ad uno mutante
portatore di una mutazione omozigotica recessiva del gene obesity (ob) responsabile di obesità ed
ipotermia, avevano dimostrato che i mutanti mancavano di un segnale circolante proveniente dai
depositi di grasso in grado di controllare a feedback l’assunzione di cibo e a feed-forward il dispendio
energetico. Altri esperimenti avevano dimostrato che i topi con una mutazione
omozigote per il gene diabetes
(db), invece di mancare del segnale,
mancavano di un recettore. Circa 25
anni dopo i primi esperimenti di parabiosi, Jeffrey Friedman e colleghi
identificarono il segnale in un peptide circolante che fu chiamato leptina (dal greco leptos = snello, sottile, magro). La leptina è trasportata
attraverso la barriera emato-encefalica ed agisce nel cervello e alla periferia
su recettori che sono membri della superfamiglia dei recettori ad elica.
La leptina circolante e l’insulina
interagiscono con i loro recettori situati sulla membrana di due popolazioni di neuroni del nucleo arcuato dell’ipotalamo mediale. Queste due popolazioni neuroniche rispondono in
maniera opposta a leptina e insulina: una rilascia due segnali anabolici, ossia
il peptide Y (NPY) e l’AGRP (agouti-related peptide)[2],
l’altra rilascia due segnali catabolici, ossia α-MSH e CART. Fasci di
proiezione diretti dal nucleo arcuato dell’ipotalamo alle regioni paraventricolare e laterale dell’ipotalamo, da oltre mezzo secolo note per il loro
controllo sulla funzione alimentare, riverberano gli effetti della segnalazione
di leptina e insulina circolante.
Anche se queste componenti
ipotalamiche sono le più note e studiate per la comprensione della fisiologia
del rapporto tra funzione alimentare e metabolismo, il circuito neurale responsabile dell’equilibrio energetico è più
esteso e distribuito nell’encefalo. In particolare, importanti componenti sono
nel complesso vagale dorsale sito
nella porzione caudale del tronco encefalico”[3].
Torniamo ora allo studio qui
recensito.
Impiegando tecniche di
manipolazione in vivo ed imaging del Ca2+ nel topo,
Klein, Douglass e colleghi hanno rilevato che i neuroni inibitori GABAergici
dell’area centrale dell’amigdala (CeA), esprimenti il recettore per la
serotonina Htr2a, modulano il consumo di alimenti, promuovono il rinforzo
positivo e sono continuamente attivi in
vivo durante l’assunzione di cibo.
Ricordiamo che i recettori
5-Ht2a si trovano sulla membrana post-sinaptica nelle giunzioni
serotoninergiche, prevalentemente nella corteccia cerebrale del lobo frontale,
ma sono addensati anche nel claustro, nel nucleo accumbens, nell’amigdala,
nell’ippocampo, nel tubercolo olfattorio e nei nuclei della base costituenti il
corpo striato. Nella corteccia, questi recettori sono localizzati sia sugli
interneuroni inibitori GABAergici sia sui neuroni piramidali di proiezione
glutammatergici; l’elevata espressione corticale ha suggerito un ruolo di
questo sub-tipo recettoriale nei processi integrativi e cognitivi di alto
livello. Poco studiata la loro fisiologia nel sistema limbico, e nell’amigdala
in particolare. È noto che la loro stimolazione nel sistema nervoso centrale
produce ipertermia ed accresciuta secrezione dell’ACTH. I meccanismi effettori
dell’azione consistono sostanzialmente nella stimolazione della fosfolipasi C e nella chiusura dei canali del K+.
Infine, si ricorda che farmaci antipsicotici quali clozapina
e olanzapina sono antagonisti ad alta affinità di
questi recettori[4].
I ricercatori, con metodi di
esame elettrofisiologici, anatomici e comportamentali, hanno accertato che la
modulazione dell’attività alimentare, così come il rinforzo associato, sono
dovuti a meccanismi intra-amigdaloidei nell’area dell’amigdala centrale, e a
meccanismi mediati da un circuito ad
ampio raggio.
Infine, Klein, Douglass e colleghi hanno rilevato e dimostrato che i
neuroni CeAHtr2a ricevono segnalazioni in entrata da regioni
rilevanti per la fisiologia dell’alimentazione.
Presi insieme tutti i risultati
ottenuti, per il cui dettaglio si rimanda alla lettura integrale del testo
dell’articolo originale, illustrano il modo in cui specifici circuiti neurali
dell’amigdala centrale regolano positivamente il consumo di alimenti da parte
dell’animale.
Questo studio aggiunge
un’importante tessera al mosaico di elementi che compongono l’articolata
neurofisiologia della funzione alimentare, aiutandoci a renderci conto, tanto della
complessità delle basi biologiche di un’attività di importanza primaria per la
vita, quanto del grande lavoro di ricerca che sarà ancora necessario per avere
un quadro fisiologico esaustivo.
L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla
lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE
E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
La Società Nazionale di Neuroscienze BM&L-Italia, affiliata alla International Society of Neuroscience, è registrata presso l’Agenzia delle Entrate di Firenze, Ufficio Firenze 1, in data 16 gennaio 2003 con codice fiscale 94098840484, come organizzazione scientifica e culturale non-profit.
[1] Si ricorda che l’infiammazione dell’ipotalamo e la gliosi sono processi che precedono lo sviluppo e l’accumulo di grasso tipico degli obesi. Recentemente è stato scoperto un meccanismo di segnalazione astrocitaria (IKKβ/NF-KB) necessario tanto per l’infiammazione dell’ipotalamo quanto per il conseguente sviluppo di obesità. Douglass J. D., et al., Astrocyte IKKβ/NF-KB signaling is required for diet-induced obesity and hypothalamic inflammation. Mol Metab. 6 (4): 366-373, 2017.
[2] Questa molecola è un antagonista endogeno dei recettori della melanocortina MC3 ed MC4; l’agonista endogeno è l’α-MSH, che viene rilasciato dagli ormoni del nucleo arcuato quando l’organismo è in stato catabolico.
[3] Note e Notizie 10-06-17 Perché gli obesi hanno infiammazione ipotalamica.
[4] Cfr. Hensler J. G., Serotonin in Basic Neurochemistry (Brady, Siegel, Albers, Price), pp. 317-318, AP Elsevier, 2012.