Ju mindre en mask av arten Caenorhabditis elegans (C. elegans ) äter , desto långsammare förlorar den sitt fett. Nu har forskare vid Scripps Research upptäckt varför det är så: en liten molekyl som produceras av maskarnas tarm under fastan färdas till hjärnan och blockerar en fettförbränningssignal under denna tid. Även om den exakta molekyl som de har identifierat i maskarna ännu inte har studerats på människor, hjälper det nya arbetet forskarna att bättre förstå det komplexa samspelet mellan tarm och hjärna. Det kan också kasta ljus över varför fasta – att avstå från mat under en period – har fördelar som är oberoende av mängden kalorier som en person konsumerar. Den nya studien publicerades i Nature Communications den 11 augusti2024.

Forskarna under ledning av Supriya Srinivasan, Scripps Research Professor of Neuroscience, PhD, huvudförfattare till den nya studien, har för första gången funnit att fasta överför information till hjärnan som går utöver ren kaloribrist. Dessa fynd får dem att undra om det finns molekyler som produceras i tarmarna hos andra djur, inklusive däggdjur, som förklarar några av de hälsoeffekter som är förknippade med fasta.

Insulinmolekyl som produceras av tarmceller påverkar fettmetabolismen via hjärnan

Forskare har länge vetat att hjärnan styr produktionen och nedbrytningen av fett hos människor, andra däggdjur och modellorganismer som C. elegans. År 2017 identifierade Srinivasans grupp FLP-7, ett hjärnhormon som stimulerar fettförbränningen i nematodens tarm. C. elegans har dock inga sensoriska nerver i tarmen, så forskarna kämpade med att dechiffrera den omvända kommunikationsvägen: Hur signalerar tarmen till hjärnan? Experterna visste att en förändring av ämnesomsättningen i tarmen kan förändra egenskaperna hos nervcellerna i hjärnan, men det var mycket förbryllande hur detta faktiskt går till. I det nya arbetet tog Srinivasan och hennes kollegor bort mer än 100 signalmolekyler från tarmen hos C. elegans, en efter en, och mätte deras inverkan på FLP-7-produktionen i hjärnan.

De fann en molekyl som hade en stor inverkan på FLP-7: en form av insulin som kallas INS-7. Hos människor är insulin främst känt som det hormon som produceras av bukspottkörteln och som kontrollerar blodsockernivån. Men den här insulinmolekylen producerades istället av tarmceller och hade också en effekt på fettmetabolismen via hjärnan. När forskarna upptäckte att det rörde sig om ett insulin tyckte de att det var en paradox.
Insulin är så väl studerat hos däggdjur och det fanns inget prejudikat för att en insulinmolekyl skulle spela den här rollen.

Men när gruppen undersökte hur INS-7 påverkade de FLP-7-producerande hjärncellerna fann de att det inte aktiverade insulinreceptorerna – som alla tidigare upptäckta insulinmolekyler – utan blockerade insulinreceptorn. Denna blockering satte i sin tur igång en kaskad av andra molekylära händelser som så småningom fick hjärncellerna att sluta producera FLP-7. Enligt Srinivasan är INS-7 i princip en signal från tarmen som talar om för hjärnan att den inte ska förbränna mer fett för tillfället eftersom det inte tillförs någon mat.

Signaler mellan tarm och hjärna styr ämnesomsättningen

Studier har redan visat att perioder av fasta kan påverka kroppen på olika sätt, men mekanismerna bakom dessa förändringar har tidigare varit oklara. Den nya studien pekar på ett sätt på vilket en tom tarm kan signalera till hjärnan, vilket potentiellt kan leda till en rad hälsoeffekter utöver fett. De nya rönen, säger Srinivasan, bidrar till att förklara hur hjärnan och matsmältningssystemet kommunicerar i båda riktningarna för att styra ämnesomsättningen som svar på tillgången på mat. Ytterligare forskning behövs för att fastställa vilka specifika vägar hos däggdjur som är involverade i de nya signalerna mellan tarm och hjärna.

Föreningar som efterliknar tarmhormoner – t.ex. semaglutid, känt under varumärken som Ozempic, Wegovy och Rybelus – har nyligen visat sig vara populära i kampen mot fetma och diabetes, så nya peptider från tarmen skulle kunna komplettera denna klass av läkemedel. Srinivasan planerar också experiment för att studera hur tarmceller från C. elegans stimuleras att producera INS-7 under fasta och vilka typer av hjärnceller som påverkas av molekylen.