La découverte d'un circuit intestin-cerveau spécialisé donne un aperçu de la préférence pour le sucre

Revu par Emily Henderson, B.Sc.15 avr.2020

Les édulcorants artificiels n'ont jamais réussi à usurper l'identité du sucre. Maintenant, une étude de Columbia sur des souris a identifié un mécanisme cérébral qui pourrait expliquer pourquoi.

Dans une première scientifique, les chercheurs ont montré que le cerveau réagit non seulement lorsque le sucre touche la langue mais également lorsqu'il pénètre dans l'intestin. Leur découverte de ce circuit intestin-cerveau spécialisé offre un nouvel aperçu de la façon dont le cerveau et le corps ont évolué pour rechercher le sucre. Et parce que les édulcorants artificiels n'activent pas ce circuit, l'étude offre également des preuves convaincantes de la raison pour laquelle ces édulcorants ne sont jamais aussi satisfaisants que la vraie chose.

Les résultats, rapportés aujourd'hui dans La nature, devraient avoir un impact positif substantiel sur la santé publique. La consommation excessive de sucre a été liée à des conditions liées à l'obésité telles que le diabète, qui affecte plus de 500 millions de personnes dans le monde. En jetant les bases de nouvelles façons de modifier ce circuit intestin-cerveau, cette recherche offre de nouvelles voies prometteuses pour réduire la surconsommation de sucre.

Lorsque nous buvons du soda ou que nous utilisons un édulcorant dans le café, le goût peut être similaire, mais notre cerveau peut faire la différence. La découverte de ce circuit intestinal-cerveau spécialisé qui répond au sucre – et au sucre seul – pourrait ouvrir la voie à des édulcorants qui ne trompent pas seulement notre langue mais aussi notre cerveau. « 

Hwei-Ee Tan, co-premier auteur de l'article qui a terminé ses recherches doctorales dans le laboratoire de Charles Zuker, Ph.D., au Columbia Zuckerman Institute

L'étude d'aujourd'hui a été dirigée par le Dr Zuker et s'appuie sur des décennies de travail de lui et de son laboratoire pour cartographier le système gustatif du cerveau.

Lorsque la langue rencontre un goût – sucré, amer, salé, aigre ou umami – des cellules spécialisées sur la langue appelées récepteurs du goût envoient des signaux câblés au cerveau. Les édulcorants artificiels, tels que NutraSweet et Stevia, fonctionnent en cooptant ces signaux câblés. Ils activent les récepteurs du goût sucré pour tromper le cerveau en leur faisant croire que le sucre a atterri sur la langue.

Lorsque les récepteurs du goût sucré sont supprimés chez la souris, ce qui aurait dû éliminer le désir des animaux pour quelque chose de sucré, les animaux affichent toujours une préférence pour le sucre. L'objectif de l'équipe de recherche était de découvrir pourquoi et comment, et de découvrir la base neurale de notre insatiable désir de sucre.

L'équipe de Columbia s'est concentrée sur une zone cérébrale appelée noyau caudal du tractus solitaire, ou cNST. Le cNST est niché à l'intérieur du tronc cérébral, la zone la plus primitive du cerveau.

« Nous avons découvert que le cNST s'est allumé avec une activité lorsque nous avons contourné les récepteurs du goût sucré sur la langue des animaux et livré du sucre directement dans l'intestin », a déclaré Alexander Sisti, PhD, co-premier auteur du document qui a également terminé sa recherche doctorale en le laboratoire Zuker. « Quelque chose transmettait un signal, indiquant la présence de sucre, de l'intestin au cerveau. »

L'équipe de recherche a ensuite tourné son attention vers le nerf vague, un conduit bien connu entre le cerveau et les organes internes du corps.

Dans une série d'expériences sur des souris, les scientifiques ont développé des techniques pour surveiller l'activité en temps réel des cellules du nerf vague. L'équipe a observé comment l'activité de ces cellules a changé lorsque le sucre a été introduit dans l'intestin des animaux.

« En enregistrant l'activité des cellules cérébrales dans le nerf vague, nous avons identifié un groupe de cellules dans le nerf vague qui répondent au sucre », a déclaré le Dr Sisti. « Nous avons vu, pour la première fois, la détection du sucre via cette voie directe de l'intestin au cerveau. »

D'autres expériences ont révélé le circuit plus en détail. L'inhibition d'une protéine spécifique transportant le sucre dans l'intestin a éliminé la réponse neurale des animaux au sucre, montrant que cette protéine, appelée SGLT-1, est un capteur clé transmettant la présence de sucre de l'intestin au cerveau via ce que l'on appelle le axe intestin-cerveau.

Dans une prédiction clé de cette étude, l'équipe a ensuite montré que faire taire ce circuit intestinal-cerveau abolissait complètement l'envie et la préférence des animaux pour le sucre, démontrant comment le contrôle de la fonction de ce circuit pouvait avoir un impact spectaculaire sur le désir de sucre de l'animal. Dans l'une de leurs dernières expériences, les chercheurs ont également activé les cellules cérébrales qui répondent normalement aux signaux de sucre provenant de l'intestin. Cette fois, cependant, ils ont activé ces cellules chaque fois que l'animal a consommé une boisson Kool-Aid sans sucre, détournant essentiellement ce circuit. Remarquablement, dit le Dr Zuker, les animaux ont agi comme s'ils prenaient du vrai sucre. En effet, tromper le cerveau pour qu'il réponde comme s'il consommait du sucre.

Ensemble, ces résultats démontrent l'existence de deux systèmes complémentaires, mais indépendants, pour détecter le sucre riche en énergie, l'un provenant de la langue, l'autre de l'intestin.

« Ces résultats pourraient stimuler le développement de stratégies plus efficaces pour réduire de manière significative notre volonté inextinguible pour le sucre, de la modulation de divers composants de ce circuit à des substituts potentiellement sucrés qui imitent plus étroitement la façon dont le sucre agit sur le cerveau », a déclaré Tan.

À l'avenir, l'équipe prévoit de relier l'axe intestin-cerveau à d'autres circuits cérébraux, y compris ceux impliqués dans la récompense, l'alimentation et les émotions.