La segnalazione leptinica negli astrociti regola circuiti ipotalamici e
nutrizione
DIANE RICHMOND
NOTE
E NOTIZIE - Anno XII – 07 giugno 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]
La regolazione cerebrale dell’assunzione del cibo è un argomento di estremo fascino, sia perché riguarda il modo in cui si esprime e si regola uno degli istinti fondamentali per la sopravvivenza degli organismi animali, sia perché il suo studio può fornirci dati che ci aiutano a comprendere gli innumerevoli collegamenti fra psicologia e psicopatologia della funzione alimentare, da una parte, e fisiologia e dinamiche metaboliche di apparati e tessuti della periferia corporea, dall’altra.
In generale, siamo abituati a pensare alla regolazione della funzione alimentare in rapporto a due ordini di processi, uno più direttamente connesso con il bilancio energetico dell’organismo e la gestione delle sue risorse e riserve, che ha per protagonisti la leptina e l’insulina, e l’altro, relativo alla fame e alla sazietà, legato all’attività della grelina e della colecistochinina. Se però riflettiamo sul quadro completo delle conoscenze attuali in materia, ci rendiamo conto di quanto la funzione e l’alterazione di ciascun sottosistema riguardi anche l’altro e che, dall’omeostasi del glucosio circolante all’attività sinaptica delle varie classi di neuroni che partecipano a queste funzioni, tutte le parti in gioco, molecolari, cellulari e sistemiche, sono interconnesse e, in qualche misura, interdipendenti.
Il progresso della ricerca sta anche individuando collegamenti nuovi. Un esempio di una relazione funzionale sconosciuta fino a non molto tempo fa, ci sembra particolarmente eloquente. Uno studio di Edgar Soria-Gomez e colleghi, da noi recensito il 22 febbraio di quest’anno[1], ha individuato un meccanismo molecolare alla base dell’acuirsi della percezione dell’odore del cibo quando si ha fame, ed ha trovato che l’aumento di risposta olfattiva al cibo è in rapporto proporzionale con la quantità di cibo assunto.
Un argomento di grande attualità, spesso tema di discussione in seno ai gruppi di studio della nostra Società, è il ruolo della glia. Probabilmente, la comprensione esatta del contributo fisiologico di questa importante componente del sistema nervoso centrale, aggiungerà un tassello-chiave al mosaico funzionale che si sta poco a poco componendo.
Jae Geun Kim e numerosi colleghi provenienti da istituiti statunitensi ed europei hanno studiato il ruolo dell’astroglia, a partire dall’accertamento di una notevole espressione di recettori della leptina sulla membrana degli astrociti. I ricercatori hanno rilevato che la delezione condizionale dei recettori della leptina dalle cellule astrogliali, altera la loro morfologia ed induce un aumento delle sinapsi fra neuroni del nucleo arcuato dell’ipotalamo. Kim e colleghi hanno anche rilevato che la perdita della risposta degli astrociti alla leptina era in grado di modificare la quantità di cibo assunta sotto il controllo di grelina e leptina (Kim J. G., et al. Leptin signaling in astrocytes regulates hypothalamic neuronal circuits and feeding. Nature Neuroscience – Epub ahead of print doi:10.1038/nn.3725, 2014).
La provenienza degli autori dello
studio è la seguente: Program in Integrative Cell Signaling and Neurobiology of
Metabolism, Section of Comparative Medicine, Yale University School of
Medicine, New Haven, Connecticut (USA); Institute of Anatomy, University of
Liepzig (Germania); Pediatric University Hospital Child Jesus, Department of
Endocrinology, Institute of Investigation “La Princesa” and CIBER of
Physiopathology of Obesity and Nutrition, Institute of Health Carlos III,
Madrid (Spagna); Institute for Diabetes and Obesity, Helmholtz Center München
and Technical University of München (Germania); Department of Obsetrics,
Gynecology and Reproductive Sciences, Department of Neurobiology, Child Study
Center, Yale University School of Medicine, New Haven, Connecticut (USA).
Per facilitare l’inquadramento del rilievo fisiologico di questo studio, si riporta una sintesi essenziale della regolazione dell’equilibrio energetico tratta da una nota di recensione dello scorso anno.
“È opportuno ricordare che l’accumulo di energia principalmente sotto forma di trigliceridi depositati negli adipociti, ossia cellule che possono diventare dei veri e propri sacchetti gonfi di grasso, è precisamente regolato in funzione dei bisogni dell’organismo da due sistemi: uno per l’equilibrio di lungo termine ed uno per quello di breve termine. I due sistemi interagiscono per il controllo della nutrizione.
Al sistema di regolazione complessiva di fondo, in un certo senso più statico, danno un contributo fondamentale l’insulina, che porta il glucosio all’interno delle cellule inducendo l’utilizzo o l’accumulo previa trasformazione, e la leptina (dal greco leptos = sottile, magro), un peptide secreto principalmente dagli adipociti che si lega a recettori della super-famiglia delle citochine nel cervello e alla periferia, determinando la riduzione dell’assunzione di cibo, l’aumento della lipolisi, del dispendio energetico e della termogenesi[2]. Nell’ipotalamo, responsabile del controllo cerebrale complessivo di processi e meccanismi metabolici dell’organismo, la leptina e l’insulina circolante si legano ai recettori di due popolazioni di neuroni del nucleo arcuato (neuroni NPY/AGRP che promuovono accumulo, neuroni α-MSH/CART che promuovono l’uso), che reagiscono in modo opposto all’influenza dei due ormoni peptidici e determinano influenze funzionali opposte. Da questi neuroni si dipartono fasci di assoni verso i nuclei dell’ipotalamo che erano stati implicati nella regolazione della fame e della sazietà già quarant’anni or sono. Infine, non è superfluo ricordare che il circuito cerebrale per l’equilibrio energetico, come quello per i fluidi, è ampiamente distribuito e, oltre ai nuclei ipotalamici, comprende importanti componenti situati nella parte caudale del tronco encefalico e nel complesso vagale dorsale.
Al sistema di regolazione di breve termine, legato a fame e sazietà, danno un contributo importante due ormoni secreti dall’apparato gastroenterico ed immessi nel torrente circolatorio: la colecistochinina e la grelina. La colecistochinina determina la fine del pasto rallentando lo svuotamento dello stomaco e stimolando impulsi vagali al sistema troncoencefalico inferiore implicato nel patterning dei pasti. La grelina, i cui recettori sono stati identificati in varie aree, oltre che nei nuclei arcuato e paraventricolare dell’ipotalamo e in quelli del complesso vagale dorsale, è implicata nell’induzione dell’assunzione del cibo e il suo picco di secrezione si verifica a stomaco vuoto[3]”[4].
Kim e colleghi hanno innanzitutto rilevato la notevole espressione di recettori della leptina negli astrociti dell’ipotalamo. Successivamente hanno sperimentato gli effetti della loro delezione condizionale, ossia dell’eliminazione reversibile. Di passaggio ricordiamo che la leptina, così chiamata da Friedman (dal greco leptos = snello, sottile, magro) perché interrompe l’attività dei neuroni ipotalamici della fame contribuendo a rendere snelli, è una molecola appartenente alla famiglia delle citochine ad elica, in grado di influenzare la risposta immune (ed autoimmune) e dotata di proprietà antidepressive[5].
La scomparsa dei recettori per la leptina determinava alterazioni morfologiche ben apprezzabili nel profilo delle cellule astrogliali e nell’input sui neuroni ipotalamici implicati nel controllo della nutrizione. In particolare, le conseguenze sulla neurotrasmissione ipotalamica consistevano prevalentemente in un aumento del numero delle sinapsi formate sui neuroni POMC e AgRP del nucleo arcuato dell’ipotalamo. L’assunzione di cibo regolata da leptina era diminuita, mentre l’assunzione di cibo dopo i due classici stimoli, ossia 1) un periodo di digiuno e 2) la somministrazione di grelina, risultava straordinariamente elevata nei topi che presentavano il deficit specifico dei recettori astrocitari della leptina.
I dati emersi da questo studio rivelano un ruolo attivo delle cellule gliali nel rimodellamento sinaptico dei neuroni del nucleo arcuato dell’ipotalamo e nel controllo dell’alimentazione mediato dalla leptina.
L’autrice della nota ringrazia la
dottoressa Isabella Floriani per la collaborazione nell’estensione del testo ed
invita alla lettura dei numerosi scritti di argomento connesso che appaiono
nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella
pagina “CERCA”).
[1] Note e Notizie 22-02-14 Come la fame accresce via CB1 la percezione degli odori e il cibo assunto.
[2] Cfr. G. Perrella, Nuove acquisizioni su molecole regolatrici e meccanismi ipotalamici di controllo delle riserve energetiche in relazione a stati psichici e motivazionali. BM&L-Italia, Firenze 2003.
[3] Cfr. G. Perrella, op. cit.
[4] Note e Notizie 02-02-13 Come la grelina si lega ai neuroni ipotalamici dell’appetito.
[5] Note e Notizie 04-03-06 La leptina come nuovo antidepressivo.