ALIMENTAZIONE EDONICA, ANORESSIA E MEDIATORI ENDOGENI DEL REWARD Alessio Maria Monteleone Dipartimento di Psichiatria Università di Napoli SUN

SOMMARIO Regolazione dell’alimentazione: interazione tra circuiti omeostatici e del reward Endocannabinoidi ed alimentazione Valutazione del reward da alimentazione in pazienti affette da Anoressia Nervosa Conclusioni L’alimentazione è un complesso fenomeno volto a mantenere l’omeostasi energetica dell’organismo e regolato da diversi mediatori a livello centrale e periferico. In realtà, l’alimentazione non ha solamente un fine omeostatico, ma è caratterizzata anche da una componente edonistica, di gratificazione che potrebbe giocare un ruolo fondamentale in quegli aspetti motivazionali del comportamento alimentare.

REGOLAZIONE OMEOSTATICA DELL’ALIMENTAZIONE Neurotransmettitori/ Neuromodulatori Centrali Serotonina Dopamina Oppioidi Endocannabinoidi BDNF CRF Nel SNC, sito primario ai fini di tale regolazione è l’ipotalamo. (Nell’ipotalamo si possono distinguere un centro della Fame e uno della Sazietà. Il primo è rappresentato dal Nucleo Ipotalamico Laterale alla cui stimolazione provvedono, in primo luogo, i peptidi oressogeni AgRP e NPY prodotti dalle cellule del Nucleo Arcuato che causano il rilascio di ormoni ad azione oressigena: orexina ed MCH che, a loro volta, agiscono in diversi siti del SNC. Il centro della Sazietà, invece, è rappresentato dai Nuclei Ventromediale e Paraventricolare che vengono stimolati dall’ a-MSH prodotto dal Nucleo Arcuato (ed inibiti dal NPY). Su questi centri agiscono una serie di mediatori ormonali prodotti in periferia, quali ghrelina, leptina, insulina e fibre provenienti dal Nucleo del Tratto solitario che, stimolato dalle fibre vagali che innervano il tratto gastrointestinale e sensibili all’azione di mediatori locali quali il GLP-1 e la CCK, sono in grado di trasmettere segnali di sazietà che regolano l’assunzione di cibo durante i pasti. )

CIRCUITI OMEOSTATICI E DEL REWARD DELL’ALIMENTAZIONE La regolazione dell’alimentazione, quindi, si realizza mediante un continuo cross-talk tra i circuiti omeostatici e quelli che mediano il reward. Da un lato, quindi, l’ipotalamo che riceve e integra I segnali riguardanti l’omesostasi energetica e li trasmette ai circuiti del reward nel SNC. Dall’altro, questi ultimi che attribuiscono un valore emozionale agli stimoli alimentari rinforzando o inibendo un comportamento alimentare e generando, insieme con I circuiti della memoria e dell’apprendimento ippocamapali, risposte condizionate verso l’alimentazione che interagiscono con I segnali provenienti dall’ipotalamo. (Più in dettaglio, da un lato l’insula, l’amigdala, la corteccia cingolata anteriore e la corteccia orbito-frontale che sono coinvolte nell’identificazione del potere gratificante di uno stimolo e nella generazione di risposte affettive e dall’altro i network corticali fronto-parietali che sono in grado di modulare gli stati affettivi e giocano un ruolo essenziale nel controllo inibitorio di comportamenti reward-collegati, come anche l’assunzione di cibo. Il circuito del reward, inoltre, è sottoposto all’influenza del circuito mesolimbico, che vede l’interazione della VTA e del Nacc.) Molti dei mediatori perifici della fame e della sazietà coinvolti nella regolazione omeostatica ipotalamica esercitano un ruolo anche a livello delle strutture mesocorticolimbiche e, al contrario, molti classici neurostrasmettitori prodotti dall’attività delle strutture mesocorticolimbiche sono attivi a livello ipotalamico: tra questi, focalizzeremo la nostra discussione circa il ruolo svolto dagli EC.

SOMMARIO Regolazione dell’alimentazione: interazione tra circuiti omeostatici e del reward Endocannabinoidi ed alimentazione Valutazione del reward da alimentazione in pazienti affette da Anoressia Nervosa Conclusioni

ENDOCANNABINOIDI E REGOLAZIONE OMEOSTATICA DELL’ ALIMENTAZIONE Interazione ipotalamica: Ghrelina Leptina Glucocorticoidi Interazione periferica: CCK FAME Gli endocannabinoidi sono in grado di influenzare l’assunzione di cibo a 2 livelli nel sistema nervoso centrale: il sistema mesolimbico, coinvolto nei meccanismi del reward, e i circuiti ipotalamici, dove gli EC interagiscono con vari mediatori regolatori dell’alimentazione. A livello ipotalamico, la loro produzione aumenta in condizioni di digiuno ed è stimolata dalla ghrelina con un meccanismo di feed-forward (l’uno stimola la produzione e ne potenzia l’azione dell’altro) mentre, invece, la leptina, prodotta in condizioni di sazietà, ne inibisce la produzione. La stimolazione, quindi, dei recettori CB1 nei centri ipotalamici, che si verifica in condizioni di digiuno, comporta un aumento dell’appetito. (Interessante è anche la relazione, a tale livello, con il sistema corticosteroideo: gli endocannabinoidi inibiscono la stimolazione del digiuno indotta dai glucocorticoidi.) NO Un cenno merita anche il ruolo svolto dagli EC a livello periferico, secondo quanto indicato da dati sempre più numerosi della letteratura: in particolar modo, a livello gastrointestinale, gli EC sarebbero in grado di inibire il segnale di sazietà trasmesso al NTS dalle fibre vagali antagonizzando l’azione di peptidi anoressizzanti quali la CCK.

ENDOCANNABINOIDI E REWARD N. Accumbens - VTA Dopamina LIKING - WANTING Gli EC, inoltre, come accennato in precedenza, sono in grado di influire sulla regolazione dell’alimentazione agendo a livello dei circuiti del reward, in particolar modo a livello del circuito mesolimbico: è stato dimostrato che l’esposizione a cibo palatabile induce un incremento dei livelli di EC nel Nucleo Accumbens che favoriscono, a loro volta, il rilascio di Dopamina in questa area cerebrale. (Inoltre, un altro sito d’azione degli EC nell’ambito dei circuiti del reward, è l’area VTA dove gli EC sono prodotti e partecipano con circuiti a feedback alla regolazione dei neuroni che di qui proiettano al N Accumbens. E la modulazione da parte degli EC sui circuiti del reward si verifica mediante un’interazione sinergistica con il sistema degli oppiodi. Inoltre, secondo una recente ricerca, le proprietà orosensoriali dei grassi contenuti nei cibi sarebbero in grado di determinare il rilascio di EC a livello intestinale che, a loro volta, favorirebbero l’ulteriore assunzione di cibi ad alto contenuto lipidico.) Possiamo, quindi, affermare che il cibo altamente palatabile è in grado di favorire la produzione di EC, la cui azione a livello dei circuiti del reward, sarebbe in grado di determinare il piacere (“liking”) indotto dall’ingestione di questi cibi e di stimolare la spinta ad assumerli (“wanting”).

SOMMARIO Regolazione dell’alimentazione: interazione tra circuiti omeostatici e del reward Endocannabinoidi ed alimentazione Valutazione del reward da alimentazione in pazienti affette da Anoressia Nervosa Conclusioni Adesso vi mostrerò, quindi, lo studio condotto nella clinica Villa Garda, nel quale siamo andati a valutare i meccanismi del reward….

REWARD E DISTURBI DELL’ALIMENTAZIONE Evidenze di disfunzioni dei circuiti del reward nelle pazienti affette da AN: Cliniche: harm avoidance, sensitivity to punishment sensitivity to reward, novelty seeking Neuroimaging: - Ipo-attivazione stimoli cibo-collegati - Iper-attivazione stimoli denutrizione-collegati Alterata sensibilità per sensory-interoceptive-reward-processes Perché questo studio? Nell’ambito dei disturbi dell’alimentazione e, in particolar modo nell’anoressia nervosa, sono state individuati diversi elementi che indicano la presenza di una disfunzione dei circuiti del reward. Da un lato, infatti, vi sono caratteristiche di personalità che è possibile osservare in queste pazienti, (che persistono anche in caso di guarigione, consentendoci, quindi, di identificarli come fattori di vulnerabilità.) In particolar modo, risulta aumentata l’harm avoidance, ovvero una tendenza all’evitamento del pericolo (che include elementi quali ansia, inibizione e inflessibilità) e risulta aumentata la sensibilità alla punizione. Al contrario, le pz con anoressia tendono a presentarsi come anedoniche e a rifiutare non solo il cibo, ma anche altri aspetti piacevoli della vita e, più in dettaglio, presentano una ridotta sensibilità al reward e una ridotta novelty seeking. In tal senso, anche dati della letteratura provenienti da studi di neuroimaging: ridotta attivazione dell’insula in risposta a gusti dolcificati in studi di fMRI, aumento dell’attivazione delle aree reward-collegate alla presentazione di stimoli collegati alla denutrizione, quali la vista di corpi in sottopeso (o correlazione dell’ansia, anziche del piacere come nei controlli sani, con il rilascio di dopamina a livello striatale in seguito all’ingestione di cibo palatabile rivelato in studi di PET): dati che indicherebbero un’alterata capacità di riconoscimento di stimoli sensoriali-reward correlati (e un’alterata elaborazione dei processi enterocettivi.) Dipartimento di Salute Mentale e Fisica e Medicina Preventiva, Università di Napoli SUN

INTERAZIONE TRA REGOLAZIONE OMEOSTATICA ED EDONICA DELL’ALIMENTAZIONE Il cibo piacevole stimola il proprio consumo rinforzando sia la componente motivazionale che quella edonistica dell’alimentazione. Ciò porta ad un superamento del rigido controllo omeostatico dell’assunzione di cibo. Quindi, quando il cibo piacevole è disponibile nell’ambiente, esso può essere consumato anche in assenza di una necessità energetica. Questo fenomeno è stato definito Alimentazione Edonica. Tornando, quindi, a quanto detto pocanzi, vi è, quindi, un continuo cross-talk tra la i circuiti omesotatici e quelli del reward nella fisiologica regolazione dell’alimentazione. Agendo sui circuiti del piacere, quindi, il cibo altamente palatabile è in grado di favorire il suo consumo…. Vedi Figura

ESEMPI E CARATTERISTICHE DELL’ ALIMENTAZIONE EDONICA Il desiderio di assaporare una fetta di torta dopo un lauto pasto: Il cibo è consumato nonostante non vi sia una carenza energetica Il cibo è consumato unicamente per le sue proprietà gustative e gratificanti e indipendentemente dal suo contenuto calorico Quindi (l’alimentazione edonica, in termini molto semplici, può essere definita il consumo di cibo solamente per piacere e non al fine di mantenere l’omeostasi energetica.) Desiderare e assaporare un pezzo di torta dopo un lauto pasto è un tipico esempio di alimentazione edonica. (Requisito essenziale affinchè un cibo possa essere consumato anche quando non ci si trova in condizioni di necessità energetica è che sia altamente gustoso e gratificante per il soggetto che lo consuma.) Pertanto, possiamo differenziare l’alimentazione edonica da quella omesotatica sulla base di 2 principali parametri (vedi)

SOGGETTI E METODI 1/2 Obiettivo: valutare la risposta degli endocannabinoidi all’alimentazione edonica in soggetti sani e in pazienti affette da AN Prima del test: “qual è il tuo cibo preferito, che mangeresti anche se sazio, solo per il piacere di mangiarlo?” Soggetti inclusi nello studio: Soggetti sani: (5 femmine, 2 maschi) Pazienti con AN sottopeso (7 femmine) Pazienti con AN con peso recuperato (5 femmine, 2 maschi) L’obiettivo dello studio era (vedi). A ciascun partecipante allo studio, dopo averne ottenuto il consenso alla partecipazione, veniva chiesto (vedi). Lo studio ha visto la partecipazione di (vedi)

PROTOCOLLO SPERIMENTALE Esposizione Ingestione cibo 9:00 10:00 10:05 10:15 10:30 10:45 11:15 12:15 VAS+BR VAS+BD BD+VAS BD BD BD BD VAS = Visual Analogue Scale; BR = Breakfast; BD = Blood Drawing VAS : Fame sazietà desiderio di mangiare piacere di assagiare quel cibo quantità di cibo che si consumerebbe In questa slide vi mostro una schematizzazione del protocollo. Il test veniva svolto in 2 sessioni. Come potete vedere, all’inizio della prima sessione, alle ore 9,00, ciascun soggetto veniva sottoposto alla compilazione della VAS: scala che consente la valutazione dello stato di fame e sazietà, del desiderio di mangiare, del piacere di assaggiare quel cibo e della quantità di cibo che si desidererebbe mangiare. Dopo di che era lasciato libero di consumare una colazione standard, uguale per tutti i soggetti, di 300 calorie, (composta da fette biscottate, latte e marmellata, in 15 minuti.) Alle ore 10, veniva chiesta nuovamente la compilazione della VAS. Quindi, ciascun soggetto veniva sottoposto al primo prelievo di sangue e, poi, veniva esposto al cibo palatabile precedentemente scelto, per 5 minuti: durante questo arco di tempo, il cibo poteva essere solamente osservato e odorato, ma non poteva essere consumato. Al termine di questi 5 minuti, veniva effettuato un nuovo prelievo di sangue e veniva compilata nuovamente la VAS, dopo di che il soggetto era lasciato libero di consumare ad libitum il cibo presentatogli per 10 minuti. Quindi, a distanza di 15, 30, 60 e 120 minuti, venivano effettuati nuovi prelievi di sangue. Nella seconda sessione, il soggetto era sottoposto alla stessa procedura sperimentale, fatto eccezione per il fatto che, dopo la colazione, doveva consumare cibo non gradevole, in una quantità tale da avere la stessa composizione nutrizionale e lo stesso apporto calorico del cibo altamente palatabile consumato dal soggetto stesso nel corso della precedente sessione. Misurazioni: Endocannabinoidi: anandamide (AEA) 2-arachidonoil-glicerolo (2-AG) Composti endocannabinoido-correlati: oleoiletanolamide (OEA) palmitoiletanolamide (PEA)

SOGGETTI E METODI 2/2 Caratteristiche cliniche e demografiche del campione di studio Età (anni) Peso Corporeo (Kg) BMI (kgm-2) Controlli (N = 7) 24.4 ± 2.5 61.7 ± 13.7 22.7 ±3.3 AN Sottopeso 24.0 ± 6.1 40.1 ± 4.5 15.9 ± 0.9 AN Peso Recuperato 20.7 ± 4.2 54.2 ± 9.1 19.4 ± 1.0 Come è possibile notare in questa slide, i volontari e le pazienti affette da AN, sia quelle sottopeso che quelle con peso recuperato, partecipanti allo studio avevano età confrontabili. Le pazienti sottopeso avevano un BMI compreso tra 15 e 16,8; quelle con peso recuperato tra 18,5 e 20,4; mentre i soggetti sani tra 19,4 e 26.

RISULTATI VAS PRIMA DELL’ALIMENTAZIONE EDONICA E NON EDONICA Veniamo, quindi, ai risultati dello studio. Sono qui riportati i grafici relativi alla VAS compilata prima dei pasti edonico e non edonico. E’ possibile trarne diverse indicazioni. Come è possibile notare, all’interno di ciascun gruppo (ctr-AN-Anr) non vi sono differenze statisticamente significative nei punteggi relativi alla fame e alla sazieta tra la sessione edonica e quella non edonica: questo significa che prima del consumo del cibo edonico e del cibo non edonico i soggetti si trovavano nella stessa condizione (di fame e sazietà e, più in dettaglio, si trovavano una situazione) di sazietà. Rimanendo all’interno di ciascun gruppo, poi, i punteggi relativi alla desiderio di mangiare, alla piacevolezza del cibo e alla quantità di cibo desiderata erano significativamente maggiori prima del pasto edonico rispetto a quello non edonico: ciò conferma la natura del nostro disegno sperimentale. Analizzando, invece, il confronto tra i diversi gruppi (tra ctrl- An e Anr) tutti i punteggi relativi ai diversi item non mostrano differenze statisticamente significative sia nel pasto edonico che in quello non edonico. Weight-Restored AN Patients

CALORIE CONSUMATE Qui, invece, vi mostro la quantità di calorie consumata nel pasto edonico e non edonico da ciascun gruppo di soggetti partecipanti allo studio: risulta evidente che non vi sono differenze tra i soggetti sani, le pazienti affette da AN in fase acuta e quelle con peso recuperato.

2-AG Questi sono i grafici relativi all’andamento dell’endocannabinoide 2-AG durante i pasti edonico e non edonico. Normalizzazione Il primo dato che emerge è relativo al confronto tra i ctrl e le AN sottopeso. Mentre nei ctrl la concentrazione del 2-AG prima dell’esposizione al cibo edonico e 15 e 120 minuti dopo averlo consumato risulta significativamente maggiore rispetto a quella riportata durante l’alimentazione non edonica, non vi sono differenze significative nei valori del 2-AG tra il test edonico e quello non edonico nelle pazienti con AN in fase acuta. Confrontando, invece, i ctrl con le Anr, risulta evidente che il pattern di risposta del 2-AG è invertito nelle pz con AN rispetto ai Ctrl, ovvero risulta aumentato in risposta al pasto non edonico, al contrario di quanto accade nei soggetti sani.

AEA Riguardo l’Anandamide, invece, non vi sono differenze significative nell’ambito di ciascun gruppo tra la risposta al pasto edonico e a quello non edonico: la produzione di tale mediatore tende a diminuire a seguito di entrambi i tipi di alimentazione sia nelle pazienti che nei controlli.

OEA I livelli plasmatici dell’OEA non mostrano variazioni significative tra i tre gruppi partecipanti allo studio: l’andamento di tale EC vede una maggiore produzione durante il pasto non edonico in tutti i gruppi in esame, a conferma della natura anoressigena di tale mediatore, e una sua progressiva diminuzione sia durante il pasto edonico che durante il pasto non edonico in maniera non significativamente differente tra i tre gruppi.

PEA Qui possiamo osservare i livelli plasmatici del PEA. Come potete notare, nei soggetti sani tali livelli tendono ad essere maggiori in seguito al pasto non edonico e a decrescere successivamente ad entrambi i tipi di pasto. Nelle pazienti in fase acuta, invece, si può osservare un significativo incremento dei valori subito dopo l’esposizione al cibo non edonico e, per il resto, il pattern di risposta visto nei ctrl tende ad essere parzialmente conservato sebbene la forbice tra pasto edonico e non edonico tenda a stringersi. (per poi annullarsi, fino a quasi invertirsi nelle pazienti con peso recuperato) (Nelle pazienti con peso recuperato, invece, rispetto ai ctrl, il pattern di risposta è invertito, sebbene in misura non statisticamente significativa.)

RISULTATI Soggetti Sani 1/2 L’aumento del 2-AG prima dell’esposizione al cibo edonico può essere associato con l’anticipazione del piacere derivante dall’ingestione di cibo altamente palatabile (Wanting). I livelli persistentemente più elevati dopo l’assunzione di cibo edonico potrebbero essere associati con il piacere provato durante questo tipo di pasto (Liking). Nell’alimentazione edonica, l’aumentata secrezione del 2-AG può determinare l’attivazione delle vie del reward che potrebbero essere in grado di favorire l’assunzione di cibo nonostante l’assenza di una necessità energetica. Eliminare la seconda parte???

RISULTATI Soggetti Sani 2/2 PEA: Mediatore Endocannabinoide-correlato con proprietà anoressigene. I livelli plasmatici del PEA dopo l’esposizione al cibo non edonico e dopo la sua ingestione sono maggiori che dopo l’esposizione al cibo edonico. I maggiori livelli del PEA in seguito all’alimentazione non edonica possono essere interpretati come una risposta che favorisce il consumo di cibo edonico.

RISULTATI AN Sottopeso I livelli plasmatici del 2-AG non presentano differenze significative tra l’alimentazione edonica e quella non edonica sia prima che dopo l’ingestione del cibo I livelli plasmatici del PEA mostrano un pattern solo in parte simile a quello dei controlli Alterazione del reward da alimentazione nella fase acuta della Anoressia Nervosa Rispetto ai controlli possiamo dire che…. Il 2-AG… Il PEA… Alla luce del coinvolgimento degli EC nei circuiti del reward da alimentazione di cui abbiamo parlato prima, possiamo interpretare tali dati come un’alterazione del reward…..

RISULTATI AN Peso Recuperato I livelli plasmatici del 2-AG presentano un pattern invertito rispetto ai controlli per i livelli maggiori raggiunti in seguito all’esposizione e all’ingestione di cibo non edonico I livelli plasmatici del PEA non mostrano differenza tra l’alimentazione edonica e quella non edonica Persistente alterazione del reward da cibo: predisposizione o effetto della malnutrizione? Nelle pz con An con peso recuperato possiamo dire che … Di certo, i dati appena visti, in entrambi i gruppi di pz con AN ci indicano, a fronte di una sensazione soggettiva di piacere nei confronti del cibo identica a quella dei ctrl, un’alterato pattern biochimico che potrebbe significare una differenza nell’esperire poi quel piacere precedentemente atteso.

CONCLUSIONI DISREGOLAZIONE SISTEMA EC Alterato pattern di risposta del 2-AG Alterato pattern di risposta del PEA No modifiche dell’AEA e dell’OEA No differenze ai punteggi VAS No differenza contenuto calorico DISREGOLAZIONE SISTEMA EC Possiamo, quindi, schematizzare cosi i nostri risultati. Vedi… (I livelli di 2-AG sono ridotti in entrambi i gruppi AN) ma normalizzando i nostri risultati emerge un’alterazione della risposta di tale EC in entrambi i gruppi di pazienti con un’inversione della risposta stessa nelle An con peso recuperato Al contrario, i livelli di PEA mostrano un pattern di risposta opposto a quello visto per il 2-AG nei ctrl: tale mediatore, infatti, è prodotto in maggiori quantità in risposta all’alimentazione non edonica e tale pattern è mantenuto parzialmente nelle AN in fase acuta, per essere poi perso nelle AN con peso recuperato.) Infine, AEA e OEA non presentano nelle pazienti variazioni significative dei pattern di risposta edonica e non edonica rispetto ai controlli. Le variazioni appena indicate non possono essere attribuite a una differenza in termini di piacere provato rispetto all’alimentazione edonica e non edonica dalle pz con AN rispetto ai controlli: questo è dimostrato dai punteggi delle scale VAS che ci dicono, come abbiamo visto in precedenza, che tra i differenti gruppi, ctrl e AN, non c’era differenza in termini di piacere e desiderio di mangiare sia rispetto all’alimentazione edonica che a quella non edonica. E neanche possono essere spiegate con un differente quantitativo calorico assunto dai diversi gruppi in studio né con una diversa composizione nutrizionale. Da quanto detto, quindi, possiamo senz’altro affermare che la risposta del sistema EC ad un pasto edonico nelle pazienti affette da AN risulta disregolata, nonostante la risosta soggettiva in termini di sensazione di piacere atteso sia mantenuta.

Mancanza di piacere all’assunzione di cibo e/o reward da digiuno I dati appena discussi ci indicano, quindi, un ‘alterazione dei meccanismi di reward da alimentazione nella AN: ciò potrebbe essere interpretato come una….. Tali dati possono però essere interpretati anche diversamente C’è da dire che dati crescenti della letteratura indicano che nelle pz con AN la disfunzione dei sistemi del reward più che determinare una diminuzione del consumo di cibo, perché riconosciuto come poco piacevole, indurrebbe una ricerca della denutrizione, quest’ultima associata ad un’alta salience e ad elevati livelli di gratificazione. Come, poi, si possa biologicamente innescare un reward da denutrizione e, soprattutto, come possa poi mantenersi nel tempo a dispetto di numerosi, complessi e dispendiosi percorsi di terapia, questo ancora non è noto ma, probabilmente, la risposta è da andare a cercare in effetti della denutrizione che, uniti ad una predisposizione genetica, possano determinare, in taluni individui, un’alterazione dei circuiti dopaminergici del reward attraverso diversi possibili mediatori,tra cui gli Endocannabinoidi.

RINGRAZIAMENTI Maj M., Monteleone P., Scognamiglio P., Cimmino M. Dalle Grave R., El Ghoch M. Di Marzo V., Aveta T.