Cómo diferencia el intestino los edulcorantes artificiales de los azúcares
ARRIBA: ISTOCK.COM, LUIS ECHEVERRI URREA
Los seres humanos tenemos un sentido del azúcar. Los animales y los humanos prefieren el azúcar a los edulcorantes artificiales en los experimentos, y eso podría deberse a que una célula sensora intestinal específica activa una de dos vías neuronales separadas según la que detecte, sugieren los investigadores en un estudio del 13 de enero en Nature Neuroscience.
Durante décadas se ha sabido que los animales prefieren el azúcar a los edulcorantes no calóricos y que esta preferencia se basa en la retroalimentación del intestino, Lisa Beutler, endocrinóloga de la Universidad Northwestern que investiga la conexión entre el intestino y brain y no estaba afiliado con el nuevo trabajo, escribe en un correo electrónico a The Scientist. Este estudio es uno de los primeros en proporcionar información a nivel molecular sobre cómo el intestino reconoce la diferencia entre el azúcar y los edulcorantes no calóricos, y cómo esto genera preferencia.
El estudio se basa en investigaciones previas del laboratorio. del neurocientífico del intestino y el cerebro de la Universidad de Duke, Diego Bohrquez. En 2015, Bohrquez estableció que las células endocrinas, que antes se pensaba que solo se comunicaban con el sistema nervioso indirectamente a través de la secreción de hormonas, de hecho pueden tener contacto directo con las neuronas, como lo demuestra un video.
Luego, en 2018 , el Laboratorio Bohrquez descubrió que el intestino tiene células similares a las que permiten el gusto en la lengua y el olfato en la nariz, y que estos sensores también tienen contacto directo con las neuronas. Si están conectados a las neuronas, deben estar conectados al cerebro, le dice Bohrquez a The Scientist. Cuando ingerimos azúcar, estimula las células del intestino, y estas células liberan glutamato y activan el nervio vago, explica Bohrquez sobre su investigación anterior. El nervio vago es un nervio craneal que desempeña un papel regulador en las funciones de los órganos internos, como la digestión. Su equipo observó que estas células sensoras intestinales, que el equipo denominó neurópodos, transmiten la información quimiosensorial apenas milisegundos después de detectar el azúcar.
Ahora, él y sus colegas han profundizado para descubrir si este intestino a vía vago discrimina entre el azúcar y los edulcorantes artificiales, y si es así, los mecanismos neuronales que sustentan esta diferenciación. El equipo anestesió a los ratones, perfundió sacarosa o sucralosa directamente en sus intestinos y luego analizó la respuesta de las neuronas que forman el nervio vago utilizando imágenes de calcio. En promedio, el 40,7 por ciento respondió solo a la sacarosa, el 22,2 por ciento solo a la sucralosa y el resto a ningún estímulo, lo que explica cómo el nervio vago puede reaccionar de manera diferente a las dos sustancias.
Realización de RT-qPCR para Para evaluar la expresión de los receptores moleculares en los neurópodos, los investigadores también demostraron que los neurópodos detectan azúcares a través de SGLT1, un transportador de sodio y glucosa, y edulcorantes artificiales a través de T1R3, un receptor de sabor dulce que, cuando se activa, libera el neurotransmisor ATP. Además, el bloqueo de los receptores de glutamato en el intestino mediante el uso de antagonistas disminuyó la respuesta del nervio vago a la sacarosa y silenció la respuesta a la alfa-MGP, un análogo del azúcar que se transporta al interior de la célula de la misma manera que la glucosa. Sin embargo, los antagonistas no tuvieron efecto sobre la sucralosa, lo que refuerza aún más la existencia de vías neurales diferenciadas entre los dos estímulos de sabor dulce.
Basándose en estos resultados, los autores concluyen que la entrada del azúcar sacarosa y el análogo de azúcar alfa-MGP en una célula de neurópodo lo estimula para que libere glutamato, que activa el nervio vago y está involucrado en la señalización de recompensa, mientras que los edulcorantes bajos o sin calorías, como la sucralosa, hacen que las células de neurópodo liberen ATP, lo que activa un intestino diferente -vía del cerebro.
Pero Beutler dice que el caso aún no está cerrado, en particular sobre si la transmisión de glutamato de neurópodo a vago es esencial para la preferencia de los animales por el azúcar sobre el edulcorante. Los receptores de glutamato se expresan en prácticamente todas las neuronas, y los antagonistas que usaron los investigadores podrían haber actuado en neuronas distintas de los neurópodos en el intestino o el tronco encefálico, escribe.
Los hallazgos dejaron abierta la cuestión de si los neurópodos contribuyen a diferentes comportamientos en respuesta a los azúcares frente a los edulcorantes artificiales. Para responder a eso, el grupo recurrió a la optogenética, una metodología predominantemente utilizada en el cerebro. Los investigadores modificaron genéticamente ratones para que la exposición a ciertas longitudes de onda de luz silenciara las células de neurópodos típicamente estimuladas por azúcares y edulcorantes, mientras que otras las estimularían, y otras no tendrían efecto y registrarían cómo esto afectaba las preferencias de los ratones. El problema era que la entrega de luz tradicionalmente requiere un cable rígido de fibra óptica de sílice, que perforaría el tejido blando del intestino en constante agitación. Entonces, los investigadores colaboraron con ingenieros para desarrollar un cable de fibra óptica flexible adaptado a las condiciones biológicas únicas del intestino, dice Bohrquez.
Adaptar la manipulación optogenética al intestino es lo más importante. una parte emocionante del artículo, escribe Beutler, y una técnica que creo/espero ganará fuerza en la comunidad científica del intestino y el cerebro.
Bohrquez dice que la fibra optogenética novedosa que su equipo usó en sus experimentos es flexible y puede colocarse en lugares muy pequeños que están en constante movimiento, como el corazón y los pulmones, lo que podría permitir a los investigadores comenzar a preguntarse cómo es que las entradas sensoriales de todos estos órganos influyen en nuestro comportamiento. Podría ser la clave, según Bohrquez, para comprender mejor algunos trastornos de la salud mental, del estado de ánimo o del sueño que están asociados con el tracto gastrointestinal.
En sus experimentos, silenciar a los neurópodos tuvo efectos notables en el comportamiento de los ratones. . Los ratones expuestos a la luz silenciadora de neurópodos perdieron su preferencia por consumir azúcar sobre el edulcorante sucralosa cuando se les presentaron las dos opciones, mientras que los ratones expuestos a una longitud de onda de control no lo hicieron. Además, cuando las células de un neurópodo de ratón se excitaron a través de la luz, su consumo de edulcorante artificial se duplicó y el animal lo bebió como si fuera azúcar.
Los investigadores también midieron la actividad del nervio vago en los ratones optogenéticos. , encontrando que la luz silenciadora de los neurópodos eliminó todas las respuestas del nervio vago, mientras que la actividad no se modificó con las longitudes de onda de control.
Ivan de Araujo, neurocientífico de la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai que no participó en el estudio, llama a los hallazgos un desarrollo muy emocionante. Explica que en investigaciones anteriores no estaba claro si el azúcar estimulaba las señales vagales o si estas señales se limitaban a otros nutrientes como grasas y aminoácidos. El hecho de que conectaran estas células [neurópodas] en el intestino con el cerebro a través del nervio vago en este contexto de recompensa de azúcar fue un poco sorprendente para mí y muy intrigante, dice.
Beutler escribe que tomará tiempo entender si estos hallazgos se traducen en nutrición humana. Una aplicación potencial, sugiere, sería desarrollar un edulcorante no calórico que sea capaz de estimular el transportador SGLT1 (normalmente activado por el azúcar) para engañar al cerebro haciéndole creer que está ingiriendo algo calórico. ¿Suprimiría esto la ingesta total de calorías? ¿Generaría una preferencia gustativa condicionada?
De Araujo le dice a The Scientist: Una pregunta interesante para el futuro es la participación de estas células [neurópodas] en la recompensa asociada con otros nutrientes. ¿Son importantes para detectar el valor nutricional de los lípidos y aminoácidos de la misma manera que lo son para el azúcar? Bohrquez está de acuerdo en que sería interesante explorar cómo las señales de los nutrientes no azucarados, como las grasas y las proteínas, se transmiten desde el intestino.
Hay algo en los nutrientes que envía señales al cerebro de una manera específica para cada molécula. . ¿Cómo funciona esto? ¿Cómo sabe el cerebro qué nutrientes se han ingerido basándose en la mera presencia del nutriente en el intestino en ausencia de señales gustativas? pregunta de Araujo. El panorama general [del estudio] es que tenemos algunas células en el intestino desde donde comenzar a responder estas preguntas. Y eso es emocionante.