El nivel de glucosa en la sangre del cuerpo debe mantenerse en un rango relativamente estrecho. No puede ser demasiado alto, ya que puede conducir a la diabetes, y no puede ser demasiado bajo, ya que puede causar desmayos o incluso la muerte.
« Hay muchas neuronas sensibles a la glucosa en el cerebro que se cree que participan activamente en la detección de pequeños cambios en los niveles de glucosa en el cuerpo y luego desencadenan respuestas correspondientes para devolver el nivel a un rango saludable », dijo el Dr. Yong Xu, profesor de pediatría : nutrición, biología molecular y celular y medicina en Baylor. « Pero ha habido varias preguntas sobre esto durante mucho tiempo ».
¿El cerebro juega un papel en la regulación de la glucosa en sangre?
El concepto aceptado es que los niveles de glucosa en sangre están estrictamente controlados por hormonas secretadas en el páncreas, como la insulina y el glucagón. Entonces, algunos científicos se han preguntado, ¿las neuronas sensibles a la glucosa en el cerebro realmente juegan un papel en la regulación del nivel de glucosa en todo el cuerpo?
En este estudio publicado en Journal of Clinical Investigation, Xu y sus colegas examinaron el papel de un grupo particular de neuronas sensibles a la glucosa en el mantenimiento del equilibrio de glucosa en sangre en modelos animales.
« Las neuronas sensibles a la glucosa se pueden dividir en dos grupos según cómo respondan a las fluctuaciones de la glucosa », explicó Xu. « Un grupo se llama neuronas excitadas por glucosa (GE) y el otro son neuronas inhibidas por glucosa (GI). En este estudio, nos enfocamos en el segundo grupo, el menos estudiado de los dos ».
Las neuronas GE se activan o excitan cuando el nivel de glucosa a su alrededor es más alto. « Esto es de esperar porque la glucosa es un combustible para la mayoría de las células, incluidas las neuronas », dijo Xu. « Tener más combustible disponible apoyaría una mayor actividad celular ».
Por otro lado, las neuronas GI se inhiben cuando los niveles de glucosa son más altos y, paradójicamente, se activan cuando los niveles de glucosa son más bajos. « Esto ha sido desconcertante para los investigadores, ya que esperaban lo contrario, menos actividad neuronal cuando la glucosa es baja », dijo Xu. « Queríamos entender el mecanismo que desencadenaba la actividad neuronal GI bajo niveles bajos de glucosa y si esto contribuía al equilibrio de la glucosa en sangre ».
Los investigadores se centraron en las neuronas GI ubicadas en una región llamada núcleo hipotalámico ventromedial (VMH) en el cerebro del ratón. Específicamente, estudiaron qué canales iónicos en las neuronas gastrointestinales mediaban en la detección de niveles bajos de glucosa. Los canales iónicos son proteínas en la superficie de las neuronas que permiten que los iones cargados entren y salgan de la célula. Este proceso es necesario para la activación o disparo neuronal.
« Descubrimos que se requiere un canal de iones llamado anoctamin 4 (ano4) para la activación de las neuronas GI en respuesta a la glucosa baja », dijo Xu. « De hecho, nuestros datos muestran que ano4 es un marcador que define las neuronas GI. Si una neurona VMH expresa ano4, entonces es una neurona GI. Si una neurona VMH no expresa ano4, no es una neurona GI ».
Neuronas gastrointestinales y diabetes tipo 1
A continuación, los investigadores investigaron el papel de las neuronas gastrointestinales en la regulación de la glucosa en sangre en un modelo de ratón con diabetes tipo 1. En este modelo, las células beta pancreáticas productoras de insulina están ausentes. La falta de insulina desencadena un aumento de los niveles de azúcar en la sangre, el sello distintivo de la diabetes. Al eliminar genéticamente el gen ano4 en las neuronas GI ubicadas en el VMH en estos ratones diabéticos, los investigadores normalizaron sustancialmente los niveles de azúcar en la sangre.
« Nuestros hallazgos sugieren que las neuronas sensibles a la glucosa en el cerebro son importantes para la regulación de la glucosa en todo el cuerpo. Descubrimos que las neuronas GI tienen una función importante durante la diabetes, cuando las células beta pancreáticas no producen insulina para controlar los niveles de azúcar en la sangre », dijo Xu. « En este caso, los niveles de glucosa en sangre se pueden manipular con bastante eficacia en el modelo de ratón al eliminar un solo gen en las neuronas gastrointestinales, un pequeño grupo de células en el cerebro. A continuación, queremos determinar si la inhibición farmacológica de ano4 también ayudaría controlar los niveles de glucosa en sangre en este modelo de diabetes tipo 1 y en modelos de diabetes tipo 2 ».
Otros colaboradores de este trabajo incluyen Longlong Tu, Jonathan C. Bean, Yang He, Hailan Liu, Meng Yu, Hesong Liu, Nan Zhang, Na Yin, Junying Han, Nikolas Anthony Scarcelli, Kristine Marie Conde, Mengjie Wang, Yongxiang Li, Bing Feng, Peiyu Gao, Zhao-Lin Cai, Makoto Fukuda, Mingshan Xue, Qingchun Tong, Yongjie Yang, Lan Liao, Jianming Xu, Chunmei Wang y Yanlin He. Los autores están afiliados a una o más de las siguientes instituciones: Baylor College of Medicine, Louisiana State University — Baton Rouge, Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute at Texas Children’s Hospital y University of Texas Health Science Center -Houston.
El estudio fue apoyado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (P01DK113954, R01DK115761, R01DK117281, R01DK125480, R01DK120858, K01DK119471, R01 DK114279, R01DK120858, R01DK109934, R21NS108091, R01DK104901, R01DK12665, R01DK129548, R01MH117089, P01DK113954-AMC y R01CA193455). USDA/CRIS (51000-064-01S y 3092-51000-064-02S), DOD W81XWH-19-1-0429, McKnight Foundation y American Heart Association Postdoctoral Fellowships ( y 20POST35120600) brindaron apoyo adicional.