Neurowetenschappers van Scripps Research hebben hersencircuits geïdentificeerd die ervoor zorgen dat zoogdieren meer willen eten als ze worden blootgesteld aan koude temperaturen.
Zoogdieren verbranden automatisch meer energie om de normale lichaamstemperatuur te behouden wanneer ze worden blootgesteld aan kou. Deze door kou geactiveerde toename van het energieverbruik veroorzaakt een toename van de eetlust en voeding, hoewel het specifieke mechanisme dat dit regelt onbekend was. In de nieuwe studie, die op 16 augustus 2023 in Nature is gepubliceerd, identificeerden de onderzoekers een cluster van neuronen die werken als een “schakelaar” voor dit koude-gerelateerde, voedselzoekende gedrag bij muizen. De ontdekking zou kunnen leiden tot mogelijke therapieën voor metabole gezondheid en gewichtsverlies.
“Dit is een fundamenteel aanpassingsmechanisme bij zoogdieren en als we ons daarop richten met toekomstige behandelingen, kunnen de metabole voordelen van verkoudheid of andere vormen van vetverbranding worden verbeterd”, zegt senior auteur Li Ye, PhD, universitair hoofddocent en de Abide-Vividion-leerstoel in chemie en chemische biologie bij Scripps Research.
De eerste auteur van de studie was Ye Lab postdoctoraal onderzoeksmedewerker Neeraj Lal, PhD.
Omdat blootstelling aan kou leidt tot een verhoogde verbranding van energie om warm te blijven, zijn onderdompeling in koud water en andere vormen van “koudetherapie” onderzocht als methoden om gewicht te verliezen en de metabole gezondheid te verbeteren. Een nadeel van verkoudheidstherapieën is dat de ontwikkelde reacties van mensen op verkoudheid niet bedoeld zijn om gewichtsverlies te veroorzaken (een effect dat dodelijk zou kunnen zijn tijdens de frequente periodes van voedselschaarste in de premoderne tijd). Verkoudheid verhoogt, net als diëten en lichaamsbeweging, de eetlust om elk effect van gewichtsverlies tegen te gaan. In de studie gingen Ye en zijn team op zoek naar het hersencircuit dat deze door kou veroorzaakte toename van eetlust bemiddelt.
Een van hun eerste observaties was dat, met het begin van koude temperaturen (van 73F tot 39F), muizen hun voedselzoektocht pas na een vertraging van ongeveer zes uur verhogen, wat suggereert dat deze gedragsverandering niet simpelweg een direct gevolg is van koude detectie.
Met behulp van technieken die hele hersenopruiming en lichtvelmicroscopie worden genoemd, vergeleken de onderzoekers de activiteit van neuronen in de hersenen tijdens koude versus warme omstandigheden. Al snel maakten ze een belangrijke observatie: hoewel de meeste neuronale activiteit in de hersenen veel lager was in de koude toestand, vertoonden delen van een regio die de thalamus wordt genoemd een hogere activering.
Uiteindelijk richtte het team zich op een specifiek cluster van neuronen, de xiphoid nucleus van de thalamus in het midden, wat aantoont dat de activiteit in deze neuronen piekte onder koude omstandigheden net voordat de muizen uit hun door kou veroorzaakte verdoving optrokken om naar voedsel te zoeken. Toen er bij het begin van de koude toestand minder voedsel beschikbaar was, was de activiteitstoename in de xiphoid-kern nog groter, wat suggereert dat deze neuronen eerder reageren op een door kou veroorzaakt energietekort dan op de kou zelf.
Toen de onderzoekers deze neuronen kunstmatig activeerden, verhoogden de muizen hun voedselzoektocht, maar geen andere activiteiten. Evenzo, toen het team de activiteit van deze neuronen remde, verminderden de muizen hun voedselzoektocht. Deze effecten traden alleen op onder koude omstandigheden, wat impliceert dat koude temperaturen een apart signaal geven dat ook aanwezig moet zijn om eetlustveranderingen te laten optreden.
In een laatste reeks experimenten toonde het team aan dat deze xiphoid nucleus-neuronen projecteren naar een hersengebied dat de nucleus accumbens wordt genoemd – een gebied dat al lang bekend staat om zijn rol bij het integreren van belonings- en afkeersignalen om gedrag te sturen, inclusief voedingsgedrag.
Uiteindelijk kunnen deze resultaten klinische relevantie hebben, zegt Ye, omdat ze de mogelijkheid suggereren om de gebruikelijke toename van door kou veroorzaakte eetlust te blokkeren, waardoor relatief eenvoudige blootstellingsregimes aan kou veel efficiënter kunnen leiden tot gewichtsverlies.
“Een van onze belangrijkste doelen is nu om erachter te komen hoe we de toename van de eetlust kunnen loskoppelen van de toename van het energieverbruik”, zegt hij. “We willen ook weten of dit door kou veroorzaakte eetlustverhogende mechanisme deel uitmaakt van een breder mechanisme dat het lichaam gebruikt om extra energieverbruik te compenseren, bijvoorbeeld na inspanning.”