Hintergrund: Die Nahrungsaufnahme ist komplex reguliert und wird durch unterschiedliche Hormone gehemmt. In Hinblick auf die zunehmende Prävalenz von Übergewicht und Adipositas mit den damit verbundenen gesundheitlichen Folgen ist ein detailliertes Verständnis der Hunger-Sättigungsregulation bedeutend. Cholecystokinin (CCK) reduziert kurzfristig die Nahrungszufuhr des Organismus und interagiert hierbei mit verschiedenen Mediatoren, wie Bombesin, Nesfatin-1, Serotonin oder Neuronatin. In der vorliegenden Arbeit wurde in drei verschiedenen Studien untersucht, wie peripher verabreichtes CCK oder Bombesin die neuronale Aktivierung (c-Fos) von Sertonin-, NUCB2/ Nesfatin-1- oder Neuronatin-haltigen Neuronen in wichtigen Hunger-Sättigungszentren des Hirnstammes bzw. Hypothalamus beeinflusst.
Methodik: Für unsere Experimente nutzten wir ad libitum gefütterte männliche Sprague-Dawley Ratten. In der ersten Studie injizierten wir den Versuchstieren CCK-8S intraperitoneal (i.p.) und werteten immunhistochemisch Aktivierungsmuster in den Kerngebieten Nucleus tractus solitarii (NTS) und Nucleus dorsalis nervi vagi (DMV) des Hirnstammes sowie des Nucleus paraventricularis (PVN) und Nucleus arcuatus (ARC) im Hypothalamus mittels des neuronalen Aktivierungsmarkers c-Fos aus. Zusätzlich bestimmten wir die Fluoreszenzintensität von Serotonin in den genannten Kernbereichen. In der zweiten Studie wurde männlichen Sprague-Dawley-Ratten Bombesin i.p. verabreicht. Daraufhin wurde die Anzahl von c-Fos-positiven, sowie von NUCB2/Nesfatin-1-immunreaktiven Neuronen im NTS, PVN und ARC bestimmt. Die dritte Forschungsarbeit untersuchte die c-Fos-Aktivierung in Kombination mit der Neuronatin-Immunreaktivität von Neuronen im NTS und DMV des Hirnstammes nach peripherer Verabreichung von Bombesin oder CCK-8S.
Ergebnisse: I.p. verabreichtes CCK-8S führte dosisabhängig zu einer signifikanten Zunahme c-Fos-positiver Neurone im PVN und NTS im Vergleich zu den Kontrolltieren. Während im DMV und ARC keine Veränderungen der Anzahl c-Fos-positiver Neurone beobachtet wurden, kam es im NTS und DMV nach CCK-Injektion zu einer statistisch signifikanten Abnahme der Serotonin-Fluoreszenzintensität in den Nervenfasern. Die i.p. Injektion von Bombesin bewirkte eine Zunahme c-Fos-positiver Neurone im PVN und im NTS. Gleichzeitig konnte ein signifikanter Anstieg von c-Fos-positiven Neuronen mit NUCB2/Nesfatin-1-Immunreaktivität beobachtet werden. Zusätzlich fand sich auch eine Zunahme von c-Fos-positiven Neuronen mit Kolokalisation von NUCB2/Nesfatin-1 und Tyrosinhydroxylase im NTS sowie NUCB2/Nesfatin-1 und Oxytocin im PVN. Sowohl i.p. verabreichtes CCK, wie auch Bombesin bewirkte eine Zunahme von c-Fos-positiven Neuronen im NTS. Gleichzeitig führten CCK und Bombesin zu einer dosisabhängigen Steigerung der Anzahl aktivierter Neuronatin-Neurone.
Schlussfolgerung: Peripher verabreichtes CCK scheint bei der zentralen Signalweitergabe von Hunger-Sättigungsimpulsen über das Serotonin- sowie über das Neuronatinsystem zu wirken. I.p. verabreichtes Bombesin führt zu einer Aktivierung von NUCB2/Nesfatin-1 Neuronen im Hirnstamm und Hypothalamus. Zusätzlich bewirkt Bombesin eine Aktivierung von Neuronatin-Neuronen im NTS, was für eine Beteiligung von Neuronatin an dem Nahrungsaufnahme-hemmenden Effekt von Bombesin sprechen könnte.
Background: Food intake is regulated in a complex way and various hormones are involved in its short-term inhibition. Given the increasing prevalence of obesity and the associated comorbidities, a detailed understanding of hunger and satiety regulation is warranted. Cholecystokinin (CCK) is responsible for short-term downregulation of food-intake and interacts with various other mediators, among them serotonin, bombesin, NUCB2/nesfatin-1, and neuronatin. In the present study, we examined the involvement of these mediators on the respective neuronal regulatory circles after intraperitoneal administration of CCK or bombesin.
Methods: For all experiments ad libitum fed male Sprague-Dawley rats were used. In our first study, the animals were injected with CCK-8S and the immunohistochemical activation patterns in the neurons of the solitary tract (NTS) and the dorsal nucleus of the vagus nerve (DMV) in the brainstem, as well as in the paraventricular nucleus (PVN) and the arcuate nucleus (ARC) of the hypothalamus were examined using c-Fos immunoreactivity. Further, the fluorescence intensity of serotonin in nerve fibers of these nuclei was analyzed. In our second study, the number of c Fos and NUCB2/nesfatin-1-immunoreactive neurons in the NTS, PVN, and ARC were examined after injection of bombesin. In our third setup, the rats were injected with CCK-8S or bombesin. Here, the activation of neuronatin immunoreactive neurons in the NTS and DMV of the brainstem were studied.
Results: Injection of CCK-8S dose-dependently significantly increased the number of c-Fos-positive neurons in the PVN and NTS, whereas there was no increase of c-Fos-positive neurons in the DMV and ARC. Serotonin-fluorescence in the brainstem significantly decreased in the neurons of the NTS and DMV. Injection of bombesin resulted in an increase of c-Fos-positive neurons in the NTS and PVN. At the same time, a significant increase of c Fos-positive neurons with NUCB2/nesfatin-1 immunoreactivity could be observed. Further, there was an increase of c-Fos-positive neurons colocalizing with NUCB2/nesfatin-1 and tyrosine hydroxylase in the NTS and NUCB2/nesfatin-1 and oxytocin in the PVN. Administration of CCK and bombesin increased c-Fos-positive neurons in the NTS and also increased the number of activated neuronatin-neurons.
Conclusion: Peripherally administered CCK seems to act on central hunger satiety signals stimulating the serotonin- and neuronatin system. Bombesin activates NUCB2/nesfatin-1 neurons in the brainstem and hypothalamus, possibly mediated by a peripheral release of CCK. Further, bombesin activates neuronatin-neurons in the brainstem. Neuronatin in the brainstem could thus be involved in the mediation of the inhibitory effect of bombesin on food intake.
