Central glucagon-like-peptide-1 (GLP-1) receptor activation reduces food intake; however, brain nuclei and mechanism(s) mediating this effect remain poorly understood. Although central nervous system GLP-1 is produced almost exclusively in the nucleus of the solitary tract in the hindbrain, GLP-1 receptors (GLP-1R) are expressed throughout the brain, including nuclei in the mesolimbic reward system (MRS), e.g. the ventral tegmental area (VTA) and the nucleus accumbens (NAc). Here, we examine the MRS as a potential site of action for GLP-1-mediated control of food intake and body weight. Double immunohistochemistry for Fluorogold (monosynaptic retrograde tracer) and GLP-1 neuron immunoreactivity indicated that GLP-1-producing nucleus tractus solitarius neurons project directly to the VTA, the NAc core, and the NAc shell. Pharmacological data showed that GLP-1R activation in the VTA, NAc core, and NAc shell decreased food intake, especially of highly-palatable foods, and body weight. Moreover, blockade of endogenous GLP-1R signaling in the VTA and NAc core resulted in a significant increase in food intake, establishing a physiological relevance for GLP-1 signaling in the MRS. Current data highlight these nuclei within the MRS as novel sites for GLP-1R-mediated control of food intake and body weight.

The long-acting glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonists, exendin-4 and liraglutide, suppress food intake and body weight. The mediating site(s) of action for the anorectic effects produced by peripheral administration of these GLP-1R agonists are not known. Experiments addressed whether food intake suppression after ip delivery of exendin-4 and liraglutide is mediated exclusively by peripheral GLP-1R or also involves direct central nervous system (CNS) GLP-1R activation. Results showed that CNS delivery [third intracerebroventricular (3rd ICV)] of the GLP-1R antagonist exendin-(9–39) (100 μg), attenuated the intake suppression by ip liraglutide (10 μg) and exendin-4 (3 μg), particularly at 6 h and 24 h. Control experiments show that these findings appear to be based neither on the GLP-1R antagonist acting as a nonspecific competing orexigenic signal nor on blockade of peripheral GLP-1R via efflux of exendin-(9–39) to the periphery. To assess the contribution of GLP-1R expressed on subdiaphragmatic vagal afferents to the anorectic effects of liraglutide and exendin-4, food intake was compared in rats with complete subdiaphragmatic vagal deafferentation and surgical controls after ip delivery of the agonists. Both liraglutide and exendin-4 suppressed food intake at 3 h, 6 h, and 24 h for controls; for subdiaphragmatic vagal deafferentation rats higher doses of the GLP-1R agonists were needed for significant food intake suppression, which was observed at 6 h and 24 h after liraglutide and at 24 h after exendin-4. Conclusion: Food intake suppression after peripheral administration of exendin-4 and liraglutide is mediated by activation of GLP-1R expressed on vagal afferents as well as direct CNS GLP-1R activation.

The FDA-approved glucagon-like-peptide-1 receptor (GLP-1R) agonists exendin-4 and liraglutide reduce food intake and body weight. Nausea is the most common adverse side effect reported with these GLP-1R agonists. Whether food intake suppression by exendin-4 and liraglutide occurs independently of nausea is unknown. Further, the neurophysiological mechanisms mediating the nausea associated with peripheral GLP-1R agonist use are poorly understood. Using two established rodent models of nausea [conditioned taste avoidance (CTA) and pica (ingestion of nonnutritive substances)], results show that all peripheral doses of exendin-4 that suppress food intake also produce CTA, whereas one dose of liraglutide suppresses intake without producing CTA. Chronic (12 days) daily peripheral administration of exendin-4 produces a progressive increase in pica coupled with stable, sustained food intake and body weight suppression, whereas the pica response and food intake reduction by daily liraglutide are more transient. Results demonstrate that the nausea response accompanying peripheral exendin-4 occurs via a vagal-independent pathway involving GLP-1R activation in the brain as the exendin-4-induced pica response is attenuated with CNS co-administration of the GLP-1R antagonist exendin-(9–39), but not by vagotomy. Direct administration of exendin-4 to the medial subnucleus of the nucleus tractus solitarius (mNTS), but not to the central nucleus of the amygdala, reduced food intake and produced a pica response, establishing the mNTS as a potential GLP-1R-expressing site mediating nausea responses associated with GLP-1R agonists.

Abstract Transcriptomic studies of bulk neural tissue homogenates from persons with schizophrenia and controls have identified differentially expressed genes in multiple brain regions. However, the brain’s heterogeneous nature prevents identification of relevant cell types. This study analyzed single-nuclei transcriptomics of ~275,000 nuclei from frozen human postmortem dorsolateral prefrontal cortex samples from males with schizophrenia (n = 12) and controls (n = 14). 4,766 differential expression events were identified in 2,994 unique genes in 16 of 20 transcriptomically-distinct cell populations. ~96% of differentially expressed genes occurred in five neuronal cell types, and differentially expressed genes were enriched for genes associated with schizophrenia and bipolar GWAS loci. Downstream analyses identified cluster-specific enriched gene ontologies, KEGG pathways, and canonical pathways. Additionally, microRNAs and transcription factors with overrepresented neuronal cell type-specific targets were identified. These results expand our knowledge of disrupted gene expression in specific cell types and permit new insight into the pathophysiology of schizophrenia.

Abstract Central integration of peripheral neural signals is one mechanism by which systemic energy homeostasis is regulated. Previous work described increased acute food intake following chemical reduction of hepatic fatty acid oxidation and ATP levels, which was prevented by common hepatic branch vagotomy (HBV). However, possible offsite actions of the chemical compounds confound the precise role of liver energy metabolism. Herein, we used a liver-specific PGC1a heterozygous (LPGC1a) mouse model, with associated reductions in mitochondrial fatty acid oxidation and respiratory capacity, to assess the role of liver energy metabolism in systemic energy homeostasis. LPGC1a male mice have 70% greater high-fat/high-sucrose (HFHS) diet-induced weight gain and 35% greater positive energy balance compared to wildtype (WT) (p<0.05). The greater energy balance was associated with altered feeding behavior and lower activity energy expenditure during HFHS in LPGC1a males. Importantly, no differences in HFHS-induced weight gain or energy metabolism was observed between female WT and LPGC1a mice. WT and LPGC1a mice underwent sham or HBV to assess whether vagal signaling was involved in HFHS-induced weight gain of male LPGC1a mice. HBV increased HFHS-induced weight gain (85%, p<0.05) in male WT, but not LPGC1a mice. As above, sham LPGC1a males gain 70% more weight during short-term HFHS feeding than sham WT (p<0.05). These data demonstrate a sexspecific role of reduced liver energy metabolism in acute diet-induced weight gain, and the need of more nuanced assessment of the role of vagal signaling in short-term diet-induced weight gain. Key Points Summary Reduced liver PGC1a expression results in reduced mitochondrial fatty acid oxidation and respiratory capacity in male mice. Male mice with reduced liver PGC1a expression (LPGC1a) demonstrate greater short-term high-fat/high-sucrose diet-induced weight gain compared to wildtype. Greater positive energy balance during HFHS feeding in male LPGC1a mice is associated with altered food intake patterns and reduced activity energy expenditure. Female LPGC1a mice do not have differences in short-term HFHS-induced body weight gain or energy metabolism compared to wildtype. Disruption of vagal signaling through common hepatic branch vagotomy increases short-term HFHS-induced weight gain in male wildtype mice, but does not alter male LPGC1a weight gain.

SUMMARY Mechanisms underlying long-term sustained weight loss and glycemic normalization after obesity surgery include changes in gut hormone levels, including glucagon-like peptide 1 (GLP-1) and peptide YY (PYY). We demonstrate that two peptide biased agonists (GEP44 and GEP12) of the GLP-1, neuropeptide Y1, and neuropeptide Y2 receptors (GLP-1R, Y1-R, and Y2-R, respectively) elicit Y1-R antagonist-controlled, GLP-1R-dependent stimulation of insulin secretion in both rat and human pancreatic islets, thus revealing the counteracting effects of Y1-R and GLP-1R agonism. These agonists also promote insulin-independent Y1-R-mediated glucose uptake in muscle tissue ex vivo and more profound reductions in food intake and body weight than liraglutide when administered to diet-induced obese rats. Our findings support a role for Y1-R signaling in glucoregulation and highlight the therapeutic potential of simultaneous receptor targeting to achieve long-term benefits for millions of patients.

Circadian desynchrony induced by shiftwork or jet lag is detrimental to metabolic health, but how synchronous or desynchronous signals are transmitted among tissues is unknown. We report that liver molecular clock dysfunction is signaled to the brain through the hepatic vagal afferent nerve (HVAN), leading to altered food intake patterns that are corrected by ablation of the HVAN. Hepatic branch vagotomy also prevents food intake disruptions induced by high-fat diet feeding and reduces body weight gain. Our findings reveal a homeostatic feedback signal that relies on communication between the liver and the brain to control circadian food intake patterns. This identifies the hepatic vagus nerve as a potential therapeutic target for obesity in the setting of chronodisruption.

Circadian desynchrony induced by shiftwork or jetlag is detrimental to metabolic health, but how synchronous/desynchronous signals are transmitted among tissues is unknown. Here we report that liver molecular clock dysfunction is signaled to the brain via the hepatic vagal afferent nerve (HVAN), leading to altered food intake patterns that are corrected by ablation of the HVAN. Hepatic branch vagotomy also prevents food intake disruptions induced by high-fat diet feeding and reduces body weight gain. Our findings reveal a previously unrecognized homeostatic feedback signal that relies on synchrony between the liver and the brain to control circadian food intake patterns. This identifies the hepatic vagus nerve as a therapeutic target for obesity in the setting of chrono-disruption.The hepatic vagal afferent nerve signals internal circadian desynchrony between the brain and liver to induce maladaptive food intake patterns.

The ability to encode and retrieve meal-related information is critical to efficiently guide energy acquisition and consumption, yet the underlying neural processes remain elusive. Here we reveal that ventral hippocampus (HPCv) neuronal activity dynamically elevates during meal consumption and this response is highly predictive of subsequent performance in a foraging-related spatial memory task. Targeted recombination-mediated ablation of HPCv meal-responsive neurons impairs foraging-related spatial memory without influencing food motivation, anxiety-like behavior, or escape-mediated spatial memory. These HPCv meal-responsive neurons project to the lateral hypothalamic area (LHA) and single-nucleus RNA sequencing and in situ hybridization analyses indicate they are enriched in serotonin 2a receptors (5HT2aR). Either chemogenetic silencing of HPCv-to-LHA projections or intra-HPCv 5HT2aR antagonist yielded foraging-related spatial memory deficits, as well as alterations in caloric intake and the temporal sequence of spontaneous meal consumption. Collective results identify a population of HPCv neurons that dynamically respond to eating to encode meal-related memories.