Mangiare significa molto di più che assumere semplicemente un numero sufficiente di calorie. Il corpo ha bisogno anche del giusto equilibrio di nutrienti, in particolare di aminoacidi essenziali, che sono i mattoni delle proteine e che l’organismo non è in grado di produrre da solo.
Ora, i ricercatori hanno scoperto un sistema di comunicazione nascosto tra l’intestino e il cervello che aiuta gli animali a rilevare la mancanza di proteine e li spinge a cercare i nutrienti di cui hanno bisogno.
Un team guidato dal direttore SUH Seong-Bae del Centro per la Fisiologia Microbioma-Corpo-Cervello presso l’Istituto di Scienze di Base (IBS), in collaborazione con scienziati della Seoul National University e della Ewha Womans University, ha identificato una rete di segnalazione intestino-cervello precedentemente sconosciuta che modifica rapidamente il comportamento alimentare quando i livelli di proteine diminuiscono.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science il 21 maggio.
Come l’intestino rileva la carenza di proteine
Le proteine sono essenziali perché contengono aminoacidi che gli animali non sono in grado di sintetizzare da soli. Gli scienziati sanno da tempo che gli animali tendono a desiderare cibi ricchi di proteine quando ne sono privati, ma non era ancora chiaro come l’organismo percepisse questa carenza.
I ricercatori hanno scoperto che l’intestino reagisce alla carenza di proteine utilizzando due vie di comunicazione separate ma coordinate.
Un primo meccanismo agisce rapidamente attraverso il sistema nervoso, allertando velocemente il cervello della carenza di aminoacidi essenziali. Il secondo meccanismo agisce più lentamente attraverso gli ormoni che circolano nell’organismo, contribuendo a sostenere il comportamento di ricerca di proteine per un periodo più lungo.
Per svelare il meccanismo, il team ha studiato i moscerini della frutta, comunemente utilizzati per indagare i circuiti neurali coinvolti nel comportamento alimentare. Attraverso tecniche di neuroimmagine, test comportamentali ed esperimenti genetici, gli scienziati hanno mappato i circuiti specifici interessati.
Quando le mosche non assumevano proteine con la dieta, cellule specializzate nell’intestino rilasciavano un ormone peptidico chiamato CNMa. Questo ormone attivava i neuroni enterici collegati all’intestino, che a loro volta trasmettevano rapidamente segnali al cervello attraverso una via neurale diretta intestino-cervello.
Allo stesso tempo, il CNMa viaggiava anche attraverso il flusso sanguigno come un ormone, raggiungendo il cervello più gradualmente e rafforzando la spinta a ricercare gli amminoacidi essenziali.
“Il nostro studio dimostra che l’intestino non è semplicemente un organo digestivo, ma un sistema sensoriale attivo che monitora continuamente lo stato nutrizionale e guida direttamente le decisioni comportamentali”, ha affermato il direttore SUH Seong-Bae.
I segnali intestinali allontanano la voglia di zucchero
Il sistema appena identificato non si limitava a far mangiare di più agli animali in generale, ma modificava specificamente le loro preferenze alimentari.
I ricercatori hanno scoperto che la carenza di proteine aumentava l’attrazione per i nutrienti correlati alle proteine, riducendo al contempo l’interesse per lo zucchero.
La segnalazione mediata da CNMa ha soppresso l’attività delle cellule cerebrali sensibili agli zuccheri, chiamate neuroni DH44. Di conseguenza, le preferenze alimentari si sono spostate dai carboidrati verso nutrienti ricchi di proteine.
Lo studio ha inoltre dimostrato che i batteri intestinali svolgono un ruolo importante in questo processo. I moscerini della frutta privi di microbi intestinali normali mostravano un’attivazione molto più forte dei neuroni cerebrali deputati alla ricerca di aminoacidi, suggerendo che il microbioma contribuisce a regolare la disponibilità di nutrienti e il comportamento alimentare.
Nei topi è stato riscontrato un comportamento simile nella ricerca di proteine.
I ricercatori hanno trovato prove che lo stesso meccanismo di base esiste anche nei mammiferi.
Esperimenti condotti sui topi hanno dimostrato che gli animali privati di proteine sviluppavano una forte preferenza per gli amminoacidi essenziali, un comportamento simile a quello osservato nei moscerini della frutta.
Una scoperta sorprendente ha riguardato l’FGF21, un ormone che si riteneva fosse fondamentale per l’appetito proteico nei mammiferi. Persino i topi privi di FGF21 mostravano comunque un forte comportamento di ricerca di aminoacidi.
Secondo i ricercatori, ciò suggerisce che gli animali possiedono ulteriori sistemi di rilevamento dei nutrienti che gli scienziati non hanno ancora identificato.
Nel complesso, i risultati mostrano che gli animali non diventano semplicemente più affamati quando mancano i nutrienti. Piuttosto, il cervello sembra dare priorità in modo selettivo agli alimenti che contengono i nutrienti di cui il corpo ha specificamente bisogno.
CNMaR + I neuroni enterici potenziano ulteriormente l’espressione di CNMa nell’intestino, stabilendo così un circuito di feedback positivo che sostiene l’attività neuronale di EB R3 e promuove la continua produzione di CNMa. Il CNMa di origine intestinale attiva direttamente i neuroni EB R3 e contemporaneamente sopprime i neuroni DH44 per inibire l’assunzione di carboidrati. Ach, acetilcolina; ChAT, colina acetiltransferasi.
Potenziali implicazioni per l’obesità e i disturbi alimentari
Gli scienziati ritengono che la scoperta potrebbe contribuire a migliorare la comprensione dell’obesità, delle malattie metaboliche e dei disturbi alimentari.
“La maggior parte dei farmaci attualmente in uso per il trattamento dell’obesità e il controllo dell’appetito si basa sulla segnalazione ormonale intestinale, eppure sappiamo ancora relativamente poco su come i segnali intestinali prodotti naturalmente influenzino il cervello e il comportamento”, ha affermato il direttore SUH Seong-Bae. “Questo studio rivela i principi fondamentali della selezione dei nutrienti da parte dell’asse intestino-cervello e fornisce le basi per future strategie terapeutiche mirate ai disturbi metabolici e dell’alimentazione.”
Abstract strutturato
INTRODUZIONE
Gli animali mantengono l’omeostasi nutrizionale regolando il comportamento alimentare in base alle proprie esigenze nutrizionali interne. L’assunzione di proteine è particolarmente cruciale perché gli amminoacidi essenziali (AAE) non possono essere sintetizzati ex novo e devono essere assunti con la dieta. Quando l’apporto proteico diventa limitante, gli animali sviluppano un appetito compensatorio che privilegia gli alimenti ricchi di proteine o quelli contenenti AAE. Sebbene questo comportamento adattivo sia stato ampiamente osservato in diverse specie, i meccanismi con cui gli animali rispondono alla carenza di AAE e comunicano queste informazioni al cervello rimangono ancora poco chiari.MOTIVAZIONE
Questo studio deriva dal nostro precedente lavoro che dimostrava che la CNMamide (CNMa), un peptide rilasciato dagli enterociti intestinali, trasmette il segnale di fame proteica al cervello e media un appetito selettivo per gli EAA. Ci siamo concentrati sul suo recettore CNMaR, un recettore accoppiato a proteina G che è espresso nei neuroni enterici e cerebrali, tra gli altri tipi di cellule. Abbiamo ipotizzato che CNMaR + I neuroni attivati da CNMa durante la privazione di proteine guidano l’appetito specifico per gli EAA. Questa ipotesi solleva diverse domande importanti: (i) I CNMaR sono + neuroni necessari per l’appetito EAA indotto dalla privazione e, in caso affermativo, quale CNMaR + (ii) Quali popolazioni neuronali sono coinvolte? (ii) Attraverso quale percorso il CNMa trasmette le informazioni dall’intestino al cervello? (iii) L’appetito per gli EAA indotto dalla privazione è conservato nei mammiferi? Utilizzando approcci genetici, fisiologici e comportamentali in Drosophila e nei topi, ci siamo proposti di testare questa ipotesi e di affrontare queste domande chiave.RISULTATI
La privazione di proteine in Drosophila ha aumentato selettivamente la preferenza per gli EAA nutritivi. Uno screening GAL4 imparziale e la marcatura CaLexA (importazione nucleare calcio-dipendente di LexA) hanno identificato CNMaR + I neuroni CNMaR del corpo ellissoidale (EB) nel cervello sono mediatori chiave dell’appetito per gli EAA indotto dalla privazione. Il silenziamento di questi neuroni ha abolito la preferenza per gli EAA, mentre la loro attivazione è stata sufficiente a indurre l’assunzione di EAA. Questi CNMaR + I neuroni sono diventati più eccitabili durante la privazione di EAA e hanno risposto al CNMa attraverso la segnalazione CNMaR accoppiata a Gs. Allo stesso modo, CNMaR + I neuroni enterici hanno risposto al CNMa e sono risultati sia necessari che sufficienti per il comportamento. In particolare, questi neuroni enterici trasmettono il segnale di fame proteica direttamente ai neuroni EB R3m attraverso una via neuronale intestino-cervello definita e specifica per tipo cellulare. Dopo questa rapida segnalazione neuronale intestino-cervello, interviene una via ormonale più lenta, in cui il CNMa circolante agisce come un ormone che stimola il CNMaR. + I neuroni EB R3m, rinforzando e sostenendo così il segnale di fame proteica derivato dall’intestino e l’appetito specifico per gli EAA. Inoltre, la segnalazione CNMa ha soppresso l’assunzione di zucchero inibendo l’ormone diuretico 44 (DH44). + neuroni sensibili agli zuccheri attraverso la segnalazione CNMaR accoppiata a Gi, orientando così l’alimentazione verso gli EAA. Analogamente a quanto osservato nei moscerini della frutta, anche nei topi la privazione di proteine ha indotto una forte preferenza per gli EAA. In particolare, questa risposta è persistita in assenza della segnalazione del fattore di crescita dei fibroblasti 21 ( FGF21 ), il che suggerisce che l’appetito specifico per gli EAA sia regolato indipendentemente da questa via endocrina consolidata.CONCLUSIONE
Questi risultati identificano i sistemi di segnalazione intestino-cervello che rispondono alla carenza proteica e stimolano l’appetito specifico per gli aminoacidi essenziali (EAA). Il CNMa di origine intestinale attiva sia le vie neuronali che ormonali per stimolare popolazioni neuronali chiave che promuovono l’assunzione di EAA, sopprimendo al contempo i nutrienti concorrenti, come i carboidrati. L’osservazione che l’appetito specifico per gli EAA venga indotto durante la privazione proteica indipendentemente da FGF21 nei topi suggerisce l’esistenza di vie precedentemente non riconosciute che regolano l’appetito specifico per gli EAA, aprendo nuove prospettive per la comprensione dei meccanismi fisiologici che mantengono l’omeostasi degli aminoacidi.
Materials provided by Institute for Basic Science. Note: Content may be edited for style and length.
Boram Kim, Seongju Lee, Hyeyeon Bae, Shinhye Kim, Jong-Hoon Won, Dongwoo Kim, Byungkwon Jung, Makoto I. Kanai, Sung-Eun Yoon, Yangkyun Oh, Won-Jae Lee, Greg S. B. Suh. Complex interplay of neuronal and hormonal gut-brain responses to essential amino acid deficit. Science, 2026; 392 (6800) DOI: 10.1126/science.adv3355
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