Мозговая «недостаток» и жажда сладостей: как десертная чревоугодие становится реальностью

Ученые обнаружили удивительный механизм работы мозга, стоящий за «десертным желудком». Исследователи выяснили, что наше желание поесть десерт, даже будучи сытыми, контролируется мозгом. Те же клетки мозга, которые сигнализируют нам о том, что мы наелись, также запускают жажду сладостей после еды, согласно новым исследованиям, опубликованным в журнале Science. Это открытие выявляет конкретную цепочку в мозге, которая стимулирует наше желание сахара, даже когда организму не нужны дополнительные калории.

Это общепринятое явление: после сытного обеда у нас вдруг оказывается место для десерта. Ученые заинтересовались биологическими причинами этого так называемого явления «десертного желудка». Они хотели понять, почему мы особенно жаждем сладкой еды, даже когда наши тела уже насытились. Ранее исследования показывали, что мозговые пути, связанные с вознаграждением, играют роль в нашем выборе пищи, но конкретные механизмы, которые заставляют нас желать сладкого, будучи сытыми, оставались неизвестными.

«Ранее не было известно, какие механизмы управляют специфическим аппетитом к высоким уровням сахара, особенно в состоянии сытости, что могло бы объяснить, почему мы едим десерт. Это и подвигло нас начать наши расследования», - объяснил Хеннинг Фенселау, независимый руководитель исследовательской группы из Института метаболизма Макса Планка.

Чтобы изучить это, исследователи провели серию экспериментов, в основном используя мышей. Сначала они создали «десертный» сценарий для грызунов. Мышей голодали всю ночь, а затем давали им обычную пищу в течение 90 минут, имитируя прием пищи. После этого «обеда» им предлагали или больше обычной еды, или высокосахарный рацион в течение 30 минут. Это позволило исследователям изучить потребление сахара у мышей, которые уже были сыты, имитируя человеческий опыт поедания десерта после еды. Они тщательно измеряли, сколько каждого типа пищи мыши съели durante этого «десертного периода».

Чтобы понять, какая активность мозга вовлечена, ученые сосредоточились на специфических клетках мозга, называемых нейронами проопиомеланокортина, часто называемыми нейронами POMC, находящимися в области мозга, известной как гипоталамус, которая регулирует голод и насыщение. Нейроны POMC считаются главными регуляторами насыщения (чувство сытости и удовлетворения после еды). Эти нейроны обычно активируются, когда мы наелись достаточно еды, и играют ключевую роль в подаче сигнала о том, что пора прекращать есть. Это происходит благодаря высвобождению специфических сигнальных молекул, включая одну под названием альфа-меланоцитостимулирующий гормон. Этот гормон воздействует на другие участки мозга, уменьшая аппетит и потребление пищи, помогая поддерживать стабильный вес тела.

Чтобы исследовать эту неожиданную функцию, исследователи использовали современные методы для мониторинга и манипуляции этими нейронами в мышах. Для начала команда исследования разработала «десертный» сценарий для мышей, чтобы подражать привычкам человека в еде. Они голодали мышей всю ночь, а затем предоставили им доступ к обычной пище в течение 90 минут, имитируя прием пищи. После этого им предлагали либо больше обычной еды, либо высокосахарный рацион в течение 30 минут, представляя собой «десертный период». Измеряя количество пищи, потребляемой в течение этого десертного периода, они обнаружили, что мыши, даже будучи сытыми от первоначального обеда, съели значительно больше высокосахарной пищи по сравнению с обычной едой. Это установило, что мыши, как и люди, склонны к сладким продуктам даже в состоянии насыщения.

Чтобы исследовать роль нейронов POMC в этом предпочтении к сахар, ученые использовали оптогенетику и хемогенетику, методы, которые позволяют точно контролировать активность нейронов. С помощью оптогенетики они генетически модифицировали нейроны POMC у мышей, чтобы они могли быть активированы или подавлены светом. С помощью хемогенетики они использовали препарат, чтобы избирательно подавить или активировать нейроны POMC. Когда они использовали эти методы, чтобы подавить нейроны POMC или конкретно проекции нейронов POMC в паравентрикулярную таламическую область (PVT) – еще одной области мозга – у сытых мышей, они наблюдали значительное снижение потребления высокосахарной пищи в течение десертного периода. Это показало, что нейроны POMC, в частности их активность в пути к PVT, необходимы для стимулирования аппетита к сахару в состоянии сытости.

Чтобы понять, когда и как нейроны POMC активируются, исследователи использовали волоконную фотометрию, технику для измерения активности нейронов в реальном времени у живых мышей. Они ввели крошечное оптическое волокно в область PVT у мышей и использовали флюоресцентный сенсор для обнаружения активности терминалов нейронов POMC – частей нейронов, которые выделяют сигнальные молекулы – в этой области. Они следили за этой активностью, пока мыши получали доступ к сладкой пище. Измерения показали сильное и быстрое увеличение активности терминалов нейронов POMC в PVT конкретно, когда мышам предлагали высокосахарный рацион.

Интересно, что это увеличение активности происходило не только тогда, когда мыши ели сахар, но и когда им предлагали сигналы, которые предсказывали сахар, такие как специфический запах, который они научились ассоциировать с сахаром. Более того, даже когда мыши пробовали сахар впервые, путь POMC-PVT активировался. Это предполагает, что этот мозговой путь вовлечен как в предвкушение, так и в потребление сахара, и что реакция на сахар отчасти внедрена в нас.

Чтобы определить, достаточно ли активации пути POMC-PVT для создания предпочтения к сахару, исследователи использовали тест предпочтения к ароматам, комбинируя его с оптогенетикой. Они позволили мышам выбирать между двумя ароматизированными диетами и затем, с помощью оптогенетики, активировали путь POMC-PVT, когда мыши ели менее предпочитаемый аромат. Они обнаружили, что активация этого пути во время еды конкретного аромата была достаточна, чтобы заставить мышей развить сильное предпочтение к этому аромату, сдвигая их предпочтение в сторону того, что изначально было менее привлекательным выбором.

Тем не менее, когда они тестировали, создала ли активация этого пути общее чувство вознаграждения или удовольствия, используя тесты на предпочтение мест и в реальном времени, они не нашли никаких доказательств этого. Это указывает на то, что путь POMC-PVT особенно вовлечен в создание предпочтения к ароматам, связанным с сахаром, а не является общей сигнализацией вознаграждения.

Чтобы исследовать, играют ли аналогичные мозговые механизмы свою роль у людей, исследователи провели исследования с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Они сканировали мозги человеческих добровольцев, пока участники потребляли сладкий раствор по сравнению с водой. Результаты фМРТ показали, что, как и у мышей, активность в области PVT человеческого мозга уменьшалась в ответ на потребление сахара. Эта находка поддерживает идею о том, что путь POMC-PVT и его роль в аппетите к сахару могут быть схожими между видами, предполагая, что явление «десертного желудка» имеет схожие мозговые механизмы у мышей и людей.

В конце концов, исследователи хотели узнать, специфичен ли этот путь POMC-PVT для сахара, или он также вовлечен в аппетит к другим аппетитным продуктам, таким как жир. Они сравнили активность пути POMC-PVT у мышей, когда они потребляли как высокосахарные, так и высокожировые рационы. Они обнаружили, что хотя оба типа диет увеличивали активность в пути, реакция на сахар была значительно более сильной, чем на жир.

Когда они манипулировали путем POMC-PVT, они обнаружили, что это конкретно влияет на потребление сахара, но слабо воздействует на потребление высокожировой пищи. Это предполагает, что опиоидный путь POMC-PVT особенно специализирован для регулирования аппетита к сахару, отличаясь от механизмов, которые управляют аппетитом к другим типам вкусной пищи, таким как жир.

«Наши данные показывают, что главный регулятор сытости мозга – нейроны POMC – не только способствуют сигнала о сытости, но и включают специфический аппетит к сахару, когда нашему организму хватает энергии», - сказал Фенселау PsyPost. «Они регулируют эту новооткрытую функцию, высвобождая эндогенный опиоид бета-эндорфин».

Дальнейшие исследования могут изучить долгосрочные эффекты хронической активации этого пути при высокосахарных диетах и как это может способствовать развитию компульсивных пищевых привычек или метаболических расстройств.

«Мы заинтересованы в том, как наши находки могут быть применены для борьбы с ожирением и чрезмерным потреблением сахара», - добавил Фенселау. «Существуют уже одобренные FDA препараты, блокирующие опиоидные рецепторы (в сочетании с другими антагонистами рецепторов) для лечения ожирения. Мы думаем, что использование и более специфичная адаптация их могут дать новые идеи для борьбы с ожирением, особенно у людей, которые потребляют высокие уровни сахара».

Статья «Таламические опиоиды от сытости нейронов POMC активируют аппетит к сахар» была написана Мариэль Минер, Ханной Вилхельмс, Бояной Кузманович, Софией Лунд, Деборой Фуска, Алини Классен, Ставом Штиглицом, Яэлем Прилуцким, Итаем Талпиром, Линь Тянью, Бригиттой Киффер, Джоном Дэвисом, Петером Клоппенбургом, Марком Титтгемейером, Йовавом Ливнехом и Хеннингом Фенселау.