Dreieck: Ernährung, Darmzellen und Hormone

Die Ernährung beeinflusst die Darmzellen, die wiederum enormen Einfluss auf den Hormonhaushalt haben. Eine Ernährung reich an Zucker und Fett kann die Erneuerung der Darmzellen empfindlich stören. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie von Wissenschaftlern am Helmholtz Zentrum München und an der Technischen Universität München.

Dünndarm nimmt an Volumen zu

Der menschliche Darm liefert dem restlichen Körper Energie. Außerdem ist er ein Meister darin, schnell auf Veränderungen des Ernährungs- und Nährstoffhaushalts zu reagieren. Dies gelingt ihm mit Hilfe von Darmzellen, die unter anderem auf die Aufnahme von Nahrungsbestandteilen oder die Ausschüttung von Hormonen spezialisiert sind.

Beim erwachsenen Menschen regenerieren sich die Darmzellen alle fünf bis sieben Tage. Von entscheidender Bedeutung dafür sind die Darmstammzellen. Sie ermöglichen die rasche Anpassung des Verdauungssystems. Die Münchner Forscher fanden jetzt heraus, dass eine zucker- und fettreiche Ernährung über einen längeren Zeitraum hinweg diese Anpassungsfähigkeit stört und so zu Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes und Magen-Darm-Krebs beitragen kann. Die Ergebnisse der Studie wurden jetzt im Fachmagazin Nature Metabolism veröffentlicht.

Die molekularen Mechanismen dieser Störung sind Teil des Forschungsgebiets von Heiko Lickert und seiner Gruppe am Helmholtz München und der Technischen Universität München. Wissenschaftler gehen davon aus, dass Darmstammzellen eine einzigartige Rolle bei der Fehlanpassung spielen. An einem Mausmodell untersuchten die Forscher die Auswirkungen einer zucker- und fettreichen Ernährung und verglichen diese mit einer Kontrollgruppe.

„Als Erstes fiel uns auf, dass der Dünndarm durch die kalorienreiche Ernährung stark an Größe zunimmt“, sagt Studienleiterin Anika Bottcher. „Gemeinsam mit dem Team von Computerbiologen von Fabian Theis bei Helmholtz München haben wir dann 27.000 Darmzellen aus Kontrolldiäten und Mäusen, die mit einer fettreichen/zuckerreichen Diät gefüttert wurden, profiliert. Mit neuen Techniken des maschinellen Lernens fanden wir so heraus, dass sich Darmstammzellen deutlich schneller bei den Mäusen mit ungesunder Ernährung teilen und differenzieren.“

Die Forscher vermuteten, dass dies an einer Hochregulation der relevanten Signalwege liegt, die bei vielen Krebsarten mit einer Beschleunigung des Tumorwachstums einhergeht. „Dies könnte ein wichtiger Zusammenhang sein: Die Ernährung beeinflusst die metabolische Signalübertragung, was zu einem übermäßigen Wachstum von Darmstammzellen und letztendlich zu einem erhöhten Risiko für Magen-Darm-Krebs führt“, sagte Bottcher.

Mithilfe dieser hochauflösenden Technik konnten die Forscher auch seltene Zelltypen im Darm untersuchen, zum Beispiel hormonsezernierende Zellen. Unter anderem konnten sie zeigen, dass eine ungesunde Ernährung zu einer Verminderung der Serotonin-produzierenden Zellen im Darm führt. Dies kann zu einer Darmträgheit (typisch für Diabetes mellitus) oder erhöhtem Appetit führen. Darüber hinaus zeigte die Studie, dass sich die absorbierenden Zellen an die fettreiche Ernährung anpassen und ihre Funktionalität steigt, wodurch die Gewichtszunahme direkt gefördert wird.

Diese und weitere Erkenntnisse aus der Studie führen zu einem neuen Verständnis der Krankheitsmechanismen im Zusammenhang mit einer kalorienreichen Ernährung. „Was wir herausgefunden haben, ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung alternativer nicht-invasiver Therapien“, fasste Studienleiter Heiko Lickert die Ergebnisse zusammen. Leider gibt es bisher keinen pharmakologischen Ansatz, um Fettleibigkeit und Diabetes zu verhindern, zu stoppen oder umzukehren.

Quelle:

Aliluev, A., Tritschler, S., Sterr, M. et al. Diet-induced alteration of intestinal stem cell function underlies obesity and prediabetes in mice. Nat Metab 3, 1202–1216 (2021). https://doi.org/10.1038/s42255-021-00458-9 (https://www.nature.com/articles/s42255-021-00458-9)

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