Äta när full: En strid mellan två hjärnsignaler
Varför övervinner önskan att fortsätta äta signalen som säger att vi är fulla? Ny forskning upptäcker att det involverar en kamp mellan två angränsande grupper av hjärnceller där hjärnans opioidsystem också har en roll.
Det fann också att läkemedlet naloxon, genom att blockera opioidsystemet, stoppade överätningen.
Studien, som finns i Proceedings of the National Academy of Sciences, utfördes på möss, men forskarna tror att resultaten kommer att hjälpa oss att bättre förstå liknande mekanismer hos människor.
"Vårt arbete", förklarar seniorstudieförfattaren Prof. Huda Akil, neurovetenskapare vid Institutionen för psykiatri vid University of Michigan Molecular and Behavioral Neuroscience Institute i Ann Arbor, "visar att mättnadssignalerna - att ha fått tillräckligt med mat - är inte tillräckligt kraftfullt för att arbeta mot den starka drivkraften att äta, som har ett starkt evolutionärt värde.
Att vara överviktig eller överviktig ökar risken för att utveckla flera långvariga tillstånd, såsom hjärt-kärlsjukdomar och typ 2-diabetes, samt cancer.
Att bära för mycket vikt är ett världsomspännande folkhälsoproblem som påverkar både låg- och medelinkomstländer och höginkomstländer.
Världshälsoorganisationens (WHO) uppskattningar från 2016 antyder att 39 procent av vuxna globalt är överviktiga och 13 procent är överviktiga.
Behöver förstå hjärnmekanismer
Trycket att bättre förstå förare för fetma - som hjärnans roll i att reglera ätningen - har aldrig varit större. Bland dessa, notera studieförfattarna, är "de mekanismer som modulerar både initiering och upphörande av utfodring."
Prof. Akil och hennes kollegor fokuserade på två små grupper av intilliggande nervceller, eller nervceller, i hypotalamus, som är en liten hjärnregion som är involverad i flera funktioner, såsom kontroll av "motiverade beteenden."
De två cellgrupperna kallas pro-opiomelanokortin (POMC) och agouti-relaterade peptidceller (AgRP). De bor i en region av hypotalamus som kallas den bågformade kärnan (Arc).
Forskare visste redan att de två grupperna och bågen på något sätt var inblandade i ”kontrollen av utfodring”.
I tidigare arbete hade en del av teamet redan avslöjat att POMC-neuroner vid mottagning av vissa signaler "fungerar som en broms" för att äta och AgRP-neuroner fungerar som en gaspedal - speciellt när mycket tid har gått sedan den senaste utfodra.
”Använda gas- och bromspedalerna tillsammans”
Vad som förblev oklart var dock hur dessa två grupper interagerade. Ett verktyg som kallas optogenetik hjälpte utredarna att kartlägga mekanismens signaler genom att använda laserljus för att aktivera och avaktivera utvalda celler i möss som överätade.
De avslöjade att när de aktiverade POMC-celler, aktiverade detta också närliggande AgRP-celler. Detta innebar att bensinpedalen och bromsen vid matning kopplades in samtidigt, och resultatet blev att bensinpedalen vann.
"När båda stimuleras samtidigt, stjäl AgRP showen", förklarar professor Akil.
Med en annan optogenetisk metod såg forskarna att de kunde utlösa POMC-celler utan att aktivera närliggande AgRP-celler. Detta ledde till en snabb och "signifikant minskning" av mössens ätning.
Med hjälp av ett visualiseringsverktyg gjorde de också detaljerade kartor över de vägar som var inblandade. De producerade en 3D-karta över vägar som börjar i POMC och AgRP. När de väl är aktiva utlöser dessa signalvägar antingen känslan av fyllighet eller en lust att äta.
I ytterligare tester undersökte utredarna signalerna som är "nedströms" av POMC- och AgRP-cellaktivering och avslöjade att deras inflytande sträcker sig mycket i hjärnan och omfattar även regioner i cortex som styr perception, minne och uppmärksamhet.
Opioidsystemet har en roll
I en sista uppsättning experiment avslöjade teamet att aktivering av AgRP också slår på hjärnans opioidsystem. Att ge gnagarna opioidreceptorblockeraren naloxon stoppade utfodringsbeteendet.
"Detta antyder att hjärnans eget endogena opioidsystem kan spela en roll i att vilja äta utöver vad som behövs", konstaterar professor Akil.
Studier av de metaboliska drivkrafterna för att äta och äta för mycket tenderar vanligtvis att fokusera på hormoner som ghrelin och leptin.
Dessa resultat tyder dock på att hjärnkretsar, eller ”neurala system”, också verkar spela en viktig roll.
Dessa kan reagera på emotionella, sociala och perceptuella signaler. Prof. Akil uppmanar till ytterligare forskning om denna aspekt av överätning.
”Det finns en hel bransch som bygger på att locka dig att äta, oavsett om du behöver det eller inte, genom visuella ledtrådar, förpackningar, dofter, känslomässiga föreningar. Människor blir hungriga genom att bara titta på dem, och vi måste studera de neuralsignaler som är involverade i de uppmärksammade, perceptionella mekanismerna som driver oss att äta. ”
Prof. Huda Akil
