Caratterizzato il circuito della compulsione a mangiare

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVII – 04 aprile 2020.

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]

 

Prendendo le mosse da un dato oggettivo di osservazione, recentemente è stato proposto un nuovo meccanismo neurofisiologico ipotalamico della fame, che si basa sull’attivazione dell’area tegmentale ventrale (VTA); un lavoro sperimentale condotto a partire dagli stessi presupposti ha rilevato invece che le fibre provenienti dall’ippocampo attraversano la VTA e giungono in una sede prossima al locus coeruleus, completando un circuito responsabile dell’induzione del desiderio alimentare indipendentemente dallo stato di sazietà. Anche se questo studio sembra aver solo compiuto il lavoro di anni di altri gruppi di ricerca, definendo una nuova connessione, la scoperta del ruolo imprescindibile di tali neuroni per indurre fame nell’organismo sazio, potrà contribuire alla comprensione delle basi di comportamenti alimentari patologici.

Siamo consapevoli che ci sarà ancora molto da scoprire sulla regolazione omeostatica della funzione alimentare e che le pur interessanti e utili scoperte degli anni recenti non sono ancora sufficienti a comporre un quadro di nozioni esaustivo e paradigmatico che consenta di dare risposta a tutti gli interrogativi della fisiologia e della patologia dell’alimentazione; ma riteniamo sia importante seguire ogni nuova acquisizione.

 Nel mese di febbraio abbiamo pubblicato la recensione di uno studio che ha dimostrato l’associazione fra obesità e deficit della segnalazione CART dei neuroni afferenti vagali, e ha indicato come possibile nuova strategia di trattamento del disturbo patomorfologico la correzione del difetto di segnalazione CART[1]. In quella circostanza, si sottolineava quanto sia mutata la vecchia descrizione del controllo dell’alimentazione centrata sui nuclei ipotalamici fra loro antagonisti e sul classico schema neuroendocrino di regolazione glucostatica.

Il cambiamento nel focus dell’interesse è soprattutto conseguenza dell’estensione delle componenti conosciute della rete omeostatica e, naturalmente, non si riferiva a una revisione delle nozioni di fisiologia classica, che rimangono a fondamento del complesso quadro attuale. Infatti, lo studio storico degli effetti delle lesioni dei nuclei laterale, perifornicale e ventromediale dell’ipotalamo, ha fornito dati che hanno costituito il presupposto per la ricerca seguente e le indagini in corso sulle connessioni che compongono la rete alla base della regolazione dell’alimentazione.

Come si è già accennato, le terminazioni dei neuroni GABAergici dell’ipotalamo laterale entrano in connessione nel tronco encefalico con neuroni omologhi della VTA, determinando l’attivazione dell’output dopaminergico; su questa base si è ipotizzato che la fame in animali sazi, indotta dall’attivazione dell’ipotalamo laterale, sia prodotta dai neuroni dopaminergici tegmentali, ma Antonello Bonci, Rosa Anna M. Marino e colleghi hanno confutato questa deduzione, scoprendo una nuova connessione responsabile dell’effetto.

(Marino R. A. M., et al., Control of food approach and eating by a GABAergic projection from lateral hypothalamus to dorsal pons. Proceedings of the National Academy of Sciences USA – Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.1909340117, March 30, 2020).

La provenienza degli autori è la seguente: Intramural Research Program, National Institute on Drug Abuse (NIDA), National Institutes of Health (NIH), Baltimore, MD (USA); Intramural Research Program, National Institute on Aging, National Institutes of Health (NIH), Baltimore, MD (USA).

[Edited by Tomas G. M. Hökfelt, Karolinska Institutet, Stockholm (Svezia)].

Lo studio qui recensito ha preso le mosse da una popolazione di cellule nervose inibitrici della regione ipotalamica laterale, che interviene in numerose funzioni di primaria importanza per l’organismo.

Tra i vari nuclei dell’ipotalamo, l’ampio aggregato neuronico laterale è considerato essenziale nel mantenimento dell’equilibrio omeostatico richiesto per la sopravvivenza dell’animale, intervenendo nell’allerta, nella transizione sonno-veglia, nella ricerca di ricompensa, nello stress, nell’ansia, nell’apprendimento e nella memoria, attraverso connessioni anatomiche tra proencefalo e tronco encefalico. Evidenze emerse da recenti studi comportamentali e di neuroimmagine funzionale suggeriscono che l’ipotalamo laterale, nella sua coordinazione di attività omeostatiche dell’animale, estenda la sua influenza anche sul comportamento sociale[2].

La stimolazione optogenetica o elettrica degli interneuroni inibitori GABAergici dell’ipotalamo laterale è in grado di indurre rapidamente un’attiva assunzione di cibo come se l’animale avesse una fame intensa, generata da un bisogno assoluto di nutrienti. Al cessare della stimolazione, immediatamente cessa l’assunzione di cibo: l’effetto è dunque time-locked. La stimolazione di questi neuroni inibitori ipotalamici è seguita da eccitazione di neuroni dopaminergici troncoencefalici, pertanto si è ritenuto che sistemi neuronici segnalanti mediante dopamina intervengano nella regolazione dell’appetito alimentare, e su questa traccia è stata individuata la VTA come struttura effettrice dell’informazione proveniente dall’ipotalamo laterale.

L’avvio fisiologico dell’assunzione spontanea di cibo è un comportamento di base della vita animale, di importanza cruciale per la sopravvivenza, e si verifica quale conseguenza del bisogno dell’organismo. La condizione di sazietà costituisce lo stato fisiologico opposto a quello del bisogno alimentare ed è caratterizzata dall’indifferenza al cibo da parte dell’animale in condizioni di vita naturale. Per simulare quanto accade nella nostra specie e talvolta negli animali domestici, si può cercare di indurre sperimentalmente appetito in condizioni di sazietà con una prolungata stimolazione dei neuroni AgRP del nucleo arcuato dell’ipotalamo. Queste cellule nervose agiscono regolando secondo un criterio omeostatico la richiesta di cibo, eccitandosi durante il digiuno e inibendosi alla vista di alimenti e durante la consumazione del pasto.

In contrasto con questa azione lenta ed omeostatica, uno specifico gruppo di interneuroni inibitori GABAergici siti nella regione perifornicale dell’ipotalamo laterale controlla l’attività di alimentazione in una scala temporale breve, e con rapidità e immediatezza può sovrapporsi alla regolazione di fondo. La stimolazione optogenetica o elettrica induce subito fame nell’animale sazio e si arresta appena si interrompe la stimolazione. Si è dedotto da evidenze sperimentali che un subset di questi interneuroni inibitori invii assoni che formano sinapsi con gli omologhi interneuroni GABAergici della VTA: l’inibizione di questi neuroni spegne il loro controllo inibitorio dei neuroni dopaminergici della VTA, attivandoli con conseguente rilascio di dopamina.

Concordemente con questa interpretazione, si è osservata l’attenuazione dell’effetto della stimolazione sulla fame in concomitanza con lesioni interessanti i neuroni dopaminergici o con l’uso di antagonisti recettoriali.

Bonci, Marino e colleghi hanno sottoposto a verifica l’intervento delle popolazioni neuroniche dopaminergiche della VTA nell’assunzione di cibo da stimolazione dell’ipotalamo laterale.

Negli esperimenti di stimolazione dell’ipotalamo laterale, i topi sazi subito cominciavano ad assumere bocconi standard di cibo, con tempi di latenza che variavano in base all’intensità della stimolazione; una volta che il cibo era stato preso, gli animali mangiavano per il rimanente periodo della stimolazione di 60-s. Ma, quando i ricercatori hanno prodotto artificialmente lesioni dei neuroni dopaminergici della VTA, con sorpresa hanno rilevato che l’effetto di induzione di fame per stimolazione dei neuroni GABAergici dell’ipotalamo laterale non si interrompeva.

Allora, Bonci, Marino e colleghi hanno sperimentato l’effetto di due attivazioni dopaminergiche: stimolando i corpi cellulari dei neuroni rilascianti dopamina della substantia nigra o stimolando direttamente i pirenofori delle cellule della VTA, supposte effettrici dello stimolo. In nessuno dei due casi si otteneva l’approccio al cibo e l’atto del mangiare.

Di fronte a questi esiti sperimentali, i ricercatori hanno deciso di analizzare il percorso anatomico delle fibre discendenti dal gruppo neuronico della regione laterale ipotalamica al tronco encefalico, per verificare se vi fosse una connessione alternativa a quella sulle cellule dopaminergiche della VTA. E così hanno scoperto che un contingente di fibre GABA passa attraverso la VTA e si dirige più caudalmente, giungendo a formare sinapsi su neuroni di un nucleo prossimo al locus coeruleus.

A questo punto, per verificare l’effettiva funzionalità della connessione scoperta, i ricercatori hanno confrontato la stimolazione del gruppo interneuronico dell’ipotalamo laterale con la stimolazione diretta dei terminali GABA o con quella dei corpi cellulari degli interneuroni GABAergici siti in questa regione del tronco encefalico prossima al locus coeruleus. Gli animali sazi, in tutti questi casi, prendevano immediatamente a mangiare. La verifica è stata condotta effettuando lesioni mirate della popolazione GABAergica prossima al locus coeruleus: il danno in questa sede precludeva l’effetto della fame indotta dalla stimolazione ipotalamica mirata, confermando il ruolo di elemento a valle del circuito dei neuroni inibitori dell’ipotalamo laterale. La lesione, in questa nuova sede sinaptica individuata dai ricercatori, si è rivelata necessaria e sufficiente ad impedire l’effetto.

Sorprendentemente questa lesione non alterava il peso corporeo degli animali, suggerendo che questo sistema neuronico non è implicato nei meccanismi di fame e sazietà che governano l’automatica regolazione omeostatica dell’alimentazione. Gli autori dello studio ritengono, perciò, di aver definito e caratterizzato il circuito cerebrale che potrebbe essere attivo nell’iperalimentazione umana, contribuendo all’obesità.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di studi di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-04 aprile 2020

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] Note e Notizie 15-02-20 Obesità curabile agendo su neuroni vagali.

[2] Note e Notizie 14-03-20 Valori di ricompensa per sé e per gli altri distinti in sede ipotalamica.