Je weniger ein Wurm der Art Caenorhabditis elegans (C. elegans) frisst, desto langsamer verliert er sein Fett. Jetzt haben Wissenschaftler von Scripps Research herausgefunden, warum das so ist: Ein kleines Molekül, das während des Fastens vom Darm der Würmer produziert wird, wandert zum Gehirn und blockiert während dieser Zeit ein Fettverbrennungssignal. Obwohl das genaue Molekül, das sie in den Würmern identifiziert haben, noch nicht am Menschen untersucht wurde, hilft die neue Arbeit den Wissenschaftlern, die komplexe Interaktion zwischen Darm und Gehirn besser zu verstehen. Es könnte auch Aufschluss darüber geben, warum Fasten – der Verzicht auf Nahrung über einen bestimmten Zeitraum – Vorteile hat, die unabhängig von der Menge an Kalorien sind, die eine Person zu sich nimmt. Die neue Studie wurde am 11. August 2024 in Nature Communications veröffentlicht.

Die Forscher um Supriya Srinivasan, Scripps Research Professor of Neuroscience, PhD und Hauptautorin der neuen Studie, haben zum ersten Mal herausgefunden, dass Fasten Informationen an das Gehirn übermittelt, die über bloßen Kalorienmangel hinausgehen. Diese Erkenntnisse veranlassen sie zu der Frage, ob es im Darm anderer Tiere, einschließlich Säugetieren, produzierte Moleküle gibt, die einige der mit dem Fasten verbundenen gesundheitlichen Auswirkungen erklären.

Von Darmzellen produziertes Insulinmolekül beeinflusst den Fettstoffwechsel über das Gehirn

Forscher wissen seit langem, dass das Gehirn die Produktion und den Abbau von Fetten bei Menschen, anderen Säugetieren und Modellorganismen wie C. elegans steuert. Im Jahr 2017 identifizierte Srinivasans Gruppe FLP-7, ein Gehirnhormon, das die Fettverbrennung im Darm des Nematoden anregt. Allerdings verfügt C. elegans über keine sensorischen Nerven in seinem Darm, sodass die Wissenschaftler Schwierigkeiten hatten, den umgekehrten Kommunikationsweg zu entschlüsseln: Wie sendet der Darm Signale an das Gehirn? Die Experten wussten, dass eine Veränderung des Stoffwechsels im Darm die Eigenschaften von Neuronen im Gehirn verändern kann, aber es war sehr rätselhaft, wie dies tatsächlich geschieht.

In der neuen Arbeit entfernten Srinivasan und ihre Kollegen nacheinander mehr als 100 Signalmoleküle aus dem Darm von C. elegans und maßen deren Einfluss auf die FLP-7-Produktion im Gehirn. Sie fanden ein Molekül, das einen großen Einfluss auf FLP-7 hatte: eine Insulinform namens INS-7. Beim Menschen ist Insulin vor allem als das von der Bauchspeicheldrüse produzierte Hormon bekannt, das den Blutzuckerspiegel steuert. Dieses Insulinmolekül wurde jedoch stattdessen von Darmzellen produziert und hatte über das Gehirn auch Auswirkungen auf den Fettstoffwechsel. Als die Forscher entdeckten, dass es sich um ein Insulin handelte, hielten sie es für ein Paradoxon. Insulin ist bei Säugetieren so gut untersucht, dass es keinen Präzedenzfall dafür gab, dass ein Insulinmolekül diese Rolle spielt.

Als die Gruppe jedoch untersuchte, wie INS-7 die FLP-7-produzierenden Gehirnzellen beeinflusst, stellte sie fest, dass es die Insulinrezeptoren nicht – wie alle zuvor entdeckten Insulinmoleküle – aktivierte, sondern den Insulinrezeptor blockierte. Diese Blockade wiederum setzte eine Kaskade anderer molekularer Ereignisse in Gang, die schließlich dazu führten, dass die Gehirnzellen die Produktion von FLP-7 einstellten. Laut Srinivasan handelt es sich bei INS-7 im Grunde um ein Signal des Darms, das dem Gehirn mitteilt, im Moment keine weiteren Fettreserven zu verbrennen, weil keine Nahrung zugeführt wird.

Signale zwischen Darm und Gehirn steuern den Stoffwechsel

Studien haben bereits gezeigt, dass sich Fastenperioden auf unterschiedliche Weise auf den Körper auswirken können, die Mechanismen dieser Veränderungen waren jedoch bisher unklar. Die neue Studie weist auf eine Möglichkeit hin, wie ein leerer Darm das Gehirn signalisieren kann, was möglicherweise zu einer Reihe gesundheitlicher Auswirkungen führt, die über Fett hinausgehen. Die neuen Erkenntnisse, so Srinivasan, helfen zu erklären, wie Gehirn und Verdauungssystem in beide Richtungen kommunizieren, um den Stoffwechsel als Reaktion auf die Nahrungsverfügbarkeit zu steuern.

Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um herauszufinden, welche spezifischen Signalwege bei Säugetieren an den neuen Signalen zwischen Darm und Gehirn beteiligt sind. Verbindungen, die Darmhormone nachahmen – wie Semaglutid, bekannt unter Markennamen wie Ozempic, Wegovy und Rybelus – haben sich in letzter Zeit im Kampf gegen Fettleibigkeit und Diabetes als beliebt erwiesen, sodass neue Darmpeptide diese Medikamentenklasse ergänzen könnten. Srinivasan plant außerdem Experimente, um zu untersuchen, wie Darmzellen von C. elegans während des Fastens zur Produktion von INS-7 angeregt werden und welche Arten von Gehirnzellen von dem Molekül beeinflusst werden.