Les voies neurophysiologiques du plaisir alimentaire
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Du plaisir alimentaire et de l’addiction dossier Les voies neurophysiologiques du plaisir alimentaire Neurophysiological aspects of the pleasure of eating Odile Viltart* » Manger est un comportement motivé complexe qui inclut des Eating is a complex motivated behaviour that includes factors directly involved in the regulation of energy homeostasis (homeostatic factors) and other factors related to individual experience – habits, opportunities, circumstances – (non homeostatic factors). facteurs liés aux besoins énergétiques de l’organisme (facteurs homéostatiques) et d’autres relatifs à l’expérience – les habitudes, les opportunités ou les situations – (facteurs non homéostatiques). » Dès la phase préprandiale, la régulation du comportement alimentaire met en jeu des hormones qui préparent l’organisme à l’enjeu nutritionnel. Les nutriments ingérés et les hormones de satiété et d’adiposité régulent ensuite la quantité de nourriture à ingérer. Regulation of food intake behaviour begins at the pre-prandial phase and involves hormones that prepare the body to the nutritional challenge. Then, ingested nutriments, satiety and adiposity hormones regulate the quantity of food to ingest. » Ces signaux exercent une action périphérique et centrale, en These signals exert both an action at peripheral and central levels, more specially on the hypothalamus and targeted brainstem regions. agissant en particulier au niveau de l’hypothalamus et du tronc cérébral. le processus de prise alimentaire épisodique. Le circuit dopaminergique mésocorticolimbique intervient dans les boucles de renforcement qui permettent à l’organisme de se diriger de manière efficace vers les sources de nourriture essentielles au maintien d’une balance énergétique équilibrée. » Dans le cas de l’obésité et de l’anorexie mentale, à côté des déficits notables dans la régulation des signaux endocrines (leptine, insuline, ghréline), des altérations de la transmission dopaminergique/sérotoninergique sont observées. Elles contribueraient à une dérégulation du plaisir et des moyens mis en jeu pour l’obtenir. Highlights P o i nt s f o rt s » Le plaisir ressenti lors de l’ingestion des aliments renforce Mots-clés : Dopamine – Circuit de la récompense – Obésité – Anorexie mentale – Prise alimentaire – Addiction. * UMR Inserm 837, laboratoire “Développement et plasticité du cerveau postnatal”, JPArc (Jean-Pierre Aubert Research Centre), université Lille-Nord de France (USTL). 134 L a prise alimentaire est un comportement essentiel à la survie de l’organisme, car elle fournit l’énergie nécessaire au maintien d’une balance énergétique équilibrée. Même si manger est de prime abord considéré comme un comportement homéostatique, peu de données considèrent ce comportement comme une réponse automatique à une demande aiguë d’énergie. La régulation de la prise alimentaire est complexe The pleasure to eat food is a reinforcing stimulus of the episodic feeding. The dopaminergic meso-cortico-limbic system intervenes in such reinforcement process to direct efficiently the organism to sources of food essential to maintain a well-balanced energy metabolism. In the case of obesity and anorexia nervosa, noteworthy deficits are described in the regulation of endocrine factors (leptin, insulin, ghrelin) as well as in the dopaminergic/ serotoninergic circuitries. These changes are suspected to generate alterations in pleasure and the means to reach it. Keywords: Dopamine – Reward circuitry – Obesity – Anorexia nervosa – Food intake – Addiction. et met en jeu plusieurs facteurs, hormonaux d’une part – facteurs en lien direct avec les besoins de l’organisme en énergie (facteurs homéostatiques) –, et neuronaux d’autre part – facteurs en lien avec l’expérience, l’apprentissage, les habitudes, le stress, les rythmes biologiques ou encore les éléments socioculturels (facteurs non homéostatiques). De plus, manger procure du plaisir. À ce titre, le comportement alimentaire est considéré Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XVIII - n° 6 - juin 2014 Les voies neurophysiologiques du plaisir alimentaire comme un comportement motivé primaire, au même titre que la prise hydrique ou la sexualité. Il génère le sentiment d’une récompense par le plaisir qu’il procure. Lorsque la nourriture peut être choisie, la sélection de ce que nous mangerons est fondée sur le plaisir et l’expérience passée (adaptation anticipatoire). Manger, se nourrir et prendre plaisir à manger requièrent l’activité coordonnée de plusieurs hormones et circuits des systèmes nerveux central (SNC) et végétatif. Ainsi sont mises en jeu de manière concomitante une régulation homéostatique et une régulation non homéostatique de la prise alimentaire, qui contribuent au bon équilibre de l’organisme ; des dysfonctionnements dans l’un ou l’autre des circuits peuvent occasionner des troubles du comportement alimentaire allant de l’obésité à l’anorexie mentale. Manger : un dialogue entre la périphérie et le système nerveux central Dans les périodes de déficit énergétique, une des fonctions primordiales du cerveau est de prioriser la production de comportements qui vont permettre une consommation efficace de nourriture afin de restaurer les stocks énergétiques. Les circuits nerveux impliqués dans de telles régulations sont bien décrits (1) et engagent à la fois des structures hypothalamiques et du tronc cérébral afin de maintenir l’homéostasie énergétique via un certain nombre de régulateurs hormonaux de la faim et de la satiété, parmi lesquels la leptine, l’insuline ou encore la ghréline jouent un rôle fondamental (figure 1). Parmi les régions hypothalamiques, le noyau arqué (ARC) est une région clé pour l’intégration des signaux périphériques marquant le statut nutritionnel et l’adiposité (2), via une organisation anatomofonctionnelle unique permettant des échanges régulés entre le parenchyme cérébral et le système sanguin (3). Il contient en particulier des neurones à neuropeptide Y (NPY) et pro-opiomélanocortine (POMC) qui exercent un effet opposé sur l’homéostasie énergétique. Le NPY augmente la prise alimentaire et active les mécanismes de sauvegarde de l’énergie, alors que les neurones à POMC produisent l’effet opposé. Par ailleurs, le noyau ventromédian hypothalamique (VMH) contient des neurones sensibles aux concentrations de glucose dont le rôle serait de détecter un déficit sévère en glucose et d’y riposter. L’ARC et le VMH constitueraient un réseau de sécurité qui se serait mis en place au cours de l’évolution pour protéger le cerveau contre tout déficit énergétique sévère, notamment la famine (4). Quand manger ? Le processus de prise alimentaire débute par la “phase céphalique”, 1 heure environ avant la prise effective de nourriture. Ainsi, outre certaines informations liées à la nourriture elle-même (vue, odeur, idée, moment de la journée, etc.), qui seront intégrées à différents niveaux corticaux, des signaux physiologiques et hormonaux sont également impliqués (5). Par exemple, 30 minutes environ avant le repas, la concentration plasmatique de ghréline[1] augmente, notamment pour améliorer la sensibilité aux odeurs et aux goûts et conduire naturellement à la prise alimentaire lorsque la nourriture est présentée. Des injections de ghréline augmentent significativement la prise alimentaire par une action au niveau de l’ARC, où son GHS-R (Growth Hormone Secretagogues Receptor) est fortement exprimé (6). Les chutes des concentrations de glucose sont également intégrées à différents niveaux du SNC : le VMH, l’ARC, mais aussi l’amygdale ou le noyau du tractus solitaire, pour conduire à un comportement de recherche de nourriture (4). De plus, les pics de GLP-1 (GlucagonLike Peptide-1)[2] observés avant un repas auraient pour effet de stimuler les cellules bêta du pancréas et Facteurs homéostatiques [1] Hormone orexigène synthétisée principalement dans l’estomac. [2] Hormone synthétisée principalement dans l’intestin en réponse à un repas ; elle inhibe la prise alimentaire. Facteurs non homéostatiques Pancréas Tissu adipeux Insuline Apprentissage et expériences passées Cortex Stress Leptine CPF Signaux périphériques Signaux d’adiposité Signaux de satiété Acc PVN Amygdale LH LH Hippocampe ARC VTA Émotions et humeur NTS Goût Afférences vagales Tractus gastrointestinal Aires motrices Prise alimentaire – Satiété – Régulation gastro-intestinale et de la glycémie Ghréline Cholécystokinine Figure 1. Régulation de la prise alimentaire par les facteurs homéostatiques et non homéostatiques (5). Acc : noyau accumbens ; ARC : noyau arqué hypothalamique ; CPF : cortex préfrontal ; LH : aire hypothalamique latérale ; NTS : noyau du tractus solitaire ; PVN : noyau paraventriculaire ; VMH : ventromédian hypothalamique. Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XVIII - n° 6 - juin 2014 135 Du plaisir alimentaire et de l’addiction dossier commencer la libération d’insuline en préparation aux nutriments à venir. À l’instar de la ghréline, le GLP-1 augmente aussi la sensibilité au goût. Ainsi, lorsqu’un repas est “programmé”, il se produit un ensemble de sécrétions hormonales (sécrétions de cholécystokinine, de glucagon ou de gastrine) et de variations physiologiques anticipatoires (salivation, motilité intestinale, etc.) contrôlées par le cerveau, qui rendraient le système gastro-intestinal opérationnel pour un défi nutritionnel suivi d’une digestion efficace (7). [3] Hormone anorexigène synthétisée par les cellules de la muqueuse du duodénum. [4] Hormone anorexigène synthétisée par les adipocytes. Quelle quantité manger ? La quantité de nourriture à absorber va dépendre de la libération efficiente des hormones de la satiété sécrétées en réponse à l’ingestion de nutriments. Ces signaux sont à leur tour modifiés par les hormones d’adiposité. Très rapidement après l’ingestion de nourriture, la distension gastrique stimule le nerf vague, qui transfère cette information au noyau du tractus solitaire (NTS), l’un des centres majeurs du tronc cérébral de la régulation de la prise alimentaire. En parallèle, les nutriments comme le glucose, certains acides gras et acides aminés libérés dans le sang modulent l’activité des neurones de l’ARC et d’autres régions de l’hypothalamus (8). De plus, la libération de cholécystokinine[3], outre son action locale sur la libération d’enzymes digestives, aura un effet satiétogène par une action sur le nerf vague (9). D’autres peptides gastro-intestinaux comme le GLP1, le glucagon ou le peptide YY semblent également agir sur les branches du nerf vague pour conduire à une modulation de la taille du repas, mais cela n’est pas établi (5). La ghréline est aussi considérée comme un facteur satiétogène lorsque sa concentration chute drastiquement après la prise alimentaire. Un système de satiété redondant est donc présent pour potentiellement compenser le déficit de l’un ou l’autre des acteurs de la prise alimentaire. Les signaux d’adiposité comme l’insuline ou la leptine[4] entrent en jeu dans un second temps. Certes, l’insuline est libérée en réponse aux quantités de glucose ingérées, mais, comme la leptine, elle est aussi sécrétée proportionnellement à la quantité de gras contenu dans le corps. Leur action respective, en particulier au niveau de l’hypothalamus (figure 1, p. 135), entraîne une réduction de la prise alimentaire, voire une perte de poids par leur effet catabolique (10). L’ensemble de ces signaux est intégré à différents étages du SNC (hypothalamus, tronc cérébral, régions motrices), pour aboutir à la satiété, à une augmentation de l’activité gastro-intestinale et à une régulation efficace de la glycémie. Décision/apprentissage Hippocampe (glutamate) Régulation prise alimentaire Amygdale (glutamate) Hypothalamus (glutamate/orexine/ dopamine) Cortex préfrontal D1, D2 D1, D2 Cognition/Émotion Intégration récompense GABA Striatum ventral Opioïdes D2, D3 D1, D2, D5 Ghréline Insuline Nicotine GABA Leptine Aire tegmentale ventrale Neurones dopaminergiques Orexine CRH Glutamate NPY Figure 2. Circuit mésocorticolimbique de la récompense. CRH : Corticotropin-Releasing Hormone ; D1-5 : récepteurs à la dopamine ; NPY : neuropeptide. 136 Plaisir de manger et circuit de la récompense Parallèlement à ces circuits régulant l’homéostasie énergétique se tiennent d’autres systèmes, dits “non homéostatiques”, qui moduleront ce que nous mangeons, quand et comment nous le mangeons. Dans ce cadre, le circuit mésocorticolimbique (figure 2) participe à plusieurs processus comme la prédiction de la récompense, le renforcement positif ou la saillance motivationnelle, typiques des comportements motivés. De plus, il contrôle l’apprentissage de l’aspect hédonique de la nourriture (“liking”), déplaçant l’attention et les efforts vers une nourriture appétente et plaisante, et attribue une valeur motivationnelle (“incentive value”) à la nourriture (“wanting”) [11]. L’évaluation hédonique de la nourriture est gérée par un ensemble de noyaux localisés dans le cerveau limbique antérieur dans lequel le “striatum ventral” (noyau accumbens, pallidum ventral), intègre des signaux opioïdergiques, à endocannabinoïdes et à orexine qui amplifient le plaisir sensoriel (11). Les études de neuro-imagerie complètent cet aspect en montrant une activation de plusieurs régions corticales comme le cortex orbitofrontal, l’insula, le cortex médial préfrontal et cingulaire en Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XVIII - n° 6 - juin 2014 Les voies neurophysiologiques du plaisir alimentaire charge de l’évaluation hédonique du stimulus plaisant (anticipation, évaluation, expérience et apprentissage) [12]. Par ailleurs, la régulation de la motivation inclut un réseau plus large, qui comprend en plus l’amygdale (régulation émotionnelle de la peur/anxiété) et le système dopaminergique mésolimbique et glutamatergique corticolimbique (13). De manière attendue, les signaux périphériques qui contrôlent la prise de nourriture comme la leptine ou la ghréline sont également impliqués dans la modulation du circuit dopaminergique mésocorticolimbique (figure 2) pour augmenter ou diminuer la valeur motivationnelle de la nourriture en fonction des besoins énergétiques. La stimulation électrique ou chimique de ces régions peut conduire à des comportements de “binge-eating” chez des rongeurs nourris à satiété (14). Cela suggère que les effets induits par l’obtention d’une nourriture plaisante sont une force motivationnelle qui peut outrepasser les signaux homéostatiques de satiété. La leptine et la ghréline agissent directement sur les neurones dopaminergiques de l’aire ventrale tegmentale (VTA). Le récepteur de la leptine est exprimé sur des neurones dopaminergiques qui projettent dans le noyau central de l’amygdale, et pour une plus faible part sur des neurones qui projettent dans le noyau accumbens. L’activation de ce récepteur conduit à une diminution des décharges de neurones dopaminergiques, ce qui se traduit par une moindre libération de dopamine dans le noyau accumbens et donc à une diminution du renforcement (15). De même, le récepteur à la ghréline est exprimé dans la VTA et au niveau de sa cible principale, le noyau accumbens. Cette hormone contribuerait à augmenter la valeur récompensante d’une nourriture palatable en modulant l’activité anticipatoire à la prise alimentaire (16). Contrairement à la leptine, la ghréline augmente la fréquence de décharge des neurones dopaminergiques de la VTA (15). Ces signaux périphériques du métabolisme pourraient ainsi exercer une modification indirecte du niveau d’anxiété de l’organisme afin que ce dernier adopte le comportement le plus adéquat et efficace en termes de sélection et de prise alimentaire. Trop manger par plaisir et plaisir de ne plus manger De manière corollaire, un dysfonctionnement du circuit de la récompense est associé à l’obésité et à l’anorexie mentale : manger ou arrêter de manger pour atteindre une sensation de plaisir. Dans le cas de l’obésité, les autoévaluations et les études comportementales révèlent des scores élevés lors de la consommation anticipatoire de nourriture récompensante. Ces données sont confortées par des études de neuro-imagerie réalisées chez des individus obèses, chez lesquels le cortex gustatif (insula) et les régions somatosensorielles recouvrant l’insula (operculum pariétal et rolandique) sont davantage activés en réponse à la prise anticipée et à la consommation de nourriture palatable par rapport à des personnes minces. De plus, des études en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) menées chez des sujets non obèses montrent que la présentation/ingestion de nourriture fortement palatable augmente la transmission dopaminergique dans le striatum ventral, alors que cette activation est émoussée chez les sujets obèses. Cet effet est accentué chez les individus présentant un polymorphisme génétique associé à une réduction de l’expression du récepteur dopaminergique D2 (14). Chez des rats obèses, une diminution des concentrations de dopamine dans le noyau accumbens, en condition basale ou après stimulation avec de la nourriture, ainsi qu’une baisse de la densité en récepteurs D2 sont décrites (14). Ainsi, le déficit en récepteurs dopaminergiques de type D2 pourrait prédisposer les individus à rechercher des stimulations renforçantes et donc à manger de manière excessive pour stimuler un système dopaminergique de récompense déficient. Cette faible disponibilité en récepteurs D2 est également associée à un hypométabolisme dans le cortex préfrontal, ce qui aurait pour conséquence de favoriser l’hyperphagie par perte d’un contrôle inhibiteur pertinent (17). Dans le cas de l’anorexie mentale, cette maladie psychiatrique présente une étiologie complexe et comprend plusieurs sous-types. Les patients de type restrictif, souvent hyperactifs, anhédoniques et ascétiques, présentent une résistance à la prise alimentaire et ne trouvent rien de plus récompensant que la perte de poids physique, qui devient une obsession. Cela suggère une altération des systèmes de récompense, donc une altération du système dopaminergique, chargé de lier l’évaluation hédonique d’un stimulus à une action (“wanting”). Quelques rares travaux en neuro-imagerie montrent une augmentation de la densité de récepteurs D2/D3 dans le striatum ventral associée à une diminution des métabolites dopaminergiques dans le liquide céphalorachidien et à une altération de la transmission sérotoninergique dans le cortex préfrontal, qui est corrélée positivement avec des scores d’évitement (18). De plus, à la suite de la présentation de signaux de nourriture, on observe chez les patients anorexiques une plus forte activation du cortex préfrontal, du cortex cingulaire et du striatum par rapport aux sujets témoins (19). La consommation de nourriture entraîne une hyperréactivité du striatum ventral, ce qui laisse Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XVIII - n° 6 - juin 2014 137 Du plaisir alimentaire et de l’addiction dossier Références 1. Harrold JA, Dovey TM, B l u n d e l l J E, H a l f o rd J C . CNS regulation of appetite. Neuropharmacology 2012;63(1):3-17. 2. Elmquist JK. 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L’ensemble de ces données suggère que les patients anorexiques présentent des altérations neurochimiques et fonctionnelles (cause ou conséquence de la restriction alimentaire ?) qui pourraient être mises en parallèle avec leur niveau élevé d’anxiété/peur de la nourriture et conduire à se débarrasser de manière compulsive d’un stimulus, la nourriture, interprété comme un stimulus non saillant. Conclusion Le plaisir peut être considéré comme essentiel pour diriger les comportements fondamentaux de notre existence ; la plupart des autres espèces animales savent que la récompense remplit des impératifs évolutifs essentiels pour la survie de l’organisme (nourriture, boisson, etc.) et de l’espèce (reproduction). Les humains, quant à eux, sont capables d’expérimenter consciemment ces plaisirs, voire de les prédire et/ou de les anticiper, ce qui confère à notre espèce un avantage évolutif non négligeable. Cette planification est cependant à double tranchant car, dans certains cas (génétique, environnement, épigénétique, etc.), elle peut provoquer la survenue de troubles du comportement alimentaire. Non seulement des perturbations hormonales du système homéostatique (leptine, ghréline, insuline, etc.) vont apparaître, mais également de manière plus subtile des dysfonctionnements des systèmes de récompense/motivation/peur qui toucheront plusieurs systèmes neurochimiques, avec la dopamine certes, mais aussi la sérotonine ou les opioïdes, rendant les stratégies thérapeutiques pharmacologiques extrêmement complexes. Ainsi, la prise alimentaire excessive, compulsive, ou, à l’inverse, la restriction alimentaire chronique pourraient être considérées comme entrant dans le cadre d’un comportement addictif. La prudence reste de mise, car les facteurs impliqués dans la survenue de ces troubles restent encore peu connus et peuvent résulter d’une combinaison de plusieurs perturbations liées à l’environnement direct (pléthore de nourriture, contraintes sociales, etc.), au développement biologique et culturel et aux génome et épigénome. ■ E-journal en direct de l’ ADA 2014 SAN FRANCISCO American Diabetes Association RETROUVEZ-NOUS À PARTIR DU 15 JUIN SUR : www.edimark.fr/ejournaux/ADA/2014 13-17 JUIN 2014 Site réservé aux professionnels de santé SAMEDI DIMANCHE LUNDI 14 JUIN 15 JUIN 16 JUIN Avec le soutien institutionnel de Attention, ceci est un compte-rendu de congrès et/ou un recueil de résumés de communications de congrès dont l’objectif est de fournir des informations sur l’état actuel de la recherche ; ainsi les données présentées sont susceptibles de ne pas être validées par les autorités de santé françaises et ne doivent donc pas être mises en pratique. Sous l’égide de Correspondances en MHDN - Directeur de la publication : Claudie Damour-Terrasson - Rédacteur en chef : Pr Pierre Gourdy 138 Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XVIII - n° 6 - juin 2014 Les voies neurophysiologiques du plaisir alimentaire Références 5. Begg DP, Woods SC. The endocrinology of food intake. Nat Rev Endocrinol 2013;9(10):584-97. 6. Méquinion M, Langlet F, Zgheib S et al. Ghrelin: central and peripheral implications in anorexia nervosa. Front Endocrinol (Lausanne) 2013;26:4:15. 11. Berridge KC, Robinson TE, Aldridge JW. Dissecting com- 17. Volkow ND, Wang GJ, Telang F et al. Low dopamine striatal 12. Kringelbach ML, Berridge KC. The functional neuroanatomy D2 receptors are associated with prefrontal metabolism in obese subjects: possible contributing factors. Neuroimage 2008;42(4):1537-43. ponents of reward: ’liking’, ’wanting’, and learning. Curr Opin Pharmacol 2009;9(1):65-73. of pleasure and happiness. 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