Neue Forschungsergebnisse, die in der Zeitschrift Cell Metabolism veröffentlicht wurden, haben möglicherweise den Grund gefunden, warum chronische Stressbelastung so eng mit Fettleibigkeit verbunden ist. Die Antwort liegt in der Beziehung zwischen Fettzellen und dem Timing von Stresshormonen.
Die Forscher unter der Leitung von Mary Teruel, Assistenzprofessorin für chemische und Systembiologie an der Stanford University School of Medicine in Kalifornien, waren über einen ansonsten natürlichen – und bekannten – Prozess verwundert, durch den unser Körper Fettzellen produziert.
Im menschlichen Körper verwandeln sich sogenannte Vorläufer- oder Progenitorzellen – also der Zwischenzustand zwischen einer undifferenzierten Stammzelle und einer voll ausdifferenzierten – in Fettzellen, was zu einer Gewichtszunahme führt.
Bei einem gesunden Menschen verwandeln sich nicht mehr als 1 Prozent der Vorläuferzellen in Fettzellen, und zwar dann, wenn sie durch Hormone, sogenannte Glukokortikoide, ausgelöst werden.
Glucocorticoide sind natürliche Steroidhormone, die der menschliche Körper zur Linderung von Entzündungen produziert. Wie Teruel und Kollegen in ihrer Arbeit erklären, steigt und fällt der Glukokortikoidspiegel einer Person auf natürliche Weise im Laufe des Tages, ein Zyklus, der durch unseren zirkadianen Rhythmus geregelt wird.
Aber diese Hormone können auch durch äußere Reize, wie kurz- oder langfristigen Stress, erhöht werden. Die leitende Forscherin der neuen Studie fand diese Dynamik jedoch faszinierend.
„Warum ertrinken wir nicht jedes Mal in Fett, wenn der Glucocorticoid-Spiegel morgens aufgrund normaler zirkadianer Rhythmen hochgeht oder wenn unser Glucocorticoid-Spiegel ansteigt, wenn wir Sport treiben oder aus einem warmen Gebäude in die Kälte gehen?“ fragte sich Teruel.
„Und warum ist der Verlust des normalen Rhythmus der Glucocorticoid-Sekretion – wie zum Beispiel bei chronischem Stress, Jetlag und Schlafstörungen bei Schichtarbeitern – so sehr mit Fettleibigkeit verbunden?“
Solche Fragen veranlassten Teruel und ihre Kollegen zu der neuen Forschungsarbeit.
Wie wirken Glucocorticoide auf Fettzellen?
Um die Antworten herauszufinden, führten die Wissenschaftler mehrere Experimente durch. Im ersten badete das Team Vorläuferfettzellen in einem Cocktail aus Glukokortikoiden in rhythmischen Pulsen“ über einen Zeitraum von 4 Tagen.
Sie zählten, wie viele Vorläuferzellen sich in Fettzellen verwandelten, und fanden heraus, dass ein 48 Stunden langer Puls der Hormone die meisten Zellen dazu brachte, sich in Fettzellen zu verwandeln, während kürzere Pulse zu einer minimalen Zelldifferenzierung führten.
Teruel und seine Kollegen wollten tiefer eindringen und untersuchten die molekularen Mechanismen, durch die Vorläuferzellen erkennen können, wann sie sich in Fettzellen verwandeln sollen. Die Wissenschaftler fragten sich, was die Vorläuferzellen dazu bringt, kurze Impulse zu ignorieren, aber auf längere Impulse zu reagieren.
Um das Rätsel zu lösen, verfolgten sie die Aktivität eines Proteins, von dem bekannt ist, dass es mit der Differenzierung und Reifung einer Fettzelle korreliert, mit Hilfe von Einzelzell-Live-Imaging: PPAR-gamma (PPARG).
Die Verfolgung dieses Proteins in Tausenden von Zellen über mehrere Tage hinweg und die Verwendung von Computermodellen ergab, dass es zwei Arten von Rückkopplungen gibt, die den Vorläuferzellen helfen, den normalen zirkadianen Zyklus der Glukokortikoide zu ignorieren und nur lange Hormonimpulse herauszufiltern.
Genauer gesagt, schreiben die Autoren, „erfordert dieses zirkadiane Filtern eine schnelle und eine langsame positive Rückkopplung zu PPARG.“ Aufbauend auf ihren früheren Forschungen fanden die Wissenschaftler auch andere Proteine, die eine 34-stündige Rückkopplungsschleife vermitteln, die es PPARG ermöglicht, sich weiter zu akkumulieren, was zu mehr Fettzellen führt.
„Jetzt kennen wir den zirkadianen Code, der den Schalter steuert, und wir haben Schlüsselmoleküle identifiziert, die daran beteiligt sind“, sagt Teruel.
Schließlich mussten die Wissenschaftler testen, ob dieser neu identifizierte zirkadiane Code bei Säugetieren auf die gleiche Weise funktioniert. Also erhöhten sie über einen Zeitraum von 21 Tagen den Glukokortikoidspiegel in einer Gruppe von Mäusen und verglichen ihr Gewicht mit dem einer Kontrollgruppe von Nagetieren.
Das Experiment ergab, dass die Mäuse mit erhöhtem Glukokortikoidspiegel doppelt so viel Gewicht zulegten wie die Kontrollgruppe. Dies, so fanden die Wissenschaftler heraus, war nicht nur auf die Produktion neuer Fettzellen zurückzuführen, sondern auch auf das Wachstum bereits vorhandener Zellen.
Dauerhafter Stress kann zu Gewichtszunahme führen
Die Ergebnisse, so Teruel, „erklären, warum Behandlungen mit Glukokortikoid-Medikamenten, die für Menschen mit rheumatoider Arthritis und Asthma oft unerlässlich sind, um überhaupt zu funktionieren, so sehr mit Fettleibigkeit verbunden sind, und [schlagen] Wege vor, wie solche Behandlungen sicher gegeben werden können, ohne die häufigen Nebenwirkungen von Gewichtszunahme und Knochenverlust.“
Darüber hinaus stellt der leitende Forscher fest, wie die Forschung den Prozess der Stress-induzierten Gewichtszunahme bei Menschen beleuchtet und auch Hinweise darauf gibt, wie man sie kontrollieren kann.
„Ja, der Zeitpunkt des Stresses spielt eine Rolle“, sagt sie. „Da [die] Umwandlung von Vorläuferzellen in Fettzellen durch einen bistabilen Schalter erfolgt, bedeutet dies, dass Sie den Prozess durch Pulsieren kontrollieren können.“
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Sie selbst dann nicht zunehmen, wenn Sie stark gestresst sind oder Ihre rheumatoide Arthritis mit Glukokortikoiden behandeln“, fährt Teruel fort, „solange der Stress oder die Glukokortikoidbehandlung nur tagsüber stattfindet.
„Aber wenn Sie chronischen, kontinuierlichen Stress erleben oder nachts Glukokortikoide einnehmen, wird der daraus resultierende Verlust der normalen zirkadianen Glukokortikoid-Oszillationen zu einer signifikanten Gewichtszunahme führen.“
Maria Teruel
Geschrieben von Ana Sandoiu am 5. April 2018 – Faktencheck von Honor Whiteman