L’insuline active les neurones hépatiques du noyau paraventriculaire de l’hypothalamus via la signalisation mTOR

Contexte académique

L’homéostasie du glucose est un processus physiologique essentiel à la vie, et le foie joue un rôle central dans ce processus. Le foie régule la glycémie en modulant la production de glycogène et la libération de glucose. Bien que l’insuline puisse agir directement sur les tissus hépatiques pour inhiber la production de glucose, des études récentes ont montré que le système nerveux central (en particulier l’hypothalamus) joue également un rôle important dans la régulation du métabolisme du glucose. Le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus (paraventricular nucleus of the hypothalamus, PVN) est un noyau hétérogène qui intègre la régulation autonome et métabolique, en particulier la sortie autonome liée à la fonction hépatique. Les neurones du PVN expriment des récepteurs à l’insuline et sont connectés au foie via le nerf vague, ce qui fait du PVN un site clé pour la régulation centrale de la fonction hépatique par l’insuline.

Cependant, les mécanismes par lesquels l’insuline régule la fonction hépatique via le système nerveux central restent mal compris. Plus précisément, la manière dont l’insuline influence les neurones du PVN pour moduler la sortie vagale et réguler la production de glucose hépatique demeure une énigme. Pour résoudre cette question, les chercheurs ont mené cette étude afin de révéler les mécanismes des circuits neuronaux par lesquels l’insuline régule la fonction hépatique via les neurones du PVN.

Source de l’article

Cette étude a été réalisée par Karoline Martins dos Santos, Sandy E. Saunders, Vagner R. Antunes et Carie R. Boychuk. Les auteurs sont affiliés à l’University of Texas Health San Antonio, à l’University of São Paulo et à l’University of Missouri. L’article a été publié pour la première fois le 12 décembre 2024 dans le Journal of Neurophysiology, avec le DOI 10.1152/jn.00284.2024.

Processus et résultats de la recherche

1. Conception et déroulement de l’étude

a) Traçage rétrograde avec le virus de la pseudorage (PRV)

Pour étudier les circuits neuronaux entre les neurones du PVN et le foie, les chercheurs ont utilisé le virus de la pseudorage (PRV-152) pour un traçage rétrograde. Le PRV-152 est un virus modifié capable de se propager à travers les synapses neuronales, marquant ainsi les circuits neuronaux liés au foie. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

1. Injection de PRV-152 dans le foie : Les chercheurs ont injecté le PRV-152 dans le foie de souris, puis ont sacrifié les animaux à 48 heures, 72 heures et 96 heures après l’injection pour observer le nombre de neurones marqués dans le PVN et le noyau dorsal du vague (dorsal motor nucleus of the vagus, DMV) à différents moments.
2. Expérience de vagotomie : Pour confirmer la relation entre les neurones du PVN et le nerf vague, les chercheurs ont sectionné le nerf vague gauche des souris avant l’injection de PRV-152, puis ont observé les changements dans les neurones marqués dans le PVN et le DMV.

b) Analyse phénotypique par immunohistochimie

Pour déterminer le phénotype des neurones hépatiques du PVN (PVNhepatic), les chercheurs ont effectué une coloration immunohistochimique sur les neurones du PVN, en détectant trois neuropeptides principaux : l’ocytocine (oxytocin, OT), la vasopressine (vasopressin, VP) et l’hormone de libération de la corticotropine (corticotropin-releasing hormone, CRH).

c) Enregistrement électrophysiologique

Pour étudier l’effet de l’insuline sur l’activité des neurones PVNhepatic, les chercheurs ont utilisé la technique de patch-clamp pour enregistrer l’activité électrique des neurones PVNhepatic. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

1. Préparation des tranches cérébrales : Des tranches cérébrales contenant le PVN ont été prélevées sur des souris et incubées dans un liquide céphalo-rachidien artificiel (ACSF).
2. Traitement à l’insuline : Pendant l’enregistrement de l’activité neuronale, les chercheurs ont ajouté de l’insuline aux tranches cérébrales pour observer son effet sur la fréquence de décharge des neurones.
3. Expérience d’inhibition de la voie mTOR : Pour étudier les mécanismes moléculaires de l’action de l’insuline, les chercheurs ont utilisé le rapamycine, un inhibiteur de mTOR, avant l’ajout d’insuline, pour observer son effet sur les changements de fréquence de décharge induits par l’insuline.

2. Résultats principaux

a) Résultats du traçage rétrograde avec PRV

• Marquage des neurones du DMV : 48 heures après l’injection de PRV-152, un petit nombre de neurones marqués sont apparus dans le DMV, et leur nombre a augmenté de manière significative à 72 et 96 heures. Après la vagotomie, les neurones marqués dans le DMV ont presque complètement disparu, indiquant que les neurones du DMV sont connectés au foie via le nerf vague.
• Marquage des neurones du PVN : Les neurones du PVN ont commencé à être marqués 72 heures après l’injection de PRV-152, et leur nombre a augmenté de manière significative à 96 heures. Après la vagotomie, les neurones marqués dans le PVN ont presque complètement disparu, indiquant que les neurones du PVN sont connectés au foie via le nerf vague.

b) Résultats de l’analyse phénotypique par immunohistochimie

Les neurones PVNhepatic n’ont pas montré de co-marquage avec OT, VP ou CRH, suggérant que ces neurones n’expriment pas ces neuropeptides.

c) Résultats des enregistrements électrophysiologiques

• Effet de l’insuline sur les neurones PVNhepatic : L’insuline a significativement augmenté la fréquence de décharge des neurones PVNhepatic. Les neurones non marqués du PVN ont montré une réponse plus faible à l’insuline, indiquant que l’effet de l’insuline est spécifique.
• Rôle de la voie mTOR : Le prétraitement au rapamycine a inhibé l’augmentation de la fréquence de décharge des neurones PVNhepatic induite par l’insuline, indiquant que l’action de l’insuline dépend de la voie de signalisation mTOR.

3. Conclusions et implications

Cette étude révèle que l’insuline active les neurones PVNhepatic via la voie de signalisation mTOR, régulant ainsi la fonction hépatique via le nerf vague. Plus précisément, l’insuline active les neurones PVNhepatic, augmentant leur fréquence de décharge, ce qui inhibe la production de glucose hépatique via le nerf vague. Cette découverte approfondit notre compréhension du rôle du système nerveux central dans l’homéostasie du glucose et offre de nouvelles cibles potentielles pour le traitement des maladies métaboliques telles que le diabète.

4. Points forts de l’étude

• Mécanisme de circuit neuronal novateur : Première démonstration du mécanisme de circuit neuronal par lequel l’insuline régule la fonction hépatique via les neurones PVNhepatic.
• Rôle clé de la voie mTOR : Clarification du rôle central de la voie mTOR dans la régulation de l’activité des neurones PVNhepatic par l’insuline.
• Technique de marquage spécifique : Utilisation réussie du traçage rétrograde avec PRV et de techniques immunohistochimiques pour marquer et identifier les neurones PVNhepatic.

5. Autres informations utiles

• Rigueur de la conception expérimentale : Les chercheurs ont utilisé des expériences de vagotomie et d’inhibition de mTOR pour garantir la fiabilité et la spécificité des résultats.
• Valeur potentielle pour les applications : Cette étude fournit une base théorique pour le développement de stratégies de traitement du diabète ciblant le système nerveux central.