Hogyan alakul ki a jóllakottság?

A táplálékfelvétel szabályozása alapvető jelentőségű idegrendszeri funkció minden állatnál. Ennek ma már viszonylag sok részletét ismerjük, azonban még így sem mondhatjuk, hogy teljesen feltárt lenne a folyamat. Egy amerikai kutatócsoport most egy újabb részletre derített fényt: a vékonybél telítődésére aktiválódó mechanoreceptorok a bolygóideg révén jeleznek a központi idegrendszernek, hogy kialakuljon a jóllakottság.

A táplálékfelvétel szabályozása

Az állatok életében központi jelentőségű a táplálkozás, és ehhez a legtöbb fajnak valami módon fel kell kutatnia a táplálékot. Az egyszerűbb életformák esetében a táplálékkeresés állandó jelenség, azonban az állatok komplexitásának növekedésével a viselkedés is bonyolódott, és a táplálékkeresés már csak egy (különösen fontos) viselkedésforma lett a magatartás széles spektrumában. Ez szükségessé tette, hogy az állatban kialakuljon az éhség, vagyis egy olyan belső állapot, ami táplálékkeresésre sarkallja, illetve ha megszerezte betevőjét, akkor kialakuljon a jóllakottság, vagyis egy olyan állapot, amiben a táplálékkeresés már nem a legfőbb prioritás.

Ezeket az állapotokat természetesen az idegrendszer hozza létre, és manapság már azt mondhatjuk, hogy az ehhez szükséges folyamatok egy részét ismerjük is. Úgy tűnik, hogy a hipotalamusznak központi szerepe van benne, hiszen bizonyos részeinek ingerlése vagy írtása fokozhatja, másoké csökkentheti a táplálékfelvételt. A hipotalamusz alegységeinek feltérképezésével az is kiderült, hogy pontosan melyek vesznek részt a szabályozásban: az ún. ívelt mag a harmadik agykamra falát képző paraventrikuláris magon keresztül befolyásolja a hipotalamusz oldalsó részének sejtcsoportjait, melyek különböző agyterületekkel állnak kapcsolatban és feltehetőleg ezeken keresztül fejtik ki hatásukat a táplálékfelvételre.

A 2000-es évek elejére derült ki, hogy a táplálékfelvétel szabályozásában fontos szerepe van bizonyos hormonális jelzéseknek, pontosabban legalább két különböző hormon vesz részt az éhség és a jóllakottság létrehozásában. Miután a gyomorból a bevitt táplálék továbbhalad a tápcsatornában, a gyomor feszülésérző mechanoreceptorai által közvetített jel hatására megindul a ghrelin nevű hormon termelése, melynek mennyisége általában táplálkozást megelőzően tetőzik, vagyis egybeesik az éhség kifejeződésével. A ghrelin receptorai az egyik hipotalamikus magon is megtalálhatók és a ghrelin ezen a sejtcsoporton keresztül vesz részt az éhség kialakításában. Emellett a zsírszövet sejtjei egy leptin nevű anyagot termelnek a bennük tárolt zsírok mennyiségének függvényében. A leptin receptorai szintén megtalálhatók a hipotalamusz egyik sejtcsoportjának felszínén, és ezen neuronok aktivitása csökkenti a táplálékfelvételt, vagyis a jóllakottság állapotát idézik elő.

reg
A ghrelin és a leptin a gyomorból, illetve a zsírszövetből felszabadulva, a hipotalamusz ívelt magján keresztül befolyásolják a táplálékfelvételt (Forrás: Elliott és mtsai., 2016).

Idegi jelzések a vékonybélből

Persze számos eredmény mutat arra, hogy a táplálékfelvétel szabályozása jóval összetettebb folyamat, a hormonális jelzéseken kívül idegi hatások is részt vesznek benne, például a bolygóideg alsó dúcából származó idegrostok a tápcsatorna több szakaszát is beidegzik. Ezek a rostok különféle receptorokat hordozó végeket alakítanak ki, így különböző jelzésekre lehetnek érzékenyek. Vannak amik a tápcsatorna szakaszainak kitágulására jeleznek, vannak amiket az adott bélszakasz mechanikai ingerlésével lehet aktiválni, illetve olyanok is, amelyek a bélsejtekből felszabaduló hormonokra érzékenyek (ezek a tápanyagok felszívásakor szabadulnak fel a tápcsatorna sejtjeiből). A sok különféle jelzés táplálékfelvételre gyakorolt specifikus hatását eddig azért nem lehetett egyértelműen elkülöníteni, mert a különböző receptorokat hordozó sejtnyúlványok nem különülnek el a bolygóidegben, így a léziós vagy elektrofiziológiai módszerekkel nem lehet csupán egyfajta receptort befolyásolni. A modern géntechnológiai eljárások azonban ezt lehetővé teszik, és egy amerikai kutatócsoport nemrég azt vizsgálta, hogy milyen hatással vannak a táplálékfelvételre ezek a jelzések a bolygóidegből.

A kutatók először retrográd pályakövető anyagokat juttattak kísérleti egereik tápcsatornájának különböző szakaszaiba, majd megfigyelték, hogy a bolygóideg alsó dúcának mely sejtjeiben jelenik meg a fluoreszcens jel. A retrográd pályakövető anyagok az idegsejtek nyúlványaiban lévő, a sejttest felé irányuló transzportmechanizmust képesek kihasználni, így a beadás helyén lévő idegsejtnyúlványokba kerülve, eljutnak a nyúlványhoz tartozó sejttestbe. Az állatokat a retrográd nyomjelző beadását követő 2 héten belül feláldozták, és kipreparálták belőlük a bolygóideg alsó dúcát, mivel ebben helyezkednek el azok a sejtek, amelyek a tápcsatornát beidegzik. A dúcot különféle enzimatikus emésztési lépéseknek vetették alá, ami azt eredményezte, hogy a benne lévő sejtek üveglapra kenhetők lettek. Fluoreszcens mikroszkópiával láthatók voltak a jelölt sejtek, és ezeket mikropipetták segítségével gyűjtötték be, majd teljes transzkriptom szekvenálást hajtottak végre, vagyis feltárták a sejtekben lévő összes mRNS kilétét. Ebből következtetni lehet a sejtek génkifejeződésére, ami alapján elkülöníthetők a különböző sejttípusok.

A kutatók ezzel a procedúrával feltérképezték a tápcsatorna különböző szakaszait beidegző sejteket, és végül nagyjából 400 sejt transzkriptomját tárták fel. Ezek alapján 12 sejttípust különítettek el a sejtek között, melyek tehát jelentősen eltérő génkifejeződést mutattak, és mindegyik esetében volt olyan gén, mely segítségével az adott csoport specifikusan manipulálhatóvá vált. Elmondható például, hogy a kalcitoninhoz köthető peptidet és a szomatosztatint kifejező neuronok a gyomor különböző régióit idegzik be (a gyomortestet és a gyomorkaput), illetve a vazointesztinális polipeptidet szintetizáló sejtek a vékonybelet innerválják. A kutatók ezután egy sor kísérletben azt figyelték meg, hogy egy-egy specifikus sejtcsoport befolyásolása milyen hatással van a táplálékfelvételre. Kiderült, hogy a kemoreceptorok ingerlése nem befolyásolta a felvett táplálék mennyiségét, azonban a mechanoreceptoroké igen, sőt a vékonybélben lévőké volt a leghatásosabb. További vizsgálatokkal megerősítették ezt a megfigyelést: a vékonybél folyadékkal való feltöltésének hatására fokozódott az aktivitása azoknak a hipotalamikus neuronoknak, melyek a jóllakottságot hozzák létre.

sum
A bolygóideg alsó dúcában lévő idegsejtek egy része különféle receptorokat küld a tápcsatornába, jelzéseiket pedig az agytörzsön keresztül juttatják el a táplálékfelvétel központi szabályozóegységéhez, a hipotalamuszhoz (Forrás: Bai és mtsai., 2019 – Cell).

A szabályozás komplexitása

Az új eredmények szerint tehát a vékonybél feszülését érzékelő receptoroknak egereknél fontos szerepe van a jóllakottság kialakulásában. Ez a szabályozási mód egyébként valószínűleg univerzális az állatvilágban, hiszen például a jelentősen eltérő evolúciós múlttal rendelkező ízeltlábúaknál is a  tápcsatorna, pontosabban a gyomor feszülése a legfontosabb szignál a táplálékfelvétel leállítására (olyannyira, hogy a fémeslégyfélék esetében a gyomor mechanoreceptorait beidegző ideg átmetszését követően a táplálékfelvétel már nem áll le a gyomor telítődésekor, és az állat szó szerint kipukkadásig szívja fel eledelét).

fly
A fémeslegyek egyik képviselője, a kék dongólégy. Esetükben a táplálékfelvétel egyszerűen a gyomor mechanoreceptorai révén szabályozódik (Forrás: wikipedia.org).

Az emlősöknél, és főleg az embernél, azonban ettől jóval több faktor játszik szerepet a jóllakottság kialakulásában. Ezt szemléletesen példázza egy szerencsétlen eset, amikor egy ember úgy megégette a nyelőcsövét forró levessel, hogy az teljesen elzáródott. Innentől a táplálékot egyenesen a gyomrába juttatták egy cső segítségével, azonban a beteg továbbra is ragaszkodott hozzá, hogy saját maga rágja meg az ételt, ugyanis csak így tudott jóllakni. Mindenesetre ez a kutatás újabb részletét tárta fel a táplálékfelvétel szabályozásának, amit idővel talán majd a táplálkozással kapcsolatos számtalan probléma orvoslásában is fel lehet majd használni.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/4. számában jelent meg.

Források:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286741931181X

https://www.nature.com/articles/s41583-019-0252-z