Eisenablagerung im Gehirn: Ursachen, Auswirkungen und therapeutische Ansätze

Eisenablagerungen im Gehirn sind ein komplexes Phänomen, das bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle spielt. Die Ansammlung von Eisen kann neurotoxische Effekte haben und zu Beeinträchtigungen der kognitiven und motorischen Fähigkeiten führen. Dieser Artikel beleuchtet die Ursachen, Auswirkungen und potenziellen therapeutischen Ansätze im Zusammenhang mit Eisenablagerungen im Gehirn.

Die Bedeutung von Eisen im Körper und Gehirn

Eisen ist ein lebensnotwendiges Spurenelement, das eine wichtige Rolle bei vielen biologischen Prozessen spielt. Es ist beispielsweise ein Bestandteil von Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff, der Sauerstoff zu den Zellen transportiert. Eisen ist auch an der Funktion von Enzymen und bestimmten Proteinen beteiligt, die als Eisenspeicher dienen.

Auch im Gehirn ist Eisen von besonderer Bedeutung. Es ist an verschiedenen Prozessen beteiligt, darunter die Energieproduktion, die Synthese von Neurotransmittern und die Myelinisierung von Nervenfasern. Um neurotoxische Effekte zu verhindern, muss der Eisentransport und die Speicherung im Gehirn streng reguliert werden.

Ursachen von Eisenablagerungen im Gehirn

Eisen liegt im Körper in Form dreifach positiv geladener Eisenionen (Fe3+) vor und muss immer gut „verpackt“ sein, da es sonst mit Proteinen reagieren und Schäden verursachen kann. Normalerweise wird Eisen im Blutplasma durch das Eisentransportprotein Transferrin transportiert. Eine Fehlfunktion dieses Transportsystems kann zu Eisenablagerungen im Gehirn führen.

Eine internationale Studie hat gezeigt, dass Transferrin zu wurmartigen Fasern zusammenklumpen kann, was die Eisenverteilung beeinträchtigen kann.

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Weitere Ursachen für Eisenablagerungen im Gehirn sind:

• Genetische Mutationen: Mutationen in bestimmten Genen, wie dem hPANK2-Gen, können zu einer Anreicherung von Eisen im Gehirn führen. Diese Mutationen sind die Ursache für die Pantothenatkinase-assoziierte Neurodegeneration (PKAN), eine Form der Neurodegeneration mit Eisenablagerung im Gehirn (NBIA).
• Chronische Entzündungen: Chronische Entzündungen, wie sie bei chronischer Herz- oder Nierenschwäche, entzündlichen Darmerkrankungen, Diabetes, entzündlichem Rheuma oder Krebs auftreten, können zu einer gestörten Eisenaufnahme im Darm führen. In diesem Fall sind die Serum-Ferritin-Werte nicht mehr verlässlich, da sie aufgrund der Entzündung ansteigen, ohne dass die Eisenspeicher tatsächlich gefüllt sind.
• Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke: Mit zunehmendem Alter kann die Blut-Hirn-Schranke durchlässiger werden, was zu einer vermehrten Einlagerung von Eisen aus dem Blut ins Gehirn führt.
• Wiederkehrende Blutungen im Gehirn: Wiederkehrende Blutungen im Gehirn können zu einer superfiziellen Siderose führen, bei der sich Eisen auf der Hirnoberfläche ansammelt.

Erkrankungen im Zusammenhang mit Eisenablagerungen im Gehirn

Eisenablagerungen im Gehirn spielen vermutlich eine wichtige Rolle bei schweren Erkrankungen wie:

• Morbus Parkinson: Studien haben gezeigt, dass Patienten mit Parkinson-Erkrankung erhöhte Eisengehalte in der Substantia nigra und im Neocortex aufweisen. Die Substantia nigra ist eine Hirnregion, in der dopaminerge Neurone untergehen, was zu den typischen Bewegungsstörungen bei Parkinson führt.
• Morbus Alzheimer: Eisenablagerungen können zur Entstehung von β-Amyloid-Plaques und Neurofibrillen-Tangles beitragen, die charakteristischen Kennzeichen der Alzheimer-Krankheit sind. Studien haben gezeigt, dass Patienten mit dem APOE4-Allel, einem Risikofaktor für Alzheimer, erhöhte Eisenwerte im Gehirn aufweisen.
• Morbus Huntington: Auch bei der Huntington-Krankheit wurden Eisenablagerungen im Gehirn festgestellt.
• Neurodegeneration mit Eisenablagerung im Gehirn (NBIA): NBIA ist ein Oberbegriff für eine Gruppe seltener neurodegenerativer genetischer Erkrankungen, die durch eine abnorme Eisenablagerung in den Basalganglien des Gehirns gekennzeichnet sind. Die Pantothenatkinase-assoziierte Neurodegeneration (PKAN) ist die häufigste Form von NBIA.
• Neuroakanthozytose-Syndrome: Auch bei den Neuroakanthozytose-Syndromen kommt es zu Eisenablagerungen im Gehirn.

Auswirkungen von Eisenablagerungen im Gehirn

Eisenablagerungen im Gehirn können eine Vielzahl von negativen Auswirkungen haben, darunter:

• Oxidativer Stress: Eisen kann die Entstehung aggressiver Moleküle, sogenannter freier Radikale, auslösen. Diese freien Radikale können Zellen schädigen und zu oxidativem Stress führen.
• Neurotoxizität: In zu hohen Konzentrationen ist Eisen zelltoxisch und kann Nervenzellen schädigen oder abtöten.
• Beeinträchtigung kognitiver und motorischer Fähigkeiten: Eisenablagerungen im Gehirn können zu Beeinträchtigungen der kognitiven Funktionen, wie Gedächtnis und Aufmerksamkeit, sowie der motorischen Fähigkeiten, wie Koordination und Bewegung, führen.
• Demenz: Studien haben gezeigt, dass verstärkte Eisenablagerungen in bestimmten Hirnregionen, wie Hippocampus und Thalamus, mit Beeinträchtigungen von kognitiven Funktionen assoziiert sind und Prädiktoren für eine spätere Demenzentwicklung sein können.
• Bewegungsstörungen: Eisenablagerungen in der Substantia nigra können zu Bewegungsstörungen führen, wie sie bei Parkinson auftreten.

Diagnostische Verfahren

Zur Diagnose von Eisenablagerungen im Gehirn stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung:

• Magnetresonanztomografie (MRT): Die MRT ist ein bildgebendes Verfahren, mit dem die Eisenverteilung im Gehirn sichtbar gemacht werden kann. Bei einer superfiziellen Siderose ist das Eisen in der MRT als dunkle Ablagerung auf der Hirnoberfläche zu erkennen.
• Quantitative Suszeptibilitätskartierung (QSM): Die QSM ist eine spezielle Auswertungsmethode der MRT, die lokale Unterschiede im Eisengehalt identifiziert. Sie nutzt Rohdaten, die bei der konventionellen MRT üblicherweise verworfen werden.
• Blutuntersuchungen: Blutuntersuchungen können helfen, Eisenmangel oder Eisenüberladung im Körper festzustellen. Allerdings sind die Serum-Ferritin-Werte bei chronischen Entzündungen nicht verlässlich. In diesem Fall kann der TSAT-Wert (Transferrinsättigung) herangezogen werden, der die aktuelle Versorgungslage mit Eisen wiedergibt.
• Genetische Tests: Bei Verdacht auf eine genetisch bedingte Form der NBIA können genetische Tests durchgeführt werden, um Mutationen in bestimmten Genen nachzuweisen.
• Akanthozyten-Screening: Bei Verdacht auf ein Neuroakanthozytose-Syndrom kann ein Akanthozyten-Screening durchgeführt werden, um Akanthozyten (veränderte rote Blutkörperchen) im Blutbild nachzuweisen.

Therapieansätze

Die Therapie von Eisenablagerungen im Gehirn ist komplex und richtet sich nach der zugrunde liegenden Ursache und den individuellen Symptomen des Patienten.

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• Behandlung der Grunderkrankung: Wenn die Eisenablagerungen durch eine Grunderkrankung, wie eine chronische Entzündung oder eine genetische Mutation, verursacht werden, sollte diese Grunderkrankung behandelt werden.
• Eisenchelatoren: Eisenchelatoren sind Medikamente, die Eisen binden und aus dem Körper ausschleusen können. Sie können bei bestimmten Formen der Eisenüberladung im Gehirn eingesetzt werden, um die Eisenmenge zu reduzieren. Allerdings gibt es bisher keine etablierte Therapie, um das bereits abgelagerte Eisen aus dem Gehirn vollständig zu entfernen.
• Symptomatische Therapie: Die symptomatische Therapie zielt darauf ab, die Symptome der Erkrankung zu lindern. Je nach Symptomen können verschiedene Medikamente und Therapien eingesetzt werden, wie z.B. Parkinson-Medikamente, Muskelrelaxantien, Physiotherapie, Ergotherapie und Logopädie.
• Experimentelle Therapieansätze: Es gibt verschiedene experimentelle Therapieansätze, die sich in der Entwicklung befinden, wie z.B. die hochdosierte Therapie mit Kalziumpantothenat zur Behandlung der PKAN.

Neuroakanthozytose-Syndrome

Die Neuroakanthozytose-Syndrome sind eine Gruppe seltener genetischer (vererblicher) neurodegenerativer Erkrankungen. Zu diesen Syndromen gehören die Chorea-Akanthozytose (VPS13A-Krankheit) und das McLeod-Syndrom (XK-Krankheit). Die beiden Kern-Neuroakanthozytose-Syndrome werden durch Mutationen im VPS13A- und XK-Gen ausgelöst. Die jeweiligen Proteine bilden zusammen einen funktionellen Komplex an Membrankontaktstellen, wo sie zusammen am sog. „Massentransfer von Lipiden“ beteiligt sind. Dadurch erklärt sich die Ähnlichkeit der beiden Erkrankungen.

Symptome können u.a. Bewegungsstörungen (Chorea, Dystonie, Parkinsonismus), Epilepsie und kognitive Defizite sowie Blutbildveränderungen (Akanthozytose) sein. Auch Schluck- und Sprechstörungen, Verhaltens- und Persönlichkeitsveränderungen treten auf. Außerdem können Muskeln (Myopathie) und periphere Nerven (Neuropathie) von der Erkrankung betroffen sein.

Neurodegeneration mit Eisenablagerung im Gehirn (NBIA)

NBIA ist ein Oberbegriff für eine Gruppe fortschreitender und bisher unheilbarer neurologischer Erkrankungen, die meist im Kindes- oder Jugendalter beginnen und genetisch bedingt sind. Kennzeichnend für alle NBIA-Erkrankungen ist eine abnorme Eisenablagerung in den Gehirnkernen, den sog. Basalganglien.

Symptome können je nach NBIA-Erkrankung unterschiedlich sein und umfassen Entwicklungs- und Bewegungsstörungen, Verhaltensauffälligkeiten, kognitive Einschränkungen, Seh- oder Sprachstörungen oder Epilepsie. Viele Patienten entwickeln eine ausgeprägte Dystonie.

Forschung und Ausblick

Die Forschung im Bereich der Eisenablagerungen im Gehirn ist sehr aktiv. Wissenschaftler arbeiten daran, die Ursachen und Mechanismen der Eisenablagerung besser zu verstehen und neue Therapieansätze zu entwickeln. Aktuelle Forschungsprojekte beschäftigen sich u.a. mit der translationalen Identifikation von „Drug Targets“ bei Chorea Akanthozytose, Untersuchungen zu Biomarkern und zur Verbesserung der Diagnostik für Neuroakanthozytose-Syndrome sowie Untersuchungen zum natürlichen Krankheitsverlauf.

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Ein vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung von Medikamenten, die die Eisenaufnahme im Gehirn regulieren oder die Eisenausscheidung aus dem Gehirn fördern können. Auch die Gentherapie könnte in Zukunft eine Rolle bei der Behandlung von genetisch bedingten Formen der NBIA spielen.

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