Un studiu BOLD fMRI BOLD stimulat de glucoză asupra disfuncției hipotalamice la șoareci hrăniți cu un conținut ridicat de grăsimi și

Găsiți acest autor pe Google Scholar
Găsiți acest autor pe PubMed
Căutați acest autor pe acest site
Înregistrare ORCID pentru João M.N. Duarte
Pentru corespondență: [email protected]

Abstract

Introducere

Funcția creierului necesită furnizarea continuă de glucoză (Sonnay și colab., 2017), care este asigurată de o rețea de detectare a glucozei în mai multe regiuni ale creierului (Pozo & Claret, 2018). Hipotalamusul este esențial în sensul central al glucozei, pe lângă controlul altor funcții de bază ale vieții, cum ar fi comportamentul de hrănire, termoreglare, somn sau răspuns la frică (Pozo & Claret, 2018; Timper & Brüning, 2017). Diferitele nuclee hipotalamice sunt implicate în reglarea metabolismului periferic pentru menținerea homeostaziei glucozei (figura 1), și anume nucleul arcuat (ARC), hipotalamusul lateral (LH), nucleul ventromedial (VMN), nucleul dorsomedial (DMN) și nucleul paraventricular. (PVN) (Yeo & Heisler, 2012). ARC și VMN, precum și trunchiul cerebral și structurile corticolimbice, conțin neuroni sensibili la glucoză (Pozo & Claret, 2018): niveluri ridicate de glucoză depolarizează neuronii excitați de glucoză prin glucokinază (GK) și închiderea mediată de ATP a K + sensibil la ATP și o concentrație scăzută de glucoză depolarizează neuronii inhibați de glucoză și anume prin închiderea canalelor Cl - dependente de AMPK.

Reprezentarea schematică a activării nucleilor hipotalamici ca răspuns la glucoză. Abrevieri: PVN, nucleu paraventricular; DMN, nucleu dorsomedial; ARC, nucleu arcuat; LH, hipotalamus lateral; VMN, nucleu ventromedial; 3V, al treilea ventricul.

Cheia controlului apetitului, consumului de energie și homeostaziei glucozei este reglarea hormonală a sistemului melanocortin, care constă din două populații neuronale funcționale antagoniste din ARC (Pozo & Claret, 2018; Timper & Brüning, 2017): un subset de neuroni exprimă neuropeptidele orexigenice (stimulatoare ale apetitului) peptida asociată agouti (AgRP) și neuropeptida Y (NPY), al doilea subset exprimă peptidele anorexigenice (suprimarea apetitului) pro-opiomelanocortină (POMC) și transcriptul reglementat de cocaină și amfetamină) Aceste semnale sunt apoi integrate de neuroni secundari în alte nuclee hipotalamice, și anume PVN, VMN, DMN și LH, precum și în zone extrahipotalamice (Timper & Brüning, 2017). Neuronii ARC primesc, de asemenea, feedback de la alți nuclei hipotalamici, rezultând un răspuns fin reglat la controlul consumului de alimente (Waterson și Horvath, 2015).

Sindromul metabolic și obezitatea sunt asociate cu disfuncție hipotalamică prin mecanisme care includ neuroinflamarea și rezistența ulterioară la insulină și leptină a neuronilor, care perturbă detectarea indicilor metabolici și promovează în continuare aportul de alimente și creșterea în greutate corporală (Timper & Brüning, 2017). Inflamația hipotalamică este de fapt un eveniment timpuriu în dezvoltarea sindromului metabolic la supraalimentare, iar șoarecii expuși la o dietă bogată în grăsimi prezintă un răspuns inflamator într-o zi, care se propune să joace un rol important în procesul neurotegenerativ hipotalamic ulterior (de ex. Thaler și colab., 2012). Prin urmare, am investigat în continuare impactul expunerii pe termen scurt a dietelor bogate în grăsimi și bogate în zaharoză (HFHSD) asupra răspunsului hipotalamic detectat fMRI la glucoză.

Pe scurt, scopul acestei lucrări este de două ori: (i) dezvoltarea unei paradigme pentru evaluarea neinvazivă a funcționării hipotalamice la șoareci; (ii) cartografierea disfuncției hipotalamice după alimentarea pe termen scurt cu conținut ridicat de grăsimi și zahăr ridicat.

Material si metode

Animale

Toate procedurile pe animale au fost aprobate de Comitetul Malmö/Lund pentru etica experimentelor pe animale (numărul permisului 994/2018) și sunt raportate în conformitate cu liniile directoare ARRIVE (Animal Research: Reporting In Vivo Experiments, inițiativa NC3Rs, Marea Britanie). Șoarecii masculi C57BL/6J au fost obținuți de la Taconic (Ry, Danemarca) la vârsta de 8 săptămâni și li s-a permis să se aclimatizeze la unitatea animală timp de o săptămână. Șoarecii au fost adăpostiți în grupuri de 4-5 persoane într-un ciclu de lumină-întuneric de 12 ore, cu luminile aprinse la 07:00, temperatura camerei la 21-23 ° C, umiditatea la 55-60% și accesul la apă de la robinet și la anunț libitum. Controalele au fost hrănite cu o dietă cu conținut scăzut de grăsimi cu 10% kcal din grăsimi, 20% kcal din proteine și 70% kcal din carbohidrați (D12450J, Research Diets, New Brunswick, NJ, SUA). Șoarecii expuși la HFHSD au fost hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi cu 60% kcal din grăsimi, 20% kcal din proteine și 20% kcal din carbohidrați (D12492, Research Diets) și au fost, de asemenea, suplimentați cu o zaharoză de 20% (g/v) soluție pe lângă apa de la robinet. Mărimea eșantionului pentru acest studiu a fost estimată cu metoda ecuației resurselor (Festing & Altman, 2002).

Test de toleranță la glucoză (GTT)

Animalele au fost postite timp de 6-8 ore începând cu ora 7:00 și apoi au primit o încărcătură de glucoză i.p. (2 g/kg; preparat ca soluție 20% (greutate/volum) în soluție salină sterilă, BRAUN, Melsungen, Germania). Glicemia a fost monitorizată cu un glucometru (Accu-check Aviva, Roche, Stockholm, Suedia) din probe de sânge de tip 1-uL de coadă înainte de încărcarea glucozei și apoi la 15, 30, 60, 90 și 120 de minute (Soares și colab., 2018). O probă de sânge de 20 µL a fost colectată din vena safenă pentru cuantificarea insulinei în post (trusa ELISA # 10-1247-01 de la Mercodia, Uppsala, Suedia).