Sex differences in central insulin action: Effect of intranasal insulin on neural food cue reactivity in adults with normal weight and overweight

Abstract

Background/Objectives Central insulin action influences cognitive processes, peripheral metabolism, and eating behavior. However, the contribution of obesity and sex on central insulin-mediated neural food cue processing still remains unclear. Subjects/Methods In a randomized within-participant design, including two visits, 60 participants (30 women, BMI 18–32 kg/m2, age 21–69 years) underwent a functional MRI task measuring blood oxygen level-dependent (BOLD) signal in response to visual food cues after intranasal insulin or placebo spray administration. Central insulin action was defined as the neural BOLD response to food cues after insulin compared to placebo administration. Afterwards, participants were asked to rate the food cues for desire to eat (i.e., wanting rating). For statistical analyses, participants were grouped according to BMI and sex. Results Food cue reactivity in the amygdala showed higher BOLD activation in response to central insulin compared to placebo. Furthermore, women with overweight and obesity and men of normal weight showed higher BOLD neural food cue responsivity to central insulin compared to placebo. Higher central insulin action in the insular cortex was associated with better peripheral insulin sensitivity and higher cognitive control. Moreover, central insulin action in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) revealed significant sex differences. In response to central insulin compared to placebo, men showed lower DLPFC BOLD activity, whereas women showed higher DLPFC activity in response to highly desired food cues. On behavioral level, central insulin action significantly reduced hunger, whereas the desire to eat, especially for low caloric food cues was significantly higher with central insulin than with placebo. Conclusions Obesity and sex influenced the central insulin-mediated neural BOLD activity to visual food cues in brain regions implicated in reward and cognitive control. These findings show that central insulin action regulates food response differentially in men and women, which may have consequences for metabolism and eating behavior.

Exercise restores brain insulin sensitivity in sedentary adults who are overweight and obese

“…Nevertheless, in this exploratory research, we were able to analyze and compare brain insulin action of participants who were overweight or obese from previous studies without an exercise intervention. Moreover, sex-specific findings have been identified on brain insulin responsivity ( 20 , 21 , 63 ), which could not be investigated in the current study based on the limited sample size. The correlative nature of the findings prohibits us to clarify mechanisms of actions.…”

“…2, 10). These diverse central insulin responses largely depend on its action in the hypothalamus, amygdala, hippocampus, striatum and parts of the insula and prefrontal cortex (PFC) (11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)(22)(23)(24). Specifically, central insulin action curbs food intake, improves mood and memory function (for review, see ref.…”

Zentralnervöse Prozesse bei der Prävention von Typ-2-Diabetes – Ferdinand-Bertram-Preis 2022 – eine Kurzübersicht der Preisträgerin Stephanie Kullmann

“…In ähnlicher Weise konnten wir zeigen, dass intranasales Insulin zu einer Veränderung der Aktivität in dopaminergen Verarbeitungspfaden führt [3,16]. Bei Personen mit Insulin-Resistenz ist die Insulinwirkung dieser neuronalen Schaltkreise gestört [3,17,18,19,20], was zu einer höheren Präferenz für hochkalorische Nahrungsmittel führt [14,19]. Dies könnte eine Gewichtszunahme und somit die Entwicklung eines T2D begünstigen.…”

“…Dies könnte eine Gewichtszunahme und somit die Entwicklung eines T2D begünstigen. Dies wird auch durch die Tatsache unterstützt, dass Personen mit einer erhöhten Anfälligkeit für unkontrolliertes Essen die auffälligsten Veränderungen im präfrontalen Kortex als Reaktion auf zentrales Insulin zeigen [14,20,21]. Daher könnte die zentrale Insulinwirkung eine wichtige Rolle bei kognitiver Kontrolle (u. a. Selbstkontrolle und Inhibition) spielen.…”

“…Daher könnte die zentrale Insulinwirkung eine wichtige Rolle bei kognitiver Kontrolle (u. a. Selbstkontrolle und Inhibition) spielen. Neueste Erkenntnisse aus unserer Arbeitsgruppe legen nahe, dass dies möglicherweise in einer geschlechtsabhängigen Weise geschieht [20]. Die zentrale Insulinwirkung als Reaktion auf die Bewertung von schmackhaften Essensreizen ergab eine erhöhte Antwort im präfrontalen Kortex bei Frauen mit hoher kognitiven Kontrolle, während Männer eine entgegengesetzte Reaktion im Präfrontalkortex zeigten [20].…”