Die Kommunikation zwischen den Organen im menschlichen Körper ist ein faszinierendes und komplexes Feld, das noch viele unentdeckte Geheimnisse birgt. Ähnlich wie Menschen nonverbal kommunizieren, tauschen auch Organe ständig Informationen aus, oft unbemerkt von uns. Manchmal spüren wir jedoch die Auswirkungen dieser Kommunikation, beispielsweise in Form von Übelkeit vor wichtigen Ereignissen, wenn das Gehirn Hormone ausschüttet, die den Darm beeinflussen.
Ein bekanntes Beispiel für diesen Organ-Crosstalk ist die Verbindung zwischen Gehirn und anderen Organen über das Nervensystem. Die Forschung zu diesem Thema, insbesondere in Deutschland, gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie das Verständnis von Krankheiten, die mehrere Organe betreffen, revolutionieren könnte.
Die Leber als gesprächiges Organ
Die Leber spielt eine zentrale Rolle in der Organ-Crosstalk-Forschung. Sie kommuniziert intensiv mit dem Darm, wobei die Mikrobiota - die Gemeinschaft aller Mikroorganismen im Darm - eine entscheidende Rolle spielt. In einem einzigen Gramm Darminhalt leben etwa eine Billion Mikroorganismen, darunter Bakterien, Pilze und Viren.
Wissenschaftler untersuchen, wie diese Mikrobiota Entzündungen in der Leber verursachen können, indem sie Leber- und Stuhlproben analysieren. Die Herausforderung besteht darin, die komplexen Kommunikationswege zwischen Leber und Darm zu entschlüsseln, da diese nicht direkt beobachtet werden können.
Eine der häufigsten Lebererkrankungen ist die nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD), von der etwa jede vierte Person in Deutschland betroffen ist. Sie äußert sich oft durch erhöhte Leberwerte, die bei Vorsorgeuntersuchungen festgestellt werden. Eine unausgewogene Ernährung kann zu einer Fettleber führen, da entzündliche Reize durch die Pfortader in die Leber gelangen und das Immunsystem überlasten. Eine ausgewogene Ernährung hingegen fördert eine vielfältige Mikrobiota, die die Darmbarriere schützt.
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Die Forschung hat gezeigt, dass Veränderungen der Mikrobiota die Kommunikation mit der Leber positiv beeinflussen können. Während sich die Forschung in den letzten Jahren vermehrt auf die Art und den Inhalt dieser Kommunikation konzentriert hat, ging es zuvor hauptsächlich um die Bestandsaufnahme der Darm-Leber-Achse. Bisher gibt es keine medikamentöse Behandlung für NAFLD, aber in harmlosen Fällen kann eine Änderung des Lebensstils ausreichend sein. Das Ziel ist es, die Ursachen der Erkrankung bei Patientinnen und Patienten genau zu identifizieren, um eine passgenaue Behandlung zu ermöglichen, die die Selbstheilungskräfte der Leber aktiviert.
Die Fortschritte im Bereich Organ-Crosstalk führen zu höheren Anforderungen an Medikamente, wobei verstärkt auf Wechselwirkungen zwischen den kommunizierenden Organen geachtet wird.
Die Bauchspeicheldrüse im Fokus: Insulin und Diabetes
Die Bauchspeicheldrüse, insbesondere ihre Beta-Zellen, die Insulin produzieren und ins Blut abgeben, steht ebenfalls im Fokus der Forschung. Wissenschaftler haben entdeckt, dass bestimmte Rezeptoren in den Zellen der Bauchspeicheldrüse aktiviert oder blockiert werden können, was die Insulinabgabe beeinflusst.
Diese Rezeptoren, die bisher hauptsächlich im Zusammenhang mit Synapsen und neuronalen Netzwerken bekannt waren, scheinen in der Bauchspeicheldrüse eine andere Funktion und Struktur zu haben. Studien haben gezeigt, dass die Blockierung dieser Rezeptoren zu einer erhöhten Insulinabgabe führt. Dieses Ergebnis könnte neue Therapieansätze für Diabetes eröffnen, insbesondere in der frühen Phase der Erkrankung, um den Blutzuckerspiegel schneller zu regulieren.
Krebs und die Kommunikation mit dem Nervensystem
Auch im Bereich der Krebsforschung spielt die Organ-Crosstalk-Forschung eine wichtige Rolle. Es wurde festgestellt, dass Bauchspeicheldrüsenkrebs durch Verbindungen zum Nervensystem in seinem Wachstum gefördert wird. Der Tumor programmiert die Neuronen gezielt um, um seine eigenen Bedürfnisse zu befriedigen. Bei Mäusen konnte das Krebswachstum durch die Blockade der Nervenfunktion gehemmt und die Empfindlichkeit der Tumorzellen gegenüber Chemotherapien und Immuntherapien erhöht werden.
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Die Nervenfasern im Tumor sind stark verzweigt und stehen in Kontakt mit den meisten Tumorzellen. Die Analyse der Neuronen im Tumor ergab, dass Bauchspeicheldrüsenkrebs die Genaktivität der Nerven für seine Zwecke umprogrammiert. Selbst nach der chirurgischen Entfernung des Primärtumors behält das Tumor-Nervensystem seine krebsfördernden Eigenschaften bei.
Neben der direkten Wechselwirkung mit Krebszellen beeinflussen Nervenzellen auch die Bindegewebszellen des Tumors (CAF), die einen großen Teil der Tumormasse ausmachen und ebenfalls zum Wachstum angeregt werden. Die Unterbrechung der Nervenverbindungen zum Pankreas hemmt das Tumorwachstum und reduziert die Aktivität wachstumsfördernder Gene in den Krebszellen und CAFs.
Die Blockade der Kommunikation zwischen Nerven und Tumor in Kombination mit Chemotherapie und/oder Immun-Checkpoint-Inhibitoren stellt einen vielversprechenden Ansatz zur wirksameren Bekämpfung von Bauchspeicheldrüsenkrebs dar. Studien haben gezeigt, dass die Kombination aus nab-Paclitaxel (einem Bestandteil der Standard-Chemotherapie) und einem Neurotoxin zur Ausschaltung der sympathischen Neuronen die Tumormasse synergistisch um mehr als 90 % reduzieren kann.
Die Rolle des Gehirns bei Typ-2-Diabetes
Ein internationales Forschungsteam hat die Rolle des Gehirns bei Typ-2-Diabetes untersucht und festgestellt, dass das Gehirn eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Energiehomöostase und des Blutzuckerspiegels spielt. Das Hormon Leptin, das an der Appetitkontrolle beteiligt ist und Sättigungssignale an das Gehirn sendet, spielt dabei eine wichtige Rolle.
Studien haben gezeigt, dass der Transport von Leptin ins Gehirn bei adipösen oder übergewichtigen Personen gestört ist, was zu einer gestörten Appetitregulierung führt. Die Entfernung des LepR-Rezeptors, über den Leptin in das Gehirn gelangt, führte bei Mäusen zu einer deutlichen Zunahme der Fettmasse und einem Verlust an Muskelmasse sowie zur Entwicklung eines prä-diabetischen Zustands und schließlich zu Diabetes.
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Die Wiederherstellung der Leptinzufuhr zum Gehirn führte zu einer sofortigen Wirkung auf die Bauchspeicheldrüsenfunktion und ihre Fähigkeit, Insulin zur Regulierung des Blutzuckers auszuschütten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Reaktion des Gehirns auf Leptin für die Steuerung der Energiehomöostase und des Blutzuckerspiegels wesentlich ist.
Sättigungsneurone im Hypothalamus und Adipositas
Adipositas stellt ein weltweites Problem dar und wird von der WHO als Epidemie eingestuft. Studien haben gezeigt, dass das zentrale Nervensystem entscheidend an der Regulierung unserer Essgewohnheiten beteiligt ist, wobei der Hypothalamus als zentrale Schaltstelle fungiert.
Innerhalb des Hypothalamus spielen die Pro-opiomelanocortin-exprimierenden (POMC)-Neurone eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Sättigungsgefühls und der Nutzung der Energiespeicher des Körpers. Diese Neuronen werden aktiviert, wenn ein Überschuss an Energie im Körper vorhanden ist, um ein Sättigungsgefühl zu erzeugen und den Energieumsatz im Körper entsprechend anzupassen.
Studien haben gezeigt, dass POMC-Neurone nicht homogen sind, sondern sich in ihrer Reaktion auf Hormone wie Insulin und Leptin unterscheiden. Die Aktivierung von GLP-1-sensitiven POMC-Neuronen reduzierte die Nahrungsaufnahme bei Mäusen stärker als die Aktivierung von Leptin-reagierenden POMC-Neuronen. Diese Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass POMC-Neurone eine weitaus komplexere physiologische Funktion aufweisen als bisher angenommen.
Braunes Fettgewebe und Sättigungsgefühl
Braunes Fettgewebe wird durch eine Mahlzeit ebenso stark aktiviert wie durch Kälte. Der physiologische Mechanismus dieser Aktivierung wurde aufgeklärt, wobei das Darmhormon Sekretin als entscheidender Faktor identifiziert wurde.
Sekretin, das bisher hauptsächlich für seine gastrointestinalen Funktionen bekannt war, stimuliert den Sekretin-Rezeptor im Braunen Fettgewebe und aktiviert so die Zitterfreie Thermogenese, den für Braunes Fett typischen Mechanismus der Wärmebildung. Die Zitterfreie Thermogenese ist auch die Voraussetzung dafür, dass das Sättigungsgefühl im Gehirn einsetzt.
Die neu entdeckte Kommunikationskette zwischen Darm und Hirn beginnt mit der Sekretinfreisetzung beim Essen, der daraus folgenden Aktivierung der Thermogenese im Braunen Fett und einer Erwärmung im Gehirn, die das Sättigungsgefühl steigert. Diese Erkenntnisse könnten neue Ansätze für die Therapie und Prävention von Adipositas eröffnen.
Das Gehirn als Dirigent des Glukosestoffwechsels
Das Gehirn spielt eine zentrale Rolle bei der Regulation des Glukosestoffwechsels. Es dient als übergeordnetes Organ, das den Soll-Zustand unseres Stoffwechsels durch Kontrolle der einzelnen Organfunktionen aufrechterhalten soll.
In den Regulationszentren des Gehirns, wie dem Hypothalamus, gibt es spezialisierte Nervenzellen, die direkt auf Schwankungen im Glukosespiegel reagieren. Diese glukosesensitiven Nervenzellen können durch ein Zuviel an Glukose aktiviert (Ga) bzw. gehemmt (Gi) werden und im Anschluss unterschiedliche Verhaltensprogramme und Stoffwechselprozesse in Gang setzen.
Die Steuerung des Glukose-Gleichgewichts durch das Gehirn erfolgt also durch eine komplexe und wechselseitige Kommunikation zwischen Nervenzellen und anderen Organen, ob über Glukose selbst, über Nervenbahnen des autonomen Nervensystems oder über hormonelle Signalstoffe.
Insulin im Gehirn: Mehr als nur Blutzuckersenkung
Insulin wirkt nicht nur an den Körperzellen, sondern auch im Gehirn, insbesondere im Hypothalamus, der den Energiehaushalt des Körpers steuert. Werden bei Mäusen die Insulinrezeptoren im Hypothalamus ausgeschaltet, werden die Tiere gefräßiger und nehmen mehr Gewicht und Fettmasse zu.
Eine Insulinresistenz, die die Körperzellen betrifft, ist Hauptursache für die erhöhten Blutglukosewerte bei Menschen mit Typ-2-Diabetes. Studien haben gezeigt, dass die Insulinsensitivität im Hypothalamus die Wirksamkeit des Hormons im übrigen Körper beeinflusst. Insulin im Gehirn verbessert den Glukosestoffwechsel, indem es die Insulinfreisetzung aus der Bauchspeicheldrüse und die Glukoseaufnahme in die Körperzellen verstärkt und gleichzeitig die Gluconeogenese der Leber senkt.
Leptin: Der Appetit- und Speckbremse
Das von Fettzellen freigesetzte Hormon Leptin wirkt im Körper als Appetit- und Speckbremse. Darüber hinaus aktiviert der Botenstoff den gehirnzentrierten Blutglukosestoffwechsel. Folge ist eine gesteigerte Glukoseverwertung - unabhängig von der Insulinwirkung an den Körperzellen.
Bei adipösen Menschen erfüllt das Sättigungshormon Leptin seine Wirkung nicht. Man spricht von einer Leptinresistenz. Erste Ansätze zielen darauf ab, die Leptin-Sensitivität in dieser Sättigungszentrale des Gehirns wiederherzustellen.
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