Мы ощущаем сладкий вкус, когда молекулы сахара активируют соотвествующие вкусовые рецепторы на языке, но тяга к сахару формируется даже при отсутствии вкусовых рецепторов. Ученые из Медицинского института Говарда Хьюза открыли механизм формирования пристрастия к сладкому: когда глюкоза впитывается клетками кишечника, сигнал передается по блуждающему нерву в мозг. Это объясняет, почему искусственные подсластители не помогают преодолеть тягу к сладкой еде. Подробности опубликованы в журнале Nature.
Добавляя в еду сахар, можно сделать вкусным и желанным любое блюдо: от печенья до приправ. Оказалось, что не только вкус заставляет нас предпочитать сладкую пищу. В журнале Nature опубликовали статью, в которой ученые описали, как у мышей возникает пристрастие к сладкому. Они обнаружили, что не активация вкусовых рецепторов, а сигнал о поступлении сахара в клетки кишечника запускает формирование пристрастия в мозге.
Эксперименты на мышах показали, что через блуждающий нерв из кишечника приходит сигнал в мозг, где происходит формирование пристрастия. Причем этот механизм не включается при употреблении искусственных подсластителей. Эти результаты помогает объяснить тягу людей к сладкому и может привести к открытию способов подавления этого пристрастия.
Ученые давно пытались понять, как именно сахар получает контроль над мозгом. Известно, что мыши с выключенными вкусовыми рецепторами сладкого по-прежнему предпочитают пить воду с добавленным сахаром.
«Нам необходимо отделять сладкий вкус от наличия сахара: сладкий вкус – это то, что нам нравится, а привычка формируется именно к наличию сахара», — утверждает автор статьи, Чарльз Цукер (Charles S. Zuker) из Колумбийского университета.
Схема эксперимента: мышам позволяли выбирать между 600 мМ раствором глюкозы и 30 мМ подсластителя. Предпочтение отслеживалось электронными счетчиками количества лизаний каждой поилки. Через 48 ч животные пьют почти исключительно из бутылки с сахаром. Credit: Charles S. Zuker et al. / Nature 2020
Ученые сначала посмотрели, как меняются со временем предпочтения мышей: они сравнивали, как активно мыши пьют воду с растворенной сахарной пудрой и воду с подсластителем. Сначала мыши одинаково употребляли оба раствора, через два дня после начала эксперимента они переключились на воду с сахаром. Схему эксперимента и результаты ученые подробнее объяснили в видео.
Используя визуализацию функциональной активности мозга, они наблюдали за нейронами, связывающих мозг и кишечник, и обнаружили, что при поступлении сахара в кишечник активируются нейроны блуждающего нерва и передают информацию в каудальное ядро одиночного пути в мозге. Затем они подавляли работу нейронов этого контура, перерезая блуждающий нерв или генетически подавляя активность ядра одиночного тракта. В результате мыши перестали формировать поведенческие пристрастия к сахару.
Более того, исследователи показали, что активация нейронов этой цепи с помощью хемогенетики может сформировать тягу к другим стимулам, вне зависимости от их вкуса. Для этого они экспрессировали активирующий рецептор DREADD в ядрах одиночного тракта у мышей и тестировали их на предпочтение между двумя ароматизаторами. Первый обладал вишневым вкусом и содержал больше подсластителя, а второй был виноградный и содержал меньше подсластителя и вещество, активирующее рецепторы DREADD – клозапин. В итоге при запуске работы этих рецепторов увеличивалась активность ядра одиночного тракта, и у мышей формировалась тяга к раствору с виноградным вкусом, несмотря на то что настоящего сахара там не содержалось.
В нейроны одиночного пути были введены гены активирующего рецептора DREADD. Затем мышей тестировали на их предпочтение между двумя ароматизаторами: более сладким за счет подсластителя вишневым и менее сладким виноградным, но содержащим также клозапин, активирующий рецепторы DREADD. Credit: Charles S. Zuker et al. / Nature 2020
Эта система передачи сигнала от кишечника к мозгу работает только при употреблении глюкозы и подобных ей молекул, например, фруктозы. Это объясняет, почему искусственные подсластители не могут стать такими же желанными для нас, как сахар. Глюкоза – источник энергии для всего живого. Скорее всего, поэтому эволюционно сформировалось предпочтение именно для этой молекулы. Ранее ученые предполагали, что искусственные подсластители не подавляют тягу к сахару из-за того, что в них не хватает калорий. Но исследования показали, что они попросту не активируют контур чувствительности к сахару в кишечнике.
Чтобы лучше понять, как развивается тяга мозга к сахару, ученые продолжают изучать связь между сигналами из кишечника и системами мозга, ответственными за эмоции, привычки и вознаграждение. Несмотря на то что исследования проводятся на мышах, скорее всего, у людей формирование зависимости от глюкозы происходит по тому же механизму.
Текст: Анастасия Горшкова
The gut–brain axis mediates sugar preference by Hwei-Ee Tan, Alexander C. Sisti, Hao Jin, Martin Vignovich, Miguel Villavicencio, Katherine S. Tsang, Yossef Goffer, Charles S. Zuker in Nature, 2020;
DOI: 10.1038/s41586-020-2199-7
