NEUROTRASMISSIONE GABAERGICA E SEGNALE INSULINICO CEREBRALE: RUOLO DELLA DIETA AD ALTO CONTENUTO LIPIDICO ED EXENDINA-4

Background Numerose evidenze hanno mostrato un’associazione tra obesità e alterazioni della funzione e della struttura cerebrale. Uno studio recente dimostra che in soggetti sani all’aumentare dell’indice di massa corporea si ha una riduzione progressiva della neuroplasticità della corteccia visiva. La neuroplasticità si basa sulla capacità del sistema nervoso centrale di integrare tutte le funzioni dell’organismo con l’ambiente e adattarne le risposte. La corteccia visiva ha un enorme potenziale plastico che può essere esplorato mediante lo studio della rivalità binoculare e della deprivazione monoculare che è un metodo rapido e non invasivo per misurare la plasticità del sistema visivo in maniera sensibile e accurata. Inoltre, la plasticità delle aree visive è direttamente modulata dalla neurotrasmissione mediata dal GABA (acido γ-aminobutirrico) a livello della corteccia visiva primaria. In soggetti obesi candidati alla chirurgia bariatrica è stato osservato un ripristino della plasticità della corteccia visiva già dopo 6 mesi dall’intervento chirurgico e tale variazione è risultata strettamente correlata all’aumento dei livelli ematici di glucagon-like peptide 1 (GLP-1) ottenuti dopo l’intervento. Il ruolo del GABA nella modulazione dei meccanismi di neuroplasticità visiva e le alterazioni di quest’ultima evidenziate nei soggetti con obesità grave suggeriscono l’esistenza di un’associazione tra eccesso di tessuto adiposo e alterazioni del circuito GABAergico con conseguenti ripercussioni sulla plasticità sinaptica visiva. Inoltre, considerato il ruolo dell’insulina nella modulazione della plasticità descritta principalmente a livello dell’ippocampo e considerati i meccanismi di insulino-resistenza centrale e periferica documentati in soggetti obesi, è verosimile che le alterazioni della plasticità sinaptica osservate in questi ultimi siano correlate ad alterazioni della via di segnalazione insulinica cerebrale. Inoltre, la correlazione tra ripristino della plasticità e livelli circolanti di GLP-1 ottenuti dopo chirurgia bariatrica suggerisce un potenziale ruolo di tale via di segnale nella modulazione del segnale insulinico cerebrale e della neurotrasmissione GABAergica. Obiettivi Gli obiettivi di questo studio sono quelli di esplorare gli effetti dell’obesità sulla neurotrasmissione GABAergica e sul segnale insulinico della corteccia visiva primaria e dell’ippocampo di topi sottoposti a dieta ad alto contenuto lipidico. Inoltre, lo studio si pone l’obiettivo di valutare gli effetti dell’exendina-4, un analogo del GLP-1 sugli stessi meccanismi. Materiali e metodi Topi maschi C57BL/6J (n=20) di 60 giorni sono stati nutriti per otto settimane con dieta ad alto contenuto lipidico (HFD; 23% proteine, 42% di carboidrati, di cui il 28% amido, il 9% saccarosio e il 5% maltodestrina, 34% di grassi, pari al 60% dell’apporto calorico totale) o con dieta standard (CD; 18,5% proteine, 46% carboidrati di cui il 42% amido e il 4% saccarosio, 3% di grassi pari al 6,5% dell’apporto calorico). Al termine delle otto settimane è stata somministrata per via intraperitoneale exedina-4 (25ng/Kg; n=10) o il placebo (soluzione NaCl 0,9%; n=10) e prelevato un campione di sangue dopo 1h dalla somministrazione. La glicemia a digiuno è stata misurata con glucometro YLS 2300 STAT Plus e l’insulinemia con il metodo ELISA. È stato effettuato il Western blot per valutare i livelli di espressione di Akt ed ERK1/2 totali e fosforilate e i markers di trasmissione GABAergica GAD2 (e vGAT, regolati sulla base dell’espressione di β-actina. La tecnica dell’immunofluorescenza con 2-NBDG 2-(7-nitro-2,1,3-benzoxadiazol-4-yl amino-D-glucose) è stata condotta per misurare l’uptake del glucosio cerebrale e individuare le cellule neuronali utilizzando l’anticorpo diretto contro il marker neuronale NeuN. Risultati Nel gruppo HFD è stato osservato un significativo aumento di peso rispetto al gruppo CD (35.2±0.7 vs 32.4±0.4 g; p≤0.003), della glicemia (319±18 vs 238.4±16 mg/dl, p≤0.02) e dell’insulinemia (72.2±19.5 vs 28.4±7.0 pmol/l, p≤0.05). I livelli di GAD2 sono risultati aumentati nella corteccia visiva primaria (V1) nel gruppo HFD rispetto al gruppo CD del 156±15% (p≤0.03) e ridotti nell’ippocampo del 79±4% of CD, (p≤0.027) e non è stata osservata alcuna differenza significativa dei livelli di espressione di vGAT. Nel gruppo HFD è stata osservata una riduzione dei livelli di espressione di p-Akt in V1 rispetto al gruppo CD (HFD 71±9% di CD, p≤0.048) e un aumento nell’ippocampo (139±7% di CD, p≤0.004). Un’ora dopo somministrazione di exendina-4 sia la glicemia (99.8±12.0 vs 70.8±23.9 mg/dl) che l’insulinemia (7.9±6.5 vs 33.5±9.3 pmol/l) sono risultate significativamente ridotte nel gruppo HFD rispetto al gruppo HFD/Sal (p≤0.001). A livello di V1 non sono state registrate alcune variazioni dell’espressione di p-Akt dopo somministrazione di exendina-4, sia nel gruppo HFD che CD, mentre a livello dell’ippocampo è stata registrata una significativa riduzione nel gruppo HFD rispetto al gruppo che ha ricevuto il placebo (HFD/Ex4 99±7 vs HFD/Sal 139±7% di CD/Sal, p≤0.002). Non è stato osservato alcun effetto significativo della dieta sui livelli di p-ERK1/2, mentre è stato registrato un significativo aumento nel gruppo CD dopo somministrazione di Ex-4 rispetto al placebo (175±17% of SD/Sal, p≤0.015). Dai risultati dell’immunofluorescenza indiretta (IFI) è stata evidenziata una riduzione altamente significativa dell’uptake di 2-NBDG nel gruppo HFD rispetto al gruppo CD (p≤0,001) e livelli di uptake significativamente più elevati in CA3 rispetto a CA1, DG e V1 in ciascun gruppo (p≤0,001). Conclusioni La dieta ad alto contenuto lipidico si associa ad una complessa modulazione dell’espressione dei marcatori della neurotrasmissione GABAergica e del segnale insulinico a livello della corteccia visiva primaria e dell’ippocampo. La normalizzazione dei livelli di p-Akt dopo somministrazione di exendina-4 osservata a livello dell’ippocampo nel gruppo HFD suggerisce un potenziale effetto sul ripristino delle alterazioni del segnale insulinico indotte dalla dieta ad alto contenuto lipidico