Hoe minder een worm van de soort Caenorhabditis elegans (C. elegans ) eet , hoe langzamer hij zijn vet verliest. Wetenschappers van Scripps Research hebben nu ontdekt waarom dit zo is: een kleine molecule die tijdens het vasten door de darmen van de wormen wordt geproduceerd, reist naar de hersenen en blokkeert in die periode een vetverbrandingssignaal. Hoewel de exacte molecule die ze in de wormen hebben geïdentificeerd nog niet bij mensen is onderzocht, helpt het nieuwe werk wetenschappers om de complexe interactie tussen de darm en de hersenen beter te begrijpen. Het zou ook licht kunnen werpen op de vraag waarom vasten – het onthouden van voedsel gedurende een bepaalde periode – voordelen heeft die onafhankelijk zijn van de hoeveelheid calorieën die iemand binnenkrijgt. Het nieuwe onderzoek werd gepubliceerd in Nature Communications op 11 augustus2024.

De onderzoekers onder leiding van Supriya Srinivasan, Scripps Research Professor of Neuroscience, PhD, hoofdauteur van de nieuwe studie, hebben voor het eerst ontdekt dat vasten informatie doorgeeft aan de hersenen die verder gaat dan alleen calorietekort. Op basis van deze bevindingen vragen zij zich af of er moleculen zijn die in de darmen van andere dieren, waaronder zoogdieren, worden geproduceerd en die sommige gezondheidseffecten van vasten kunnen verklaren.

Insulinemolecuul geproduceerd door darmcellen beïnvloedt vetstofwisseling via de hersenen

Onderzoekers weten al lang dat de hersenen de productie en afbraak van vetten controleren bij mensen, andere zoogdieren en modelorganismen zoals C. elegans. In 2017 identificeerde de groep van Srinivasan FLP-7, een hormoon in de hersenen dat de vetverbranding in de darm van de nematode stimuleert. C. elegans hebben echter geen sensorische zenuwen in hun darmen, dus worstelden de wetenschappers met het ontcijferen van het omgekeerde communicatiepad: hoe geeft de darm een signaal af aan de hersenen? De experts wisten dat het veranderen van de stofwisseling in de darm de eigenschappen van neuronen in de hersenen kan veranderen, maar het was een raadsel hoe dit precies gebeurt. In het nieuwe werk verwijderden Srinivasan en haar collega’s één voor één meer dan 100 signaalmoleculen uit de darmen van C. elegans en maten hun invloed op de FLP-7 productie in de hersenen.

Ze vonden één molecuul dat een grote invloed had op FLP-7: een vorm van insuline die INS-7 wordt genoemd. Bij mensen is insuline vooral bekend als het hormoon dat door de alvleesklier wordt geproduceerd en dat de bloedsuikerspiegel regelt. Deze insulinemolecule werd echter geproduceerd door darmcellen en had ook een effect op de vetstofwisseling via de hersenen. Toen de onderzoekers ontdekten dat het om insuline ging, dachten ze dat het een paradox was. Insuline is zo goed bestudeerd bij zoogdieren en er was geen precedent voor een insulinemolecuul dat deze rol speelde.

Toen de groep echter onderzocht hoe INS-7 de FLP-7-producerende hersencellen beïnvloedde, ontdekten ze dat het niet de insulinereceptoren activeerde – zoals alle eerder ontdekte insulinemoleculen – maar de insulinereceptor blokkeerde. Deze blokkade zette op zijn beurt een cascade van andere moleculaire gebeurtenissen in gang die er uiteindelijk voor zorgden dat de hersencellen stopten met de productie van FLP-7. Volgens Srinivasan is INS-7 in feite een signaal van de darmen dat de hersenen vertelt om op dit moment geen vetreserves meer te verbranden omdat er geen voedsel wordt aangevoerd.

Signalen tussen darmen en hersenen regelen stofwisseling

Studies hebben al aangetoond dat periodes van vasten het lichaam op verschillende manieren kunnen beïnvloeden, maar de mechanismen van deze veranderingen waren voorheen onduidelijk.
Het nieuwe onderzoek wijst op één manier waarop een lege darm een signaal kan afgeven aan de hersenen, wat mogelijk kan leiden tot een reeks gezondheidseffecten die verder gaan dan vet.
De nieuwe bevindingen, aldus Srinivasan, helpen verklaren hoe de hersenen en het spijsverteringsstelsel in beide richtingen communiceren om de stofwisseling te regelen in reactie op de beschikbaarheid van voedsel.

Verder onderzoek is nodig om te bepalen welke specifieke paden bij zoogdieren betrokken zijn bij de nieuwe signalen tussen de darmen en de hersenen.
Samenstellingen die darmhormonen nabootsen – zoals semaglutide, bekend onder merknamen als Ozempic, Wegovy en Rybelus – zijn recent populair gebleken in de strijd tegen obesitas en diabetes, dus nieuwe darmpeptiden zouden deze klasse van geneesmiddelen kunnen aanvullen.
Srinivasan plant ook experimenten om te bestuderen hoe darmcellen van C. elegans worden gestimuleerd om INS-7 te produceren tijdens het vasten en welke soorten hersencellen worden beïnvloed door de molecule.