Зв’язок між ожирінням та гематоенцефалічним бар’єром

Гематоенцефалічний бар’єр (ВГБ) є важливим фізіологічним утворенням, завданням якого є захист мозку від численних хімічних речовин, які можуть циркулювати в нашому кровотоці. BBB перешкоджає обміну та руху більшості молекул, клітин та білків у центральній нервовій системі (ЦНС) та поза нею. Це допомагає підтримувати мозок «прохолодним» і не впливати на все, що ми їмо, та на види інфекцій, з якими ми стикаємось.

BBB утворюється кровоносними судинами ЦНС, вистеленими ендотеліальними клітинами. Це складна структура, яка забезпечує підтримку метаболічного та імунорегуляторного гомеостазу в ЦНС. У здоровому мозку бар’єр заважає більшій частині молекул ліквору (ЦСЖ) циркулювати по периферії, а більшій частині периферичних молекул - дифундувати в ЦСЖ.

Однак навіть у здоровому мозку BBB не є повністю непроникним. Дугоподібне ядро ​​гіпоталамуса має неповний ВВВ, що дозволяє циркулюючим гормонам діяти на регуляторні системи цієї частини мозку. Деякі неврологічні розлади характеризуються компрометованою ВВВ, включаючи інсульт, інфекції ЦНС та нейродегенеративні захворювання.

Ожиріння та ВВВ

Було показано, що надмірне споживання їжі з високим вмістом насичених жирів та простих цукрів погіршує цілісність ВВВ і може призвести до серйозної шкоди вразливим регіонам мозку, таким як гіпокамп. Більше того, ожиріння спричиняє патологічні зміни BBB, які можуть погіршити загальний стан здоров’я та призвести до додаткових патологічних змін у ЦНС, таких як нейрозапалення та когнітивний спад. Ожиріння також спричиняє зміни кількості клітин у нервово-судинній одиниці, що змінює цілісність BBB.

Однак у більшості людей із зайвою вагою надмірна маса тіла не стимулює серйозні патологічні процеси. Ожиріння - це не зовсім розлад, який пошкоджує мозок, і цілісність ВВВ не порушується надмірною вагою тіла. Однак існує надзвичайний зв’язок між ожирінням та ВВВ, і цей зв’язок існує через те, як нормально функціонує мозок.

Мозкові системи, що регулюють поведінку годування

Системи, що беруть участь у розвитку ожиріння, є складними і досі не повністю зрозумілими. Однак вважається, що порушений енергетичний гомеостаз може бути корінням проблеми. Харчова поведінка регулюється метаболічними, вегетативними, ендокринними та екологічними факторами. Незважаючи на те, що на нього впливають численні елементи кожної людини, “енергетичний гомеостаз” відіграє важливу роль, створюючи баланс між споживанням та витратою енергії.

Гіпоталамус - одна з областей мозку, яка була визнана регулятором споживання їжі, маси тіла, енергії та гомеостазу глюкози. Він приймає та обробляє метаболічний сигнал з периферії, а нагороду та сенсорні входи від кори. У свою чергу, він посилає вихідні сигнали до відділів центральної нервової системи, що регулюють поведінку харчування та масу тіла.

Харчові гормони та роль лептину

Гіпоталамус бере участь у регуляції апетиту через один сигнальний шлях, що стимулює апетит, і один шлях, що пригнічує апетит. Ці шляхи залучають специфічні гормони та нейропептиди, які можна знайти або в крові, або в лікворі. Для того, щоб ці гормони функціонували належним чином, вони повинні проникати через судинні ВВВ за допомогою спеціалізованих транспортних систем. Багато гормонів, що регулюють поведінку годування, порушуються при ожирінні, включаючи інсулін, лептин, адипонектин та грелін.

Одним з ключових гормонів у розвитку ожиріння є лептин. Лептин бере участь в енергетичному гомеостазі та регуляції обміну речовин. Він реагує на сигнали ситості, що виробляються під час споживання їжі. Лептин виділяється жировою тканиною, і його секреція позитивно корелює з кількістю жиру в організмі. Його секреція посилає сигнали мозку для придушення апетиту та підвищення термогенезу, намагаючись зменшити ожиріння. З підвищенням жиру в організмі рівень лептину в крові зростає. У періоди голодування, коли маса тіла падає, секреція лептину зменшується. Загалом було показано, що концентрація лептину в крові значно вища у людей з ожирінням порівняно з більш худорлявими особами, і цей підвищений рівень знижується, коли люди з ожирінням худнуть. Логічно було б припустити, що при високому рівні лептину в крові люди з ожирінням повинні почуватися ситими. Однак це не так. Рівні лептину в крові не відображають рівні лептину в лікворі. Було показано, що співвідношення рівнів лептину ліквору до сироватки крові було у чотири рази нижчим у людей із ожирінням.

Резистентність до лептину

Ця нелінійна кореляція між концентрацією лептину в крові та ліквором може бути обумовлена ​​так званим центральним опором дії лептину. Теорія центрального опору лептину припускає, що ожиріння може бути спричинене обмеженим доступом лептину до мозку. Це контрастує зі старішими припущеннями, що ожиріння може бути спричинене недостатньою продукцією лептину.

Важливим фактором, який слід врахувати, є те, що транспортування лептину з кровообігу до мозку через ВВВ здійснюється за допомогою спеціалізованих білків-транспортерів, схильних до насичення. Це означає, що рівень транспортерів недостатньо високий, щоб транспортувати достатню кількість молекул лептину в мозок. Це класична ситуація з "заторами": через вузьке місце на дорозі може проїхати лише певна кількість автомобілів, незалежно від того, скільки машин знаходиться в черзі. Як результат, мозок не «відчуває» реальну концентрацію лептину в крові. Через насичення цього транспорту через ВВВ рівні циркулюючого лептину не завжди відповідають концентрації лептину в лікворі. Було висловлено припущення, що ця транспортна система функціонує подібним чином у нежирних людей з нормальними концентраціями лептину, і що вищі рівні лептину не мають жодних біологічних ефектів, коли система вже насичена. Мозок пацієнтів із гіперлептинемією, що страждають ожирінням, навіть не піддається підвищеному рівню лептину.

Чи може BBB викликати ожиріння?

Той факт, що транспортна система також насичена у худорлявих особин, свідчить про те, що транспортна система лептину ВВВ розвивалася, щоб нормально функціонувати лише при меншому ожирінні та масі тіла. Низький рівень сироваткового лептину повідомляє мозку про те, що жирові запаси достатні для витрачання калорій на інші функції, крім годування, такі як розмноження та зміцнення імунної системи. Але коли рівень жиру в організмі перевищує певний рівень, сигналізація про лептин просто не працює належним чином, що сприяє подальшому набору ваги.

Список літератури

Ballabh P, Braun A, Nedergaard M. (2004) Гематоенцефалічний бар'єр: огляд: структура, регуляція та клінічні наслідки. Neurobiol Dis 16 (1): 1-13. doi: 10.1016 / j.nbd.2003.12.016

Rhea EM та співавт. (2017) Кровно-мозкові бар'єри при ожирінні. AAPS J. 19, 921-930. doi: 10.1208 / s12248-017-0079-3.

Обермаєр Б, Данеман Р, Рансохофф Р.М. (2013) Розробка, підтримка та порушення гематоенцефалічного бар’єру. Природна медицина 19 (12): 1584-1596. doi: 10.1038 / нм.3407

Бургуера Б та ін. (2000) Ожиріння пов’язане зі зменшенням транспорту лептину через гематоенцефалічний бар’єр у щурів. Діабет 49: 1219-1223. PMID: 10909981

Hsu TM, Kanoski SE (2014) Порушення гематоенцефалічного бар’єру: механістичні зв’язки між західним споживанням дієти та деменцією. Межі у старінні нейронауки 6:88. doi: 10.3389 / fnagi.2014.00088

Banks W (2008) Крово-мозковий бар'єр як причина ожиріння. Поточний фармацевтичний дизайн 14. 1606-14. PMID: 18673202

Ця гостьова стаття спочатку з’явилася у відзначеному нагородами блозі у галузі охорони здоров’я та науки та спільноті, присвяченій мозку, BrainBlogger: Ожиріння та кров’яно-мозковий бар’єр: що таке зв’язок?