Hypothalamic integration of portal glucose signals and control of food intake and insulin sensitivity

Glycolysis is an essential metabolic function that lies at the core of any cellular life. Glucose homoeostasis is, thus, a crucial physiological function of living organisms. A system of plasma glucose-sensing in the portal vein plays a key role in this homoeostasis. Connected to the hypothalamus via the peripheral nervous system, the system allows the body to adapt its response to any variation of portal glycaemia. The hypothalamus controls food intake (exogenous glucose supply) and hepatic glycogenolysis (endogenous glucose supply). Intestinal gluconeogenesis, via the release of glucose into the portal vein, plays a key role in the control of hunger and satiety, and of endogenous glucose production through the modulation of liver insulin sensitivity. The induction of intestinal gluconeogenesis provides a physiological explanation for the satiety effects induced by protein-enriched diets. In particular, the influence of protein-enriched diets on the hypothalamus is comparable to the activation observed after glucose infusion into the portal vein. The induction of intestinal gluconeogenesis also offers an explanation for the early improvement in glycaemia control observed in obese diabetic patients treated by gastric-bypass surgery. In addition to intestinal gluconeogenesis, a number of gastrointestinal hormones involved in the control of food intake exert their effects, at least in part, via the peripheral afferent nervous system. These data emphasize the importance of the gut–brain axis in the understanding and treatment of obesity and type 2 diabetes.

RésuméLa glycolyse anaérobie est une fonction essentielle à la base de toute vie cellulaire. L’homéostasie glycémique est donc une fonction physiologique cruciale des êtres vivants. Un système de détection du glucose plasmatique dans la veine porte joue un rôle clé dans cette homéostasie. Connecté à l’hypothalamus par le biais du système nerveux gastro-intestinal, il permet au corps d’adopter la réponse appropriée à toute variation (en plus ou en moins) de la glycémie portale. L’hypothalamus contrôle aussi bien la prise alimentaire (apport de glucose exogène), que la glycogénolyse hépatique (apport de glucose endogène). La néoglucogenèse intestinale, en libérant du glucose dans le sang portal, joue ainsi un rôle clé de contrôle des sensations de faim et de satiété, et de la production endogène de glucose à travers la modulation de la sensibilité hépatique à l’insuline. Son induction par les régimes riches en protéines a permis d’apporter une explication physiologique à leurs effets de satiété. Les cibles hypothalamiques activées par les régimes hyperprotéiques sont ainsi très comparables à celles activées par la perfusion de glucose directement dans le sang portal. L’induction de la néoglucogenèse intestinale a également permis d’apporter une explication à l’amélioration très rapide du contrôle glycémique observée chez les obèses diabétiques traités par chirurgie gastrique de type « by-pass ». En plus de la néoglucogenèse intestinale, de nombreuses hormones gastro-intestinales impliquées dans le contrôle de la prise alimentaire exercent au moins en partie leurs effets via le système nerveux périphérique afférent. Ces données mettent en exergue l’intérêt de l’axe intestin-cerveau dans le domaine de l’obésité et du diabète de type 2.