Scoperto nuovo circuito associato ad assunzione di cibo gradito in eccesso

 

 

ROBERTO COLONNA

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 26 giugno 2021.

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]

 

L’obesità da squilibrio alimentare è stata studiata soprattutto in rapporto alla genetica di leptina, grelina, oressine (ipocretine), oltre che delle classiche patologie endocrinologiche; tuttavia, la molteplicità degli aspetti dovuta soprattutto alla varietà eziologica nelle casistiche cliniche ha continuato a evidenziare l’iperconsumo di cibo e/o l’assunzione di cibi eccessivamente calorici quale costante nella massima parte dei casi. Questo aspetto che, come è noto, deriva da una complessa interazione di fattori fisiologici, psicologici, cognitivi e culturali, nei quali si includono le abitudini alimentari legate a tradizioni e comportamenti di intere popolazioni, risulta difficile da studiare.

Studi recenti hanno dimostrato che nella massima parte dei pazienti obesi il comportamento alimentare è determinato più da stimoli esterni che da bisogni fisiologici interni dell’organismo. Ma il modo in cui il contesto ambientale guida le spinte alimentari non omeostatiche rimane ancora non esattamente definito.

Hasan Mohammad, Esra Senol e colleghi hanno identificato una popolazione neuronica sintetizzante somatostatina nel nucleo tuberale dell’ipotalamo attivata preferenzialmente da cibo gradito per il sapore (palatable food); su questa traccia hanno identificato un circuito che sembra essere responsabile dell’attività che conduce all’assunzione di cibo potenzialmente in grado di facilitare lo sviluppo di obesità.

(Mohammad H., et al., A neural circuit for excessive feeding driven by environmental context in mice. Nature Neuroscience Epub ahead of print doi: 10.1038/s41593-021-00875-9, first published June 24, 2021).

La provenienza degli autori è la seguente: Singapore Bioimaging Consortium, Agrncy for Science Technology and Research (ASTAR), Singapore (Singapore); Department of Physiology, Yong LooLin School of Medicine, National University of Singapore (Singapore); Lee Kong Chiang School of Medicine, NT University of Singapore, Singapore (Singapore); State Key Laboratory of Magnetic Resonance Imaging, Chinese Academy of Sciences, Wuhan (Cina); CAS Key Lab of Brain Connectome, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen (Cina).

L’anno scorso abbiamo recensito un lavoro[1] in cui si identificava un circuito apparentemente responsabile della compulsione a mangiare[2]; qui di seguito se ne riporta il testo per comodità del lettore.

[da Giovanni Rossi 04-04-20].

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 (del 2020) 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[3]. 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.

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[4].

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.

 

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Ritorniamo allo studio di Hasan Mohammad, Esra Senol e colleghi.

Nel nucleo tuberale dell’ipotalamo di topo gli autori hanno identificato una popolazione neuronica sintetizzante e rilasciante somatostatina (TNSST) che è attivata prevalentemente da cibo gustoso. L’attivazione di questi neuroni TNSST metteva in grado un contesto di indurre alimentazione non omeostatica in topi satolli e richiedeva impulsi provenienti dal subiculum.

Accoppiando un contesto con cibo gradevole potenziava grandemente la trasmissione sinaptica tra i neuroni del subiculum e le cellule nervose TNSST e conduceva all’assunzione di cibo non richiesto dall’organismo; cosa che poteva essere soppressa seletivamente inibendo i neuroni TNSST o quelli subicolari, ma non gli altri tipi di neuroni oressigeni principali del topo.

Questi risultati indicano come il cibo gradevole al gusto ma potenzialmente in grado di favorire lo sviluppo dell’obesità, attraverso uno specifico circuito ipotalamico, potenzia il contesto ambientale nel causare gli eccessi alimentari indesiderati.

 

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”).

 

Roberto Colonna

BM&L-26 giugno 2021

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] 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.

[2] Note e Notizie 04-04-20 Caratterizzato il circuito della compulsione a mangiare.

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

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