Hypoglycemia-activated GLUT2 neurons of the nucleus tractus solitarius stimulate vagal activity and glucagon secretion.

Glucose-sensing neurons in the brainstem participate in the regulation of energy homeostasis but have been poorly characterized because of the lack of specific markers to identify them. Here we show that GLUT2-expressing neurons of the nucleus of the tractus solitarius form a distinct population of hypoglycemia-activated neurons. Their response to low glucose is mediated by reduced intracellular glucose metabolism, increased AMP-activated protein kinase activity, and closure of leak K(+) channels. These are GABAergic neurons that send projections to the vagal motor nucleus. Light-induced stimulation of channelrhodospin-expressing GLUT2 neurons in vivo led to increased parasympathetic nerve firing and glucagon secretion. Thus GLUT2 neurons of the nucleus tractus solitarius link hypoglycemia detection to counterregulatory response. These results may help identify the cause of hypoglycemia-associated autonomic failure, a major threat in the insulin treatment of diabetes.

Gut-derived signaling molecules and vagal afferents in the control of glucose and energy homeostasis.

PURPOSE OF REVIEW: The control of glucose and energy homeostasis, including feeding behaviour, is tightly regulated by gut-derived peptidic and nonpeptidic endocrine mediators, autonomic nervous signals, as well as nutrients such as glucose. We will review recent findings on the role of the gastrointestinal tract innervation and of portal vein glucose sensors; we will review selected data on the action of gastrointestinally released hormones. RECENT FINDINGS: The involvement of mechanosensory vagal afferents in postprandial meal termination has been clarified using mouse models with selective impairments of genes required for development of mechanosensory fibres. These activate central glucogen-like peptide-1/glucogen-like peptide-2 containing ascending pathways linking the visceroceptive brainstem neurons to hypothalamic nuclei. Mucosal terminals comprise the chemosensory vagal afferents responsive to postprandially released gastrointestinal hormones. The mechanism by which the hepatoportal glucose sensor stimulates glucose utilization by muscles was demonstrated, using genetically modified mice, to be insulin-independent but to require GLUT4 and AMP-kinase. This sensor is a key site of glucogen-like peptide-1 action and plays a critical role in triggering first phase insulin secretion. PeptideYY and ghrelin target intracerebral receptors as they are bidirectionally transported across the blood brain barrier. The anorectic functions of peripherally released peptideYY may however be mediated both via vagal afferents and intracerebral Y2 receptors in the brainstem and arcuate nucleus. SUMMARY: These recent findings demonstrate that the use of improved anatomical and physiological techniques and animal models with targeted gene modifications lead to an improved understanding of the complex role of gastrointestinal signals in the control of energy homeostasis.

Les activations autonomiques nocturnes sont associées au diabète et à l'hypertension dans la population générale

Objectif : Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls (AOP) dérivées du signal de l'oxymètre de pouls digital reflètent les variations du tonus sympathique durant le sommeil. Le but de cette étude était de démontrer la relation entre les chutes de l'AOP nocturnes et l'hypertension artérielle (HTA) ainsi que le diabète de type 2. Méthode: 1740 sujets (50.5 % de femmes, de 56.2 ± 10.5 ans, BMI 25.4 ± 4.4 kg/m2) participant à une étude de cohorte sur le sommeil (HypnoLaus) ont bénéficié d'un enregistrement polysomnographique complet (PSG) à domicile. L'index de chutes de l'AOP (AOPi) et la durée des chutes de l'AOP (AOPd) ont été mesurés pour chaque patient. Le diabète de type 2 a été défini par une glycémie à jeun de ≥ 7 mmol/L ou la prise d'un traitement antidiabétique. Une HTA a été définie par une TA systolique ≥ 130 mmHg, ou une TA diastolique ≥ 90 mmHg, ou la prise d'un traitement antihypertenseur. Les sujets ont été considérés comme n'ayant pas de troubles du sommeil s'ils avaient < 5 apnéeshypopnées/ heure (IAH), <15 mouvements périodiques des jambes/heure (IMPJ) et un score de somnolence d'Epworth <11/24. Résultats : L'AOPi moyen dans la population sans trouble du sommeil était de 40.2 ± 15.8 chutes/h. L'AOPd moyenne était de 13.7 ± 2.6 s. L'AOPd était significativement corrélée à la TA systolique (P=0.0038) et à la TA diastolique (P<0.0001). La prévalence d'HTA augmentait significativement avec l'AOPd (OR 1.66 (1.15 - 2.4) ; P <0.01). La prévalence de diabète de type 2 augmentait également significativement avec l'AOPd (OR 2.27 (1.46 - 5.75) ; P<0.01). Ces résultats restent significatifs indépendamment du sexe, de l'âge, du tour de cou ou de la taille, de la consommation d'alcool ou de tabac. Comparé avec d'autres marqueurs de fractionnement du sommeil, l'AOPd était le marqueur le plus significativement associé à l'HTA et au diabète de type 2. L'AOPi n'était pas associé à une augmentation du diabète ou de l'HTA. Il était par contre corrélé avec l'index apnées hypopnées (p < 0.0001) et de microréveils (p<0.0001). Conclusion : La durée des variations de l'amplitude de l'onde pouls pendant le sommeil (AOPd), et non sa fréquence (AOPi), est associée avec une augmentation de prévalence de diabète de type 2 et d'hypertension.

A phenotypical study of vascular smooth muscle cells in human arterial and venous stenosis

Abstract Introduction The primary function of the contractile vascular smooth muscle cells (cVSMCs) is the regulation of the vascular contractility which means the adaptation of the vascular tonus in response to the modulation of the blood pressure and blood flow. The cVSMCs are essentially quiescent, and therefore their synthesis rate is very limited. They are characterized by the expression of contractile proteins specific to the muscular tissue including myosin, h-­‐caldesmon and <-­‐smooth muscle actin (〈-­‐SMA). These contractile cells are strongly represented in the media layer of the arterial wall and, in a smaller proportion, of the vein wall. Their typical stretched-­‐out morphology allows recognizing them by a histological analysis. They do not produce any extracellular matrix (ECM), and do not migrate through the different layers of the vessel wall, and are not directly involved in the development of intimal hyperplasia (IH). Neointimal formation occurs after endothelial disruption leading to complex molecular and biological mechanisms. The de-­‐differentiation of cVSMCs into synthetic VSMCs (sVSMCs) is mentioned as a key element. These non mature cells are able to proliferate and produce ECM. The characterization of the vascular smooth muscle cells (VSMCs) from healthy and stenosed vascular tissues will contribue to the understanding of the different biological processes leading to IH and will be useful for the development of new therapies to interfere with the cVSMCs growth and migration. The aim of our research was to quantify the proportion of cVSMCs and sVSMCs into the healthy and pathologic human blood vessel wall and to characterize their phenotype. Methods We selected 23 specimens of arterial and venous segments from 18 patients. All these specimens were stored in the biobank from the thoracic and vascular surgery departement. 4 groups were designed (group 1 :arteries without lesions (n=3) ;group 2 : veins without lesions (n=1); group 3: arteries with stenosis (n=9); group 4: veins with stenosis (n=10)). Histology: 5µm-­‐sections were made from each sample embedded in paraffin wax and further stained with hematoxylin & eosin (HE), Van Gieson's stain (VGEL) and Masson's Trichrome (TMB). Pathologic tissues were defined using the label that was given to the macroscopic samples by the surgeon and also, based on the histological analysis with HE and VGEL evaluating the presence of a thickened intima. The same was done to the control samples evaluating the absence of thickening. Immunohistochemistry : The primary antibodies were used :〈-­‐SMA, vimentin, h-­‐ caldesmon, calponin, smooth muscle-myosin heavy chain (SM-­‐MHC), tropomyosin-­‐4, retinol binding protein-­‐1 (RBP-­‐1), nonmuscle-­‐myosin heavy chain-­‐B (NM-­‐MHC-­‐B), Von Willebrand factor (VWF). A semi-­‐quantitative assessment of the intensity of each sample stained was performed. Western Blot : Segments of arteries and veins were analyzed using the following primary antibodies :〈-­‐SMA, Calponin, SM-­‐MHC, NM-­‐MHC-­‐B. The given results were then normalized with tubulin. Results Our data showed that, when using immunohistochemistry analysis we found that〈-­‐SMA was mostly expressed in control arteries, whereas NM-­‐MHC-­‐B in the pathologic ones. Using SM-­‐MHC, calponin, vimentin and caldesmon we found no significative differences in the expression of these proteins in the control and in the pathologic samples. Western Blot analysis showed an inverse correlation between healthy and pathological samples as <-­‐ SMA was more expressed in the pathological samples, while NM-­‐MHC-­‐B in the control group; SM-­‐MHC and calponin were mostly expressed in the pathologic samples. Conclusion Our study showed no clear differences between stenotic and control arterial and venous segments using semi-­‐quantitative assessement by immunohistochemistry. Western Blot showed a significant increased expression of 〈-­‐SMA, calponin and SM-­‐MHC in the arteries with stenosis, while NM-­‐MHC-­‐B was mostly expressed in the arteries without lesions. Further studies are needed to track the lineage of VSMCs to understand the mechanisms leading toIH.

Rôle du transporteur de glucose GLUT2 dans les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans le contrôle de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire

Résumé Rôle du transporteur de glucose GLUT2 dans les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans le contrôle de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire. Les mécanismes centraux de glucodétection jouent un rôle majeur dans le contrôle de l'homéostasie glucidique. Ces senseurs régulent principalement la sécrétion des hormones contre-régulatrices, la prise alimentaire et la dépense énergétique. Cependant, la nature cellulaire et le fonctionnement moléculaire de ces mécanismes ne sont encore que partiellement élucidés. Dans cette étude, nous avons tout d'abord mis en évidence une suppression de la stimulation de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire en réponse à une injection intracérébroventriculaire (i.c.v.) de 2-déoxy-D-glucose (2-DG) chez les souris de fond génétique mixte et déficientes pour le gène glut2 (souris RIPG1xglut2-/-). De plus, chez ces souris, l'injection de 2-DG n'augmente pas l'activation neuronale dans l'hypothalamus et le complexe vagal dorsal. Nous avons ensuite montré que la ré-expression de GLUT2 dans les neurones des souris RIPG1xg1ut2-/- ne restaure pas la sécrétion du glucagon et la prise alimentaire en réponse à une injection i.c.v. de 2-DG. En revanche, l'injection de 2-DG réalisée chez les souris RIPG1xg1ut2-/- ré-exprimant le GLUT2 dans leurs astrocytes, stimule la sécrétion du glucagon et l'activation neuronale dans le complexe vagal dorsal mais n'augmente pas la prise alimentaire ni l'activation neuronale dans l'hypothalamus. L'ensemble de ces résultats démontre l'existence de différents mécanismes centraux de glucodétection dépendants de GLUT2. Les mécanismes régulant la sécrétion du glucagon sont dépendants de GLUT2 astrocytaire et pourraient être localisés dans le complexe vagal dorsal. L'implication des astrocytes dans ces mécanismes suggère un couplage fonctionnel entre les astrocytes et les neurones adjacents « sensibles au glucose ». Lors de cette étude, nous avons remarqué chez les souris RIPG1xg1ut2-/- de fond génétique pur C57B1/6, que seul le déclenchement de la prise alimentaire en réponse à l'injection i.p. ou i.c.v. de 2-DG est aboli. Ces données mettent en évidence que suivant le fond génétique de la souris, les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans la régulation de la sécrétion peuvent être indépendants de GLUT2. Summary. Role of transporter GLUT2 in central glucose sensing involved in the control of glucagon secretion and food intake. Central glucose sensors play an important role in the control of glucose homeostasis. These sensors regulate general physiological functions, including food intake, energy expenditure and hormones secretion. So far the cellular and molecular basis of central glucose detection are poorly understood. Hypoglycemia, or cellular glucoprivation by intraperitoneal injection of 2-deoxy¬glucose (2-DG) injection, elicit multiple glucoregulatory responses, in particular glucagon secretion and stimulation of feeding. We previously demonstrated that the normal glucagon response to insulin-induced hypoglycemia was suppressed in mice lacking GLUT2. This indicated the existence of extra-pancreatic, GLUT2-dependent, glucose sensors controllling glucagon secretion. Here, we have demonstrated that the normal glucagon and food intake responses to central glucoprivation, by intracerebroventricular (i.c.v.) injections of 2-DG, were suppressed in mice lacking GLUT2 (RIPG1xglut2-/- mice) indicating that GLUT2 plays a role in central glucose sensing units controlling secretion of glucagon and food intake. Whereas it is etablished that glucose responsive neurons change their firing rate in response to variations of glucose concentrations, the exact mechanism of glucose detection is not established. In particular, it has been suggested that astrocytic cells may be the primary site of glucose detection and that a signal is subsequently transmitted to neurons. To evaluate the respective role of glial and neuronal expression of GLUT2 in central glucodetection, we studied hypoglycemic and glucoprivic responses following cellular glucoprivation in RIPG1xglut2-/- mice reexpressing the transgenic GLUT2 specifially in their astrocytes (pGFAPG2xRIPG1xglut2-/- mice) or their neurons (pSynG2xRIPG1xglut2-/- mice). The increase of food intake after i.p. injection of 2-DG in control mice was not observed in the pGFAPG2xRIPG1xglut2-/- mice. Whereas a strong increase of glucagon secretion was observed in control and pGFAPG2xRIPG1xglut2-/- mice, not glucagonemic response was induced in pSynG2xRIPG1xglut2-/- mice. Our results show that GLUT2 reexpression in glial cells but not in neurons restored glucagon secretion and thus present a strong evidence that glucose detection and the control of glucagon secretion require a coupling between glial cells and neurons. Furthermore, these results show the existence of differents glucose sensors in CNS. Résumé tout public. Rôle du transporteur de glucose GLUT2 dans les mécanismes centraux de glucodétection impliqués dans le contrôle de la sécrétion du glucagon et de la prise alimentaire. Chez les mammifères, en dépit des grandes variations dans l'apport et l'utilisation du glucose, la glycémie est maintenue à une valeur relativement constante d'environ 1 g/l. Cette régulation est principalement sous le contrôle de deux hormones produites par le pancréas l'insuline et le glucagon. A la suite d'un repas, la détection de l'élévation de la glycémie par le pancréas permet la libération pancréatique de l'insuline dans le sang. Cette hormone va alors permettre le stockage dans le foie du glucose sanguin en excès et diminuer ainsi la glycémie. Sans insuline, le glucose s'accumule dans le sang. On parle alors d'hyperglycémie chronique. Cette situation est caractéristique du diabète et augmente les risques de maladies cardiovasculaires. A l'inverse, lors d'un jeûne, la détection de la diminution de la glycémie par le cerveau permet le déclenchement de la prise alimentaire et stimule la sécrétion de glucagon par le pancréas. Le glucagon va alors permettre la libération dans le sang du glucose stocké par le foie. Les effets du glucagon et de la prise de nourriture augmentent ainsi les concentrations sanguines de glucose pour empêcher une diminution trop importante de la glycémie. Une hypoglycémie sévère peut entraîner un mauvais fonctionnement du cerveau allant jusqu'à des lésions cérébrales. Contrairement aux mécanismes pancréatiques de détection du glucose, les mécanismes de glucodétection du cerveau ne sont encore que partiellement élucidés. Dans le laboratoire, nous avons observé, chez les souris transgéniques n'exprimant plus le transporteur de glucose GLUT2, une suppression de la stimulation de la sécrétion du glucagon et du déclenchement de la prise alimentaire en réponse à une hypoglycémie, induite uniquement dans le cerveau. Dans le cerveau, le GLUT2 est principalement exprimé par les astrocytes, cellules gliales connues pour soutenir, nourrir et protéger les neurones. Nous avons alors ré-exprimé spécifiquement le GLUT2 dans les astrocytes des souris transgéniques et nous avons observé que seule la stimulation de la sécrétion du glucagon en réponse à l'hypoglycémie est restaurée. Ces résultats mettent en évidence que la sécrétion du glucagon et la prise alimentaire sont contrôlées par différents mécanismes centraux de glucodétection dépendants de GLUT2.

Métabolisme énergétique et traumatisme crâniocérébral [Energy metabolism and craniocerebral injury]

Severe head injury induces major hormonal, humoral and metabolic changes, characterized by increases in stress hormone secretion, lymphokines production, associated with high lipid and protein catabolism as well as changes in energy expenditure (EE). Numerous factors influence EE in head-injured patients, particularly anthropometric data, body temperature, nutritional support, level of consciousness, muscular tone and activity. Resting EE is usually increased following brain trauma; however, normal or decreased metabolic rates can be observed in curarized patients on mechanical ventilation or in patients receiving high doses of barbiturates.

EV02: a Phase I trial to compare the safety and immunogenicity of HIV DNA-C prime-NYVAC-C boost to NYVAC-C alone.

The aim of this randomised controlled trial was to see if the addition of 4 mg/ml DNA-C priming given by the intramuscular route at weeks 0 and 4 to NYVAC-C at weeks 20 and 24, safely increased the proportion of participants with HIV-specific T-cell responses measured by the interferon (IFN)-gamma ELISpot assay at weeks 26 and/or 28 compared to NYVAC-C alone. Although 2 individuals discontinued after the first DNA-C due to adverse events (1 vaso-vagal; 1 transient, asymptomatic elevation in alanine transaminase), the vaccines were well tolerated. Three others failed to complete the regimen (1 changed her mind; 2 lost to follow-up). Of the 35 that completed the regimen 90% (18/20) in the DNA-C group had ELISpot responses compared to 33% (5/15) that received NYVAC-C alone (p=0.001). Responses were to envelope in the majority (21/23). Of the 9 individuals with responses to envelope and other peptides, 8 were in the DNA-C group. These promising results suggest that DNA-C was an effective priming agent, that merits further investigation.

Nitric ocide mediates the blood pressure response to mental stress in humans

Objectif : Le monoxyde d'azote (NO) régule la pression artérielle en modulant le tonus vasculaire périphérique et l'activité sympathique vasoconstrictrice. La synthèse du NO est altérée dans plusieurs maladies cardiovasculaires importantes. La perte de l'effet vasodilatateur du NO et de son effet freinateur sur la décharge sympathique pourrait entraîner une réponse vasopressive exagérée au stress mental. Méthodes : Nous avons donc comparé les réponses sympathique (activité nerveuse musculaire sympathique) et hémodynamique au stress mental pendant une perfusion isotonique de NaCI et lors de l'administration d'un inhibiteur systémique de la NO- synthase (NG-monomethyl-L-arginine, L-NMMA). Résultats : Le résultat principal est que le stress mental qui pendant la perfusion saline augmente l'activité nerveuse sympathique d'environ 50% et la pression artérielle moyenne d'environ 15%, n'a eu aucun effet sympathoexcitateur et vasopresseur détectable lors de la perfusion de L-NMMA. Ces observations ne sont pas liées à une atteinte généralisée de la réponse hémodynamique et/ou sympathique lors de la perfusion de L-NMMA, car ces réponses étaient conservées lors de l'immersion de la main dans de l'eau glacée. Conclusions : Le stress mental induit des effets vasopresseurs et sympathoexcitateurs chez l'homme qui sont médiés par le NO. Ces résultats laissent penser que, contrairement à ce qui a été généralement supposé, le NO peut dans certaines circonstances augmenter la pression artérielle in vivo.

Traitement des epilepsies réfractaires: rôle de la stimulation electrique [Treatment of pharmacoresistant epilepsy: stimulated refractoriness].

Antiepileptic drugs allow controlling seizures in 70% of patients. For the others, a presurgical work-up should be undertaken, especially if a focal seizure origin is suspected; however, only a fraction of pharmacoresistant patients will be offered resective (curative) surgery. In the last 15 years, several palliative therapies using extra- or intracranial electrical stimulations have been developed. This article presents the vagal nerve stimulation, the deep brain stimulation (targeting the mesiotemporal region or the thalamus), and the cortical stimulation "on demand". All show an overall long-term responder rate between 30-50%, but less than 5% of patients becoming seizure free. It is to hope that a better understanding of epileptogenic mechanisms and of the implicated neuronal networks will lead to an improvement of these proportions.