Τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα του σώματος πρέπει να διατηρούνται σε ένα σχετικά στενό εύρος. Δεν μπορεί να είναι πολύ υψηλά, καθώς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε διαβήτη, και δεν μπορεί να είναι πολύ χαμηλά γιατί μπορεί να προκαλέσει λιποθυμία ή ακόμα και θάνατο.
«Υπάρχουν πολλοί νευρώνες που ανιχνεύουν τη γλυκόζη στον εγκέφαλο και πιστεύεται ότι συμμετέχουν ενεργά στην ανίχνευση μικρών αλλαγών των επιπέδων γλυκόζης στο σώμα και στη συνέχεια πυροδοτούν αντιδράσεις, ανάλογα, για να επιστρέψουν το επίπεδο σε ένα υγιές εύρος», δήλωσε ο Δρ. Yong Xu, καθηγητής παιδιατρικής, διατροφής, μοριακής και κυτταρικής βιολογίας στο Baylor. «Αλλά υπάρχουν αρκετές ερωτήσεις σχετικά μ’ αυτό εδώ και πολύ καιρό».
Παίζει ρόλο ο εγκέφαλος στη ρύθμιση της γλυκόζης στο αίμα;
Η αποδεκτή ιδέα είναι ότι τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα ελέγχονται αυστηρά από ορμόνες που εκκρίνονται από το πάγκρεας, όπως η ινσουλίνη και η γλυκαγόνη. Αλλά ορισμένοι επιστήμονες αναρωτήθηκαν αν παίζουν ρόλο οι νευρώνες που ανιχνεύουν τη γλυκόζη στον εγκέφαλο στη ρύθμιση του επιπέδου γλυκόζης σε ολόκληρο το σώμα.
Στη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Journal of Clinical Investigation, ο Xu και οι συνεργάτες του εξέτασαν τον ρόλο μιας συγκεκριμένης ομάδας νευρώνων που ανιχνεύουν τη γλυκόζη στη διατήρηση της ισορροπίας της γλυκόζης στο αίμα σε ζωικά μοντέλα.
«Οι νευρώνες που ανιχνεύουν τη γλυκόζη μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες ανάλογα με το πώς ανταποκρίνονται στις διακυμάνσεις της γλυκόζης», εξήγησε ο Xu. «Η μία ομάδα ονομάζεται διεγερμένοι από τη γλυκόζη νευρώνες (GE: glucose-excited) και η άλλη ονομάζεται νευρώνες που αναστέλλονται από τη γλυκόζη (GI: glucose-inhibited). Σε αυτή τη μελέτη, επικεντρωθήκαμε στη δεύτερη ομάδα, τη λιγότερο μελετημένη από τις δύο».
Οι νευρώνες GE ενεργοποιούνται ή διεγείρονται όταν το επίπεδο γλυκόζης γύρω τους είναι υψηλότερο. «Αυτό είναι αναμενόμενο επειδή η γλυκόζη είναι καύσιμο για τα περισσότερα κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των νευρώνων», είπε ο Xu. «Το να έχουμε περισσότερα καύσιμα διαθέσιμα θα υποστηρίξει την αυξημένη δραστηριότητα των κυττάρων».
Από την άλλη πλευρά, οι νευρώνες του γαστρεντερικού σωλήνα αναστέλλονται όταν τα επίπεδα γλυκόζης είναι υψηλά και παραδόξως, ενεργοποιούνται όταν τα επίπεδα γλυκόζης είναι χαμηλά. «Αυτό ήταν μπερδεμένο για τους ερευνητές, καθώς περίμεναν το αντίθετο, λιγότερη νευρωνική δραστηριότητα όταν η γλυκόζη είναι χαμηλή», είπε ο Xu. «Θέλαμε να κατανοήσουμε το μηχανισμό που πυροδοτεί τη νευρωνική δραστηριότητα του γαστρεντερικού σωλήνα σε χαμηλά επίπεδα γλυκόζης και εάν αυτό συμβάλλει στην ισορροπία της γλυκόζης στο αίμα».
Οι ερευνητές εστίασαν στους νευρώνες του γαστρεντερικού σωλήνα που βρίσκονται σε μια περιοχή που ονομάζεται κοιλιακός υποθαλαμικός πυρήνας (VMH) στον εγκέφαλο των ποντικιών. Συγκεκριμένα, μελέτησαν ποιοι δίαυλοι ιόντων στους νευρώνες του γαστρεντερικού σωλήνα μεσολαβούσαν στην αίσθηση της χαμηλής γλυκόζης. Τα κανάλια ιόντων είναι πρωτεΐνες στην επιφάνεια των νευρώνων που επιτρέπουν στα φορτισμένα ιόντα να ρέουν μέσα και έξω από το κύτταρο. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για νευρωνική ενεργοποίηση ή πυροδότηση.
«Διαπιστώσαμε ότι ένας δίαυλος ιόντων που ονομάζεται ανοκταμίνη 4 (ano4) απαιτείται για την ενεργοποίηση των νευρώνων του γαστρεντερικού σωλήνα ως απόκριση στη χαμηλή γλυκόζη», είπε ο Xu. «Στην πραγματικότητα, τα δεδομένα μας δείχνουν ότι το ano4 είναι ένας δείκτης που ορίζει τους νευρώνες του γαστρεντερικού συστήματος. Εάν ένας νευρώνας VMH εκφράζει ano4, τότε είναι ένας νευρώνας GI. Εάν ένας νευρώνας VMH δεν εκφράζει ano4, δεν είναι νευρώνας γαστρεντερικού συστήματος».
Νευρώνες γαστρεντερικού σωλήνα και διαβήτης τύπου 1
Στη συνέχεια, οι ερευνητές διερεύνησαν τον ρόλο των νευρώνων του γαστρεντερικού σωλήνα στη ρύθμιση της γλυκόζης στο αίμα σε ένα μοντέλο ποντικού με διαβήτη τύπου 1. Σε αυτό το μοντέλο, τα παγκρεατικά βήτα κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη απουσιάζουν. Η έλλειψη ινσουλίνης πυροδοτεί αυξημένα επίπεδα σακχάρου στο αίμα, το χαρακτηριστικό γνώρισμα του διαβήτη. Με την γενετική εξάλειψη του γονιδίου ano4 στους νευρώνες του γαστρεντερικού σωλήνα που βρίσκονται στον VMH σε αυτά τα διαβητικά ποντίκια, οι ερευνητές ομαλοποίησαν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα.
«Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι οι νευρώνες που ανιχνεύουν τη γλυκόζη στον εγκέφαλο είναι σημαντικοί για τη ρύθμιση της γλυκόζης σε ολόκληρο το σώμα. Βρήκαμε ότι οι νευρώνες του γαστρεντερικού σωλήνα έχουν σημαντική λειτουργία κατά τη διάρκεια του διαβήτη, όταν τα βήτα κύτταρα του παγκρέατος δεν παράγουν ινσουλίνη για τον έλεγχο των επιπέδων σακχάρου στο αίμα», είπε ο Xu. «Σε αυτή την περίπτωση, τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα μπορούν να χειριστούν αρκετά αποτελεσματικά στο μοντέλο του ποντικιού, εξαλείφοντας ένα μόνο γονίδιο στους νευρώνες του γαστρεντερικού συστήματος, μια μικρή ομάδα κυττάρων στον εγκέφαλο. Στη συνέχεια, θέλουμε να προσδιορίσουμε εάν η φαρμακολογική αναστολή του ano4 θα βοηθούσε να ρυθμιστούν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα σε αυτό το μοντέλο διαβήτη τύπου 1 και σε μοντέλα διαβήτη τύπου 2».
Περισσότερες πληροφορίες: Anoctamin 4 channel currents activate glucose-inhibited neurons in the mouse ventromedial hypothalamus during hypoglycemia. Journal of Clinical Investigation, 2023; DOI: 10.1172/JCI163391.
