Influence of feeding and metabolic states on olfactory detection

Olfaction is closely linked to energy homeostasis regulation. The olfactory system shares several molecular, anatomical and functional links with brain areas and peripheral organs involved in food intake and body weight regulations. We demonstrated that the feeding state modulates olfactory detection: fasted rats display better olfactory sensitivity that satiated ones. This modulation is also observed in Obese Zucker fa/fa rats. However, obesity-resistant LouC rats do not modulate their olfactory detection according to the feeding state. Peripheral hormones and neuropeptides involved in energy homeostasis regulation might be responsible for olfactory detection modulation. To examine this hypothesis, we evaluated the respective roles of Orexin A, a hypothalamic orexigenic neuropeptide; as well as leptin and insulin, two peripheral adiposity hormones; on olfactory detection. We demonstrated that central administration of Orexin A increases olfactory detection; whereas central administration of leptin or insulin decreases olfactory detection. Orexin A, leptin and insulin receptors are widely expressed in the olfactory system. We further demonstrated that insulin receptors were abundantly expressed in discrete olfactory bulb areas and in several neuron types of the olfactory bulb network. The whole of these data, supported by several reports, suggest that hormones and neuropeptides classically involved in energy homeostasis regulation extend their roles to olfactory detection modulation. Indeed, orexigenic signals released upon fasting or in conditions of energy depletion increase olfactory detection which participate in meal initiation. By contrast, anorexigenic signals released during refeeding or in conditions of energy abundance decrease olfactory detection which participate in meal termination. With the ever rising incidence of metabolic disorders, elucidating the cross-talks between olfaction and energy homeostasis regulation is of critical relevance to better understand and manage the etiology of altered food-intake behaviours.

Le système olfactif partage de nombreux liens moléculaires, neuroanatomiques et fonctionnels avec le système de régulation de l’homéostasie énergétique. L’exploration de ces interactions nous a conduit à démontrer que la détection olfactive est modulée par les états alimentaires et métaboliques : des animaux affamés présentent une meilleure sensibilité olfactive que des animaux rassasiés. Cette modulation persiste chez les rats Zucker fa/fa obèses et disparaît chez les rats LouC résistants à l’obésité. Les hormones et les neuropeptides impliqués dans la régulation de l’homéostasie énergétique apparaissent comme de bons candidats pour expliquer l’influence des états alimentaires et métaboliques sur la détection olfactive. Afin de tester directement leur action sur la détection olfactive, nous avons évalué les rôles de l’Orexine A, un neuropeptide hypothalamique orexigène, ainsi que de la leptine et de l’insuline, deux hormones d’adiposité périphériques, sur la capacité de détection olfactive de rats Wistar. Ainsi, nous avons démontré que l’injection ICV d’orexine A induit une augmentation de la détection olfactive. A l’inverse, les injections ICV de leptine et d’insuline induisent une diminution de la détection olfactive. Les récepteurs de l’orexine A, de l’insuline et de la leptine sont largement exprimés au niveau du système olfactif. En particulier, les récepteurs de l’insuline présentent une régionalisation marquée et sont très abondants au niveau de plusieurs catégories cellulaires du bulbe olfactif, le premier relais central de l’information olfactive. Nous avons également montré que la quantité d’insuline bulbaire variait en fonction de l’état alimentaire tandis que la densité des récepteurs n’était pas modifiée. L’ensemble de ces données, corroboré par d’autres travaux de la littérature, suggère que les hormones et les neuropeptides impliqués dans la régulation de l’homéostasie énergétique jouent également un rôle majeur dans la régulation de la fonction olfactive. Les molécules orexigènes, libérées en état de faim et de carence énergétique, augmentent la détection olfactive et participent à l’initiation du comportement alimentaire. A l’inverse, les molécules anorexigènes libérées en état de rassasiement et d’abondance énergétique, diminuent la détection olfactive et conduisent à l’arrêt de la prise alimentaire. La compréhension des mécanismes qui sous-tendent les interactions entre l’odorat et la régulation de la prise alimentaire et de la masse corporelle pourrait permettre à terme d’évaluer l’importance de la perception sensorielle de la nourriture lors de la mise en place de troubles du comportement alimentaire.