En commençant par la question « Comment notre cerveau distingue-t-il le glucose des nombreux nutriments absorbés dans l’intestin? » Une équipe de recherche kaist a démontré que le cerveau peut reconnaître sélectivement les nutriments spécifiques – en particulier le glucose – en détectant simplement la teneur en calories totale. Leur étude, publiée dans Neuronedevrait offrir un nouveau paradigme pour le contrôle de l’appétit et le traitement des maladies métaboliques.
L’équipe du professeur Greg SB Suh dans le Département des sciences biologiques, en collaboration avec l’équipe du professeur Young-Gyun Park (Barneuro), l’équipe du professeur Seung-Hee Lee (Département des sciences biologiques), et le Collège Albert Einstein de New York, ont identifié l’existence d’un circuit de Brain qui permet aux animaux dans un État handicapé de détecter sélectivement et de préférer la GUST de la GUT qui permet aux animaux dans un état de séjour.
Les organismes tirent de l’énergie de divers nutriments, y compris les sucres, les protéines et les graisses. Des études antérieures ont montré que les informations caloriques totales dans l’intestin suppriment les neurones de la faim dans l’hypothalamus pour réguler l’appétit. Cependant, l’existence d’un circuit intestinal-cerveau qui répond spécifiquement au glucose et aux cellules cérébrales correspondantes n’avait pas été démontrée jusqu’à présent.
Dans cette étude, l’équipe a identifié avec succès le circuit intestinal de cerveau qui détecte le glucose – essentiel pour la fonction cérébrale et régule le comportement de l’apport alimentaire pour les nutriments requis.
Ils ont en outre prouvé, pour la première fois, que ce circuit répond en quelques secondes non seulement à la faim ou aux stimuli externes, mais aussi à des nutriments caloriques spécifiques directement introduits dans l’intestin grêle, en particulier le D-glucose, par l’activité des « neurones CRF » dans l’hypothalamus du cerveau.
Ces neurones sécrètent le facteur de libération de corticotrophine (CRF) dans l’hypothalamus et sont au cœur de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénal (HPA), le système physiologique central du corps pour répondre au stress. Les neurones CRF sont connus pour réguler l’équilibre neuroendocrinien en réponse aux stimuli de stress.
En utilisant l’optogénétique pour suivre précisément l’activité neuronale en temps réel, les chercheurs ont injecté divers nutriments – D-glucose, L-glucose, acides aminés et graisses – dans les petits intestins des souris et ont observé les résultats.
Ils ont découvert que parmi les neurones CRF situés dans le noyau paraventriculaire (PVN), un noyau clé dans l’hypothalamus responsable du maintien de l’homéostasie corporelle, seuls ceux spécifiques au D-glucose ont montré des réponses sélectives. Ces neurones n’ont pas répondu – ou ont montré des réactions inverses – à d’autres sucres ou à des protéines et des graisses. Il s’agit de la première démonstration que les neurones uniques du cerveau peuvent guider les réponses spécifiques aux nutriments en fonction de l’intestin de nutriments intestinaux.
L’équipe a également révélé que les signaux de détection de glucose dans l’intestin grêle étaient transmis via la moelle épinière au noyau parabrachial dorsolatéral (PBNDL) du cerveau, et de là aux neurones CRF dans le PVN. En revanche, les signaux d’acides aminés et de graisses sont transmis au cerveau à travers le nerf vague, une voie différente.
Dans les expériences d’inhibition optogénétique, la suppression des neurones du CRF chez les souris à jeun a éliminé leur préférence pour le glucose, prouvant que ce circuit est essentiel pour la préférence des nutriments spécifiques au glucose.
Cette étude a été inspirée par les recherches antérieures du professeur Suh à NYU à l’aide des mouches des fruits, où il a identifié des « neurones DH44 » qui détectent sélectivement le glucose et le sucre dans l’intestin. Sur la base de l’hypothèse selon laquelle les neurones hypothalamiques chez les mammifères montreraient des réponses fonctionnelles similaires au glucose, la présente étude a été lancée.
Pour tester cette hypothèse, le Dr Jineun Kim (diplômé du Ph.D. Kaist, maintenant à Caltech) a démontré lors de ses recherches doctorales que les souris affamées préféraient le glucose parmi divers nutriments infusés intragastralement et que les neurones du CRF présentaient des réponses rapides et spécifiques.
Avec Wongyo Jung (diplômé de Kaist BS, maintenant doctorant à Caltech), ils ont modélisé et confirmé expérimentalement le rôle critique des neurones CRF. Le Dr Shinhye Kim, par la collaboration, a révélé que des neurones vertébraux spécifiques jouent un rôle clé dans la transmission d’informations sur les nutriments intestinaux au cerveau.
Le Dr Jineun Kim et le Dr Shinhye Kim ont déclaré: « Cette étude a commencé à partir d’une question simple mais fondamentale – comment le cerveau distingue-t-il le glucose de divers nutriments absorbés dans l’intestin? » Nous avons montré que les circuits du cerveau intestinal à base de colonne vertébrale jouent un rôle central dans le métabolisme énergétique et l’homéostasie en transmettant des signaux nutritifs intestinaux spécifiques au cerveau. «
Le professeur SUH a ajouté: « En identifiant une voie intestinale spécialisée pour le glucose, cette recherche offre une nouvelle cible thérapeutique pour les maladies métaboliques telles que l’obésité et le diabète. Nos futures recherches exploreront des circuits similaires pour détecter d’autres nutriments essentiels comme les acides aminés et les graisses et leurs mécanismes d’interaction. »
