Динамические изменения функций мозга и микробиома кишечника при потере веса (аннотация)Динамические изменения функций мозга и микробиома кишечника при потере веса
Ожирение является серьезной проблемой здравоохранения во всем мире.
Функции высшей нервной деятельности играют важную роль в успешном снижении и поддержании веса. Исследования функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) показали, что связанные с зависимостью области мозга, включая контуры вознаграждения, когнитивного контроля, эмоциональные и сенсорные контуры, вносят вклад в патогенез ожирения и контроль веса, регулируя пищевое поведение.
Контур вознаграждения, включающий стриатум, ядро аккумбенса и вентральную тегментальную область, также известную как сеть аппетита, в основном отвечает за регуляцию мотивации к еде. Контур когнитивного контроля, включающий дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC) и переднюю поясную извилину (ACC), отвечает за самоограничение потребления калорий. Эмоциональный контур отвечает за аффективное обучение и память о пищевых сигналах. Основные ядра включают миндалину, гиппокамп и путамен. Сенсорная цепь, включающая орбитофронтальную кору (OFC) и инсулу, управляет потреблением и приемом пищи.
Например, Hermann et al. обнаружили, что стриатум в цепи вознаграждения сильнее реагирует на высококалорийную пищу на ранней стадии ограничения калорийности, предсказывая траекторию веса и результаты вмешательства по снижению веса. Neseliler et al. показали, что активность дорсолатеральной префронтальной коры в контуре когнитивного контроля повышается через месяц после ограничения калорий и возвращается к исходному уровню через три месяца после ограничения калорий, положительно коррелируя с потерей веса. Однако механизм, лежащий в основе хронологических изменений активности мозга при ограничении калорий, остается неясным.
Центральная нервная система взаимодействует с микроорганизмами кишечника через двунаправленную ось мозг-кишечник-микробиом (BGM). Потребление пищи влияет на активность мозговых цепей, контролирующих энергетический баланс. Аномальная реакция мозговых цепей на пищевые сигналы изменяет пищевое поведение, способствуя развитию ожирения. Микроорганизмы кишечника регулируют деятельность мозга и пищевое поведение с помощью множества механизмов. Нейротрансмиттеры и нейротоксины, вырабатываемые микробами кишечника в патологических состояниях, имеют доступ к центральной нервной системе через гематоэнцефалический барьер, влияя на работу мозга, а затем и на пищевое поведение. Метаболические нарушения, вызванные изменением состава микробиоты кишечника, могут влиять на активность гипоталамуса и других областей мозга, связанных с питанием, через блуждающий нерв или системную циркуляцию. Таким образом, при лечении ожирения изменение состава микробиоты кишечника в результате диетического вмешательства может поддерживать энергетический гомеостаз за счет восстановления связи BGM, тем самым способствуя снижению веса. Однако до сих пор нет достаточного понимания динамических изменений и основных путей, лежащих в основе оси BGM при диетическом вмешательстве.
Прерывистое ограничение питания или интервальное голодание (ИГ) определяется как периоды ограниченного потребления пищи, за которыми следуют периоды нормального потребления пищи. Исследования показали, что долгосрочное ИГ (> 3 месяцев) является эффективной стратегией снижения веса. В данном исследовании с помощью фМРТ и метагеномного секвенирования мы изучили динамические эффекты краткосрочного (2-месячного) ИГ на ось BGM у людей с ожирением. Наше исследование позволило выявить дифференциально распространенные микробы кишечника и потенциальные пути, лежащие в основе временных изменений оси BGM в ответ на ИГ, что дает новую информацию о роли оси BGM в снижении веса.
Методы: В этом исследовании 25 человек с ожирением успешно сбросили вес после 2-месячного курса ИГ. Для определения активности областей мозга использовалась фМРТ. Метагеномное секвенирование проводилось для выявления дифференциально распространенных микробов кишечника и путей их развития в образцах фекалий.
Результаты: Наши результаты показали, что ИГ долгосрочно снижала активность связанных с ожирением областей мозга в разные временные точки, включая нижнюю лобную извилину в цепи когнитивного контроля, путамен в цепи эмоций и обучения и переднюю поясную кору в сенсорной цепи. ИГ долгосрочно снижало численность E. coli во многих временных точках, повышая при этом численность связанных с ожирением Faecalibacterium prausnitzii, Parabacteroides distasonis и Bacterokles uniformis. Корреляционный анализ выявил долгосрочную корреляцию между изменениями численности бактерий в кишечнике и изменениями активности мозга.
Выводы: В процессе снижения веса на фоне ИГ происходило динамическое изменение оси BGM. Мы определили области мозга и дифференциально распространенные виды бактерий кишечника, реагирующие на ИГ в разные временные точки ИГ, и выявили динамическую корреляцию между мозгом и микробиотой кишечника.
