Лептин заставляет голодных мышей предпочесть сородичей еде

Ожирение — одна из лидирующих причин предотвратимых смертей в мире. Оно характеризуется неспособностью сопротивляться голоду, что приводит к перееданию. Здоровый организм, будь то животное или человек, постоянно адаптирует уровень мотивации к взаимодействию с пищей, водой и конспецификами в зависимости от физиологических потребностей. Понимание механизмов подобных адаптаций может помочь в разработке терапий поведенческих расстройств. Группа ученых из Института изучения метаболизма Общества Макса Планка (Германия) описала механизм, за счет которого нейронные популяции латерального гипоталамуса (LH) контролируют поведенческие ответы на физиологические потребности.

Несколько ГАМК-ергических субпопуляций нейронов LH «заведуют» поведением, мотивированным пищей или водой. Две такие субпопуляции стали предметом нового исследования: нейроны, экспрессирующие рецепторы лептина (LepR^LH нейроны) и регулирующие прием пищи, и чувствительные к жажде нейроны, экспрессирующие нейротензин (Nts^LH нейроны) и регулирующие поиск воды.

Для визуализации активности LepR^LH нейронов ученые использовали мышей LepR-Cre. В LH мышей вводили Cre-зависимый индикатор для кальциевой визуализации и вживляли линзу. Это позволяло наблюдать за активностью отдельных нейронов при помощи миниатюрного эндоскопа, а также активировать нейроны за счет световых стимулов. Схожий метод был использован для визуализации активности Nts^LH нейронов.

Анализ активности LepR^LH нейронов в ответ на пищевые и непищевые стимулы у мышей с разной степенью насыщения подтвердил их связь с регуляцией приема пищи. В этой субпопуляции наблюдались нейроны, которые возбуждались и, наоборот, ингибировались подобными стимулами. Поглощение пищи повышало число ингибированных нейронов и степень ингибирования. При этом вызванное пищей возбуждение LepR^LH нейронов вызывало чувство насыщения на фоне острого (в течение ночи), но не хронического (более 5 дней) голодания, что предотвращало переедание.

Далее ученые попробовали стимулировать LepR^LH нейроны при помощи внутрибрюшной инъекции лептина — гормона, который участвует в формировании чувства насыщения. Оказалось, что лептин выборочно активирует LepR^LH нейроны, которые в других опытах активировались при предвкушении пищевого стимула после острого голодания. При этом активации группы нейронов, задействованной в ситуации со свободно доступной едой, не происходило.

Изучение активности Nts^LH нейронов показало, что эта субпопуляция поддерживает баланс между поглощением пищи и воды. Так, пропорция Nts^LH нейронов, возбуждающихся в ответ на присутствие воды (и, как следствие, провоцирующих ее добычу), возрастает в ответ на прием пищи.

Инъекция лептина не только подавляла пищевое поведение мышей, но и провоцировала социальные взаимодействия с конспецификами, при этом социальное поведение имело приоритет над пищевыми стимулами. Это натолкнуло ученых на мысль, что LepR^LH нейроны могут отвечать за баланс между фуражированием и социальным поведением. И действительно, около 60% LepR^LH нейронов реагировали на социальные стимулы. При этом группа нейронов, провоцирующих пищевое поведение, подавлялась социальными взаимодействиями.

Исследователи стимулировали светом LepR^LH нейроны самцов мышей, свободно исследующих вольер с едой, водой, предметами и самкой. Стимуляция нейронов после острого, но не хронического голодания приводила к тому, что самец проводил меньше времени около еды и больше рядом с самкой. Авторы также показали, что социальная активность, которую запускает активация LepR^LH нейронов, имеет половую специфичность: независимо от пола экспериментального животного оно предпочитало общаться с самкой, а не с самцом. Это может свидетельствовать о том, что LepR^LH нейроны участвуют в направлении сексуального поведения. В тоже время активация Nts^LH нейронов подавляла социальное поведение без дифференциации по полу.

Наконец, авторы продемонстрировали пластичность функционала LepR^LH и Nts^LH нейронов — исключительно на один тип стимула реагировало только 34% и 44% нейронов каждой субпопуляции. Более того, субпопуляции перекрывались между собой. Например, 64% Nts^LH нейронов демонстрировали ответ на пищевой стимул, схожий с таковым у LepR^LH нейронов. Это соответствует анатомическому перекрытию популяций — в LH есть нейроны экспрессирующие как LepR, так и Nts.

Таким образом, ученые описали механизм, благодаря которому латеральный гипоталамус позволяет животным подавлять пищевые потребности в пользу социальных, тем самым защищая от переедания и обеспечивая поведенческую пластичность. Полученные данные могут способствовать разработке новых методов терапии расстройств пищевого и социального поведения, таких как анорексия и нервная булимия.

Уровень лептина влияет на эффективность вакцинации от гриппа и гепатита B