Consequence and mechanism of diet-driven vagal remodeling on gut-brain feeding behavior

饮食驱动的迷走神经重塑对肠脑进食行为的影响和机制

基本信息

  • 批准号:
    10581535
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Obesity is one of the defining public health problems of our time. At its root, increases in fat storage is caused by an imbalance in energy homeostasis, favoring energy intake over expenditure. Physiological mechanisms are in place to prevent excess caloric intake, yet these defense mechanisms fail in the face a modern food environment that promotes food intake. This is underscored by the lack of efficacy of non-invasive strategies, such as caloric restriction or medications, to sustain long-term weight loss. Thus, there is a critical need to understand the pathophysiology leading to food overconsumption and develop novel strategies to promote weight loss. The vagus nerve provides direct communication about nutrient intake from the gut to the brain. Removing of the vagus in lean animals results in significant overeating when presented with palatable calorie dense diets, suggesting a protective role of the vagus nerve to prevent overconsumption of calories. In obesity, vagal communication of gut metabolic cues to the brain is impaired, and preventing vagal signaling results in weight loss in animals fed high fat diet. The mechanisms for the switch from protection against, towards promoting obesity are unclear, but we have recently demonstrated that chronic consumption of high fat diet results in anatomical restructuring of vagal fibers in the brain. Therefore, we propose a new hypothesis that vagal gut-brain axis is reprogramed in response to high fat diets to drive obesity. We use a combination of molecular and genetic approaches to deconstruct the sensory vagus into cellular components based on their site of innervation to fully elucidate the role of high fat feeding on vagal remodeling. In aim 1 we assess the impact of diet on vagal fiber anatomy, synaptic function, and the behavioral consequences, including meal termination and motivation for food. In aims 2 and 3 we consider the mechanisms by which diet causes vagal remodeling. We hypothesize that a gut microbiota-driven immune response triggers the rewiring of the gut-brain axis. This is supported by our previous work and preliminary data showing abnormal microbiota composition is necessary and sufficient to alter vagal innervation in the NTS. In aim 2, we will use germ free rats and microbiota transplant to determine 1) if microbiota dysbiosis is sufficient for vagal remodeling, and 2) if restoring a symbiotic microbiota in obesity can normalize vagal signaling, feeding behavior and body weight. In aim 3 we will combine genetic and molecular tools to investigate the recruitment of immune cells with the vagal afferent pathway as mediators of diet-driven vagal maladaptation. Completion of these studies will identify vagal rewiring as a novel pathway in the etiology of obesity, and establish microbiota and microglia as potential tools for the development of weight loss strategies. .
项目概要 肥胖是我们这个时代决定性的公共卫生问题之一。从根本上来说,导致脂肪储存增加 由于能量稳态不平衡,有利于能量摄入而不是支出。生理机制是 可以防止热量摄入过多,但这些防御机制在面对现代食物时却失效了 促进食物摄入的环境。非侵入性策略缺乏功效凸显了这一点, 例如热量限制或药物治疗,以维持长期减肥。因此,迫切需要 了解导致食物过度消费的病理生理学并制定新的策略来促进 减肥。迷走神经提供从肠道到大脑的营养摄入的直接通讯。 当提供可口的卡路里时,去除瘦动物的迷走神经会导致严重的暴饮暴食 密集饮食,表明迷走神经具有防止卡路里过度消耗的保护作用。在肥胖的情况下, 肠道代谢信号与大脑的迷走神经通讯受到损害,并且阻止迷走神经信号传导会导致 喂食高脂肪饮食的动物体重减轻。从保护转向的机制 促进肥胖的尚不清楚,但我们最近证明,长期食用高脂肪饮食 导致大脑中迷走神经纤维的解剖结构重组。因此,我们提出一个新的假设:迷走神经 肠脑轴因高脂肪饮食而被重新编程,从而导致肥胖。我们使用分子组合 以及根据感觉迷走神经的位置将感觉迷走神经解构为细胞成分的遗传方法 神经支配充分阐明高脂肪喂养对迷走神经重塑的作用。在目标 1 中,我们评估了以下方面的影响: 饮食对迷走神经纤维解剖学、突触功能和行为后果的影响,包括进餐终止和 食物的动机。在目标 2 和 3 中,我们考虑饮食引起迷走神经重塑的机制。我们 假设肠道微生物群驱动的免疫反应触发肠-脑轴的重新布线。这是 我们之前的工作和显示异常微生物群组成的初步数据的支持是必要的 并足以改变 NTS 中的迷走神经支配。在目标 2 中,我们将使用无菌大鼠和微生物移植 确定 1) 微生物群失调是否足以进行迷走神经重塑,以及 2) 是否恢复共生微生物群 在肥胖症中可以使迷走神经信号、进食行为和体重正常化。在目标 3 中,我们将结合遗传 和分子工具来研究以迷走神经传入途径作为介质的免疫细胞的招募 饮食驱动的迷走神经适应不良。这些研究的完成将确定迷走神经重新布线是一种新的途径 肥胖的病因学,并建立微生物群和小胶质细胞作为体重发展的潜在工具 损失策略。 。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Gut microbiota composition modulates inflammation and structure of the vagal afferent pathway.
肠道微生物群组成调节炎症和迷走神经传入途径的结构。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Kim, J S;Kirkland, R A;Lee, S H;Cawthon, C R;Rzepka, K W;Minaya, D M;de Lartigue, G;Czaja, K;de La Serre, C B
  • 通讯作者:
    de La Serre, C B
Microbiota's Role in Diet-Driven Alterations in Food Intake: Satiety, Energy Balance, and Reward.
微生物群在饮食驱动的食物摄入改变中的作用:饱腹感、能量平衡和奖励。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021-08-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Rautmann, Allison W;de La Serre, Claire B
  • 通讯作者:
    de La Serre, Claire B
Reappraising the role of the vagus nerve in GLP-1-mediated regulation of eating.
重新评估迷走神经在 GLP-1 介导的饮食调节中的作用。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Brierley, Daniel I;de Lartigue, Guillaume
  • 通讯作者:
    de Lartigue, Guillaume
Non-Nutritive Sweetened Beverages Impair Therapeutic Benefits of Metformin in Prediabetic Diet-Induced Obese Mice.
非营养性甜味饮料会损害二甲双胍对糖尿病前期饮食诱导的肥胖小鼠的治疗效果。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-05-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Singh, Arashdeep;Rourk, Katelyn;Bernier, Angelina;de Lartigue, Guillaume
  • 通讯作者:
    de Lartigue, Guillaume
Introduction to special issue on feeding peptides.
介绍喂养肽特刊。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    de Lartigue, Guillaume;Raybould, Helen;Dockray, Graham
  • 通讯作者:
    Dockray, Graham
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