Come la fame accresce via CB1 la percezione degli odori e il cibo assunto

 

 

DIANE RICHMOND

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XII – 22 febbraio 2014.

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 rientra negli oggetti di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

Chi non ha fatto esperienza, almeno una volta nella vita, che essendo digiuno ha percepito in maniera più intensa e vivida il profumo di pietanze, dolci o altri cibi? Il collegamento fra bisogno alimentare e rilevazione mediante gli organi di senso dei segnali legati al cibo è noto, e sono anche note alcune particolarità neurofisiologiche, come un segnalazione più intensa dell’amigdala alla corteccia, quando si ha fame, alla vista di un piatto appetitoso. Non è noto a tutti, ma è ben presente ai ricercatori, che questo funzionamento più acuto ed efficiente della rilevazione sensoriale indotto dallo stato di digiuno è in grado di determinare costantemente un aumento della quantità di cibo assunto. Ciò che non è stato ancora chiarito e sperimentalmente dimostrato è il modo in cui il miglioramento percettivo causa l’aumento di cibo spontaneamente assunto da un animale; in particolare, quali sono i meccanismi molecolari che legano percezione e comportamento alimentare.

Numerosi ricercatori provenienti da vari laboratori e istituti (francesi, spagnoli, tedeschi e anche uno italiano), si sono uniti per verificare la possibilità, suggerita da studi precedenti, che il recettore degli endocannabinoidi più presente nell’encefalo, ossia CB1, in particolare nei neuroni del bulbo olfattivo, possa avere un ruolo di rilievo in questi processi. La sperimentazione ha dimostrato un legame fra l’attivazione dei recettori CB1, l’incremento della percezione olfattiva e l’aumento della quantità di cibo assunto, consentendo anche di inquadrare gli eventi molecolari entro un profilo fisiologico (Soria-Gomez E., et al., The endocannabinoid system controls food intake via olfactory processes. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi: 10.1038/nn.3647, 2014).

La provenienza degli autori dello studio è prevalentemente la seguente: NeuroCentre Magendie, INSERM, U862, Endocannabinoids and Neuroadaptation, University of Bordeaux, Bordeaux (Francia); Department of Biochemistry and Molecular Biology I, School of Biology, Complutense University and CIBERNED, Madrid (Spagna);  Department of Neuroscience, Faculty of Medicine and Dentistry, University of the Basque Country, Leioa (Spagna); Laboratory for Perception and Memory, Institut Pasteur, Paris (Francia); Department of Medical and Surgical Sciences, University of Bologna (Italia); Institute of Physiological Chemistry, University Medical Center of the Joannes Gutemberg University, Mainz (Germania).

Per consentire una migliore comprensione dello studio di Soria-Gomez e colleghi sul controllo da parte del sistema endocannabinoide della razione alimentare spontaneamente assunta dall’animale attraverso una percezione accentuata dell’odore del cibo, riporto una breve introduzione tratta dal nostro manuale di neurochimica, al quale rimando per maggiori dettagli[1].

Il sistema di segnalazione degli endocannabinoidi è particolarmente interessante, in quanto costituisce una modalità di controllo del neurone trasmittente da parte del ricevente. Ricordiamo che, una ventina di anni fa, furono individuati due tipi di recettori accoppiati a proteine G[2], CB1 e CB2[3], in grado di legare con alta affinità il Δ9-tetraidrocannabinolo (THC), il composto maggiormente attivo nelle preparazioni della cannabis[4], quali hashish e marijuana, e si avviò la ricerca per identificare le molecole endogene che si legano a quei recettori. Furono isolati due derivati dell’acido arachidonico: l’anandamide e il 2-AG. L’anandamide, nome derivato dal termine sanscrito ananda che designa un bearsi in una condizione di sereno piacere psicofisico, è una arachidoniletanolamide; il 2-AG è costituito da una molecola di acido arachidonico esterificata in posizione 2 dal glicerolo: 2-arachidonilglicerolo. Prodotti per idrolisi enzimatica di fosfolipidi contenenti acido arachidonico, spesso in conseguenza dell’innalzamento del calcio nel neurone post-sinaptico depolarizzato, gli endocannabinoidi si diffondono attraverso la membrana cellulare e giungono a legarsi ai recettori presinaptici CB1, inibendo il rilascio di neurotrasmettitore. In tal modo, la cellula nervosa post-sinaptica può controllare l’attività di quella presinaptica[5]. In effetti, numerose prove sperimentali hanno dimostrato che l’azione retrograda di anandamide e 2-AG sui CB1 dei siti presinaptici, agisce inibendo il rilascio del trasmettitore eccitatorio o inibitorio e la regolazione fine (fine-tuning) di quella sinapsi.

Ritorniamo al lavoro di Edgar Soria-Gomez e colleghi, che contribuisce al progresso delle conoscenze sul ruolo del sistema endocannabinoide nella regolazione della funzione alimentare[6].

La sperimentazione ha verificato, in topi con un’alta attivazione dei sistemi neuronici della fame perché tenuti a digiuno, che il tipo dei recettori degli endocannabinoidi anandamide e 2-arachidonilglicerolo maggiormente presente nel sistema nervoso centrale, ossia CB1, promuoveva il comportamento volto all’assunzione del cibo, accrescendo la capacità di rilevare gli odori. Sono stati studiati i neuroni eccitatori glutammatergici corticali che danno origine alle fibre dette cortocifughe o centrifughe che, nei roditori, sono dirette dalla corteccia olfattiva alle cellule dei granuli (interneuroni inibitori specifici) del bubo olfattivo principale (MOB, da main olfactory bulb). Sui terminali assonici di questi neuroni rilascianti glutammato è stata rilevata l’abbondante espressione di recettori CB1.

Mediante manipolazioni genetiche e farmacologiche locali, i ricercatori sono riusciti a stabilire il meccanismo avviato dai recettori, che erano attivati sia da endocannabinoidi che da molecole di cannabinoidi esogeni. Di fatto, il legame ai CB1 determinava la netta riduzione della conduzione glutammatergica alle cellule inibitorie del MOB da parte dei fasci assonici provenienti dalla corteccia (riduzione di attivazione dell’inibizione), con un effetto di incremento dell’attività locale delle cellule principali del bulbo in risposta allo stimolo chimico delle molecole odorose innescanti i meccanismi della percezione. Nei topi affamati dal digiuno, questo aumento netto di risposta olfattiva al cibo, proporzionato all’azione dei ligandi di CB1, aveva un’adeguata corrispondenza nella quantità di cibo assunto dagli animali.

Gli esperimenti di maggior valore nella definizione del ruolo dei recettori cannabinoidi sono stati realizzati mediante l’impiego della metodica optogenetica[7], che ha consentito un’identificazione selettiva. La trasmissione eccitatoria glutammatergica dei circuiti cortico-olfattivi, diretti dalla rinocorteccia al MOB dei topi, attivata optogeneticamente, poteva essere depressa dalla somministrazione di agonisti dei recettori CB1, che riproducevano gli stessi effetti indotti dalla fame sul comportamento alimentare e sulla razione effettivamente assunta di cibo.

Il complesso dei dati emersi da questo studio, per il cui dettaglio si raccomanda la lettura integrale del lavoro originale, indica che le proiezioni corticali che esercitano il controllo a feedback del MOB svolgono un ruolo cruciale, nei roditori, nel regolare l’assunzione di alimenti attraverso la segnalazione originata dai recettori CB1, associando l’esperienza della fame ad una più intensa ed efficiente elaborazione del messaggio elettrochimico originato dagli odori dei cibi. In tal modo, il controllo dipendente dal recettore CB1 delle proiezioni corticali responsabili del feedback sul bulbo e sui circuiti olfattivi, accoppia uno stato fisiologico interno (bisogno di alimenti) alla percezione (maggior capacità di rilevare la presenza del cibo) dalla quale dipende il comportamento (aumento dell’attività motoria con maggiore possibilità di trovare ed assumere il cibo).

Agli ulteriori sviluppi della ricerca, il compito di comprendere la natura e il ruolo delle relazioni fra tutti i meccanismi di regolazione del bilancio energetico e dell’alimentazione, definendone l’importanza relativa ed assoluta. Nel frattempo sarà necessario, col progresso delle conoscenze, precisare e distinguere sempre più la fisiologia umana da quella degli altri mammiferi.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la revisione del testo e suggerisce la lettura delle numerose e interessanti recensioni di argomento connesso, in particolare sulle basi neurali dei meccanismi di regolazione della funzione alimentare e del bilancio energetico che appaiono sul sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Diane Richmond

BM&L-22 febbraio 2014

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


[1] G. Perrella, Appunti di Neurochimica. BM&L-Italia, Firenze 2006. Qualche dato più recente è riportato in Brady, Siegel, Albers e Price (editors) Basic Neurochemistry, VIII edizione, Academic Press, Elsevier 2012.

[2] Entrambe le classi di recettori sono accoppiate a ai tipi Gi e Go di proteine G.

[3] I CB1, che costituiscono il tipo di recettore accoppiato a proteine G più abbondante nel cervello, si trovano in gran numero sugli assoni e sui terminali presinaptici del sistema nervoso centrale e periferico; la loro attivazione inibisce vari neurotrasmettitori, fra cui il glutammato (eccitatorio) e il GABA (inibitorio). I CB2 sono prevalentemente presenti sui linfociti e intervengono nella modulazione della risposta immunitaria.

[4] Termine col quale attualmente si indicano i derivati, e particolarmente gli estratti delle infiorescenze della pianta femmina, di Cannabis sativa nelle sue principali varianti. Si veda al riguardo e per un approfondimento sull’argomento: “BM&L SULLA CANNABIS - CANNABINOIDI E ABUSO DI CANNABIS”, nella sezione “AGGIORNAMENTI” del sito (click su “Scheda Introduttiva”).

[5] Le prime evidenze di questo meccanismo di inibizione retrograda si ebbero per le sinapsi inibitorie (GABA) dell’ippocampo e delle cellule di Purkinje del cervelletto. Per quanto qui riportato su endocannabinoidi e recettori, così come per un approfondimento sull’argomento, si rinvia a G. Perrella, Appunti di Neurochimica. BM&L-Italia, Firenze 2006; e aggiornamenti dell’autore, riportati nelle relazioni sul tema a disposizione dei soci.

[6] Si veda per il ruolo del sistema degli endocannabinoidi nella funzione alimentare: Note e Notizie 09-02-13 La soppressione da insulina della fame è mediata da endocannabinoidi nella VTA; Note e Notizie 11-05-13 Un meccanismo per iperfagia ed obesità da alterazione ormonale. Ricordiamo che un ruolo, sia pur minore rispetto a quello del sistema oppioide, è svolto dal sistema degli endocannabinoidi nella dipendenza da alcol etilico: Note e Notizie 25-01-14 Farmacoterapia dell’alcoolismo: una risposta dalla Società Nazionale di Neuroscienze.

 

[7] Il principio su cui si basa la tecnica, che ha il pregio dell’alta selettività per l’individuazione di neuroni e popolazioni neuroniche in base alla funzione, è costituito dall’innesco di un potenziale d’azione, ed era stato già sperimentato nel 2002, ma il termine optogenetica fu coniato nel 2006 per indicare metodologie ottiche ad alta velocità utili a sondare e controllare geneticamente ed in modo mirato i neuroni all’interno di circuiti neuronici integri.