Eine Studie der Universität Nagoya zeigt, dass Fettleibigkeit im mittleren Alter durch die Verkürzung spezifischer Gehirnstrukturen verursacht werden kann, die den Stoffwechsel regulieren, was darauf hindeutet, dass eine gezielte Ernährung der Schlüssel zur Prävention sein könnte.
Forscher der Universität Nagoya und ihre Kollegen in Japan haben herausgefunden, dass Fettleibigkeit im mittleren Alter auf altersbedingte Veränderungen in der Form von Neuronen im Hypothalamus zurückzuführen ist, der Gehirnregion, die für die Regulierung von Stoffwechsel und Appetit verantwortlich ist.
Ein Protein namens Melanocortin-4-Rezeptor (MC4R) erkennt Überernährung und reguliert Stoffwechsel und Appetit, um Fettleibigkeit vorzubeugen. Laut ihrer Studie an Ratten waren MC4Rs in primären Zilien (antennenähnlichen Strukturen) konzentriert, die von einigen Gruppen hypothalamischer Neuronen ausgehen. Die Studie zeigte auch, dass die primären Zilien mit zunehmendem Alter kürzer wurden, was die MC4Rs entsprechend verringerte, was zu einer Gewichtszunahme führte.
„Wir glauben, dass ein ähnlicher Mechanismus auch beim Menschen existiert“, sagte Professor Kazuhiro Nakamura vom Nagoya-Universität Graduate School of Medicine, der Hauptautor der Studie. „Wir hoffen, dass unsere Erkenntnisse zu einer grundlegenden Behandlung von Fettleibigkeit führen werden.“ Die Forscher veröffentlichten die Ergebnisse der Studie in der Fachzeitschrift Zellstoffwechsel.
Der Mechanismus hinter der Gewichtszunahme
Mit zunehmendem Alter werden wir anfälliger für Übergewicht und Fettleibigkeit. Übergewichtige Menschen sind anfälliger für Diabetes, Hyperlipidämie und andere chronische Krankheiten. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass die Gewichtszunahme im mittleren Alter durch einen altersbedingten Rückgang des Gesamtstoffwechsels verursacht wird, der Mechanismus war jedoch unklar.
Ein Forschungsteam der Nagoya University Graduate School of Medicine führte in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Osaka, der Universität Tokio und dem Forschungsinstitut für Umweltmedizin der Universität Nagoya eine Studie mit Schwerpunkt auf MC4Rs durch.
Eine Verkürzung der primären MC4R+-Zilien im Hypothalamus des Gehirns führt zu Fettleibigkeit im mittleren Alter. Bildnachweis: Kazuhiro Nakamura
MC4Rs regen den Stoffwechsel an und unterdrücken die Nahrungsaufnahme als Reaktion auf ein übermäßiges Esssignal von Melanocortin. Zunächst untersuchte das Forscherteam die Verteilung von MC4Rs im Gehirn von Ratten, indem es einen Antikörper nutzte, den es speziell entwickelt hatte, um MC4Rs sichtbar zu machen. Sie fanden heraus, dass MC4Rs ausschließlich in primären Zilien bestimmter Gruppen hypothalamischer Neuronen vorhanden sind.
Als nächstes untersuchte das Team die Länge der primären Zilien mit MC4Rs (MC4R).+ Zilien) im Gehirn von 9 Wochen alten (jungen) Ratten und 6 Monate alten (mittleren Alters) Ratten. Das Team fand, dass MC4R+ Zilien waren bei Ratten mittleren Alters deutlich kürzer als bei jungen Ratten. Dementsprechend waren der Stoffwechsel und die Fettverbrennungskapazität bei Ratten mittleren Alters deutlich geringer als bei jungen Ratten.
Auswirkungen auf die Ernährung und Leptinresistenz
Als nächstes analysierte das Team MC4R+ Zilien bei Ratten unter verschiedenen Ernährungsbedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass MC4R+ Zilien bei Ratten, die sich normal ernährten, verkürzten sich mit zunehmendem Alter allmählich. Auf der anderen Seite MC4R+ Zilien bei Ratten, die eine fettreiche Diät erhielten, verkürzten sich schneller, während sich die Zilien bei Ratten, die eine eingeschränkte Diät erhielten, langsamer verkürzten.
Interessanterweise stellte das Team auch fest, dass MC4R+ Zilien, die einst mit zunehmendem Alter verschwanden, wurden bei Ratten regeneriert, die zwei Monate lang einer eingeschränkten Ernährung ausgesetzt waren.
In der Studie nutzte das Team auch Gentechnologien, um MC4R herzustellen+ Zilien kürzer bei jungen Ratten. Diese Ratten zeigten eine erhöhte Nahrungsaufnahme und einen verminderten Stoffwechsel, was zu einer Gewichtszunahme führte.
Das Team verabreichte außerdem ein Hormon namens Leptin in die Gehirne von Ratten mit künstlich verkürztem MC4R+ Zilien. Es wird angenommen, dass Leptin dazu beiträgt, die Nahrungsaufnahme zu reduzieren. Überraschenderweise wurde ihr Appetit jedoch nicht reduziert, was darauf hindeutet, dass Leptin keine Wirkung gegen Fettleibigkeit haben konnte.
„Dieses Phänomen, Leptinresistenz genannt, wird häufig auch bei adipösen menschlichen Patienten beobachtet. Dies stellt ein Hindernis für die Behandlung von Fettleibigkeit dar, die Ursache ist jedoch seit langem unbekannt“, erklärte Dr. Manami Oya, der Erstautor der Studie.
„Bei adipösen Patienten schüttet das Fettgewebe übermäßig viel Leptin aus, was die chronische Wirkung von Melanocortin auslöst. Unsere Studie legt nahe, dass dies die altersbedingte Verkürzung von MC4R fördern könnte+ Zilien und versetzen die Tiere in eine Abwärtsspirale, in der Melanocortin unwirksam wird, was das Risiko von Fettleibigkeit erhöht.“
Die Studie kam zu dem Schluss, dass die altersbedingte Verkürzung von MC4R+ Zilien verursachen bei Ratten Fettleibigkeit im mittleren Alter und Leptinresistenz. Die Forscher zeigten, dass eine Einschränkung der Ernährung eine Methode zur Vorbeugung und Behandlung von Übergewicht und Fettleibigkeit ist. Prof. Nakamura sagte: „Moderate Essgewohnheiten könnten MC4R aufrechterhalten+ Zilien lange genug, um das Anti-Adipositas-System des Gehirns auch im Alter in gutem Zustand zu halten.“
Referenz: „Altersbedingte Ziliopathie: Obesogene Verkürzung der Melanocortin-4-Rezeptor-tragenden neuronalen Primärzilien“ von Manami Oya, Yoshiki Miyasaka, Yoshiko Nakamura, Miyako Tanaka, Takayoshi Suganami, Tomoji Mashimo und Kazuhiro Nakamura, 6. März 2024, Zellstoffwechsel.
DOI: 10.1016/j.cmet.2024.02.010