Beiges Fett "unverzichtbar" für den Schutz des Gehirns vor Demenz

Sie haben herausgefunden, dass beige Fettzellen, die sich typischerweise mit weißen Fettzellen im Unterhautfettgewebe "birnenförmiger" Menschen vermischen, den Schutz des Gehirns durch das Unterhautfettgewebe vermitteln, berichten Dr. Alexis M. Stranahan und ihre Kollegen in der Zeitschrift Nature Communications.

"Birnenförmige" Menschen, deren Gewicht im Allgemeinen gleichmäßiger verteilt ist als bei "apfelförmigen" Menschen, bei denen sich das Fett um die Mitte und oft auch um innere Organe wie die Leber in der Bauchhöhle sammelt, gelten als weniger gefährdet für kardiometabolische Probleme wie Herzkrankheiten und Diabetes sowie für kognitiven Verfall, sagt Stranahan, Neurowissenschaftlerin am Medical College of Georgia an der Augusta University.

Jetzt haben die Wissenschaftler gezeigt, dass die beigen Fettzellen oder Adipozyten für die neuroprotektiven und entzündungshemmenden Wirkungen des subkutanen Fetts "unverzichtbar" sind, sagt Stranahan, der Erstautor der Studie.

Ohne die beigen Adipozyten verhielt sich das subkutane Fett bei einer fettreichen Ernährung eher wie das gefährliche viszerale Fett, sagt Stranahan, der letztes Jahr im Journal of Clinical Investigation berichtete, dass viszerale Adipositas eine Botschaft an die ansässigen Immunzellen im Gehirn sendet, um die Entzündung anzuheizen, die letztlich die Kognition schädigt. "Es ist eine ganz andere Signatur", sagt sie.

Das viszerale Fett um die Organe herum besteht größtenteils aus weißen Fettzellen, die Energie in Form von Triglyceriden speichern, einer weiteren Fettart, die im Blut vorkommt und bei hohen Werten ein Risikofaktor für Herzerkrankungen und Schlaganfälle ist. Vor allem bei jüngeren Menschen besteht das subkutane Fett aus einer Mischung von weißen und beigen Fettzellen, wobei die beigen Zellen eher den braunen Fettzellen ähneln, die vollgepackt sind mit Kraftwerken, den Mitochondrien, und die in einem Prozess, der Thermogenese genannt wird, Fett und Zucker effizient zur Wärmeerzeugung nutzen. Es heißt, dass Bewegung und Kälteexposition das so genannte "Beiging" der weißen Fettzellen ermöglichen.

Für einige ihrer Studien verwendeten die Wissenschaftler männliche Mäuse, bei denen ein bestimmtes Gen ausgeschaltet wurde, das verhindert, dass Adipozyten im Unterhautfettgewebe braun werden, was dazu führt, dass das Unterhautfettgewebe eher wie das viszerale Fett aussieht.

Es hat sich bereits gezeigt, dass diese Mäuse bei einer fettreichen Ernährung schneller Diabetes entwickeln als Mäuse mit normalen Mengen an beigem Fett. Es ist auch bekannt, dass die Transplantation von subkutanem Fett in eine fettleibige Maus deren Stoffwechselprofil innerhalb weniger Wochen verbessert, und sie wollte wissen, welche Auswirkungen dies auf kognitive Probleme haben könnte.

Während sowohl die normalen Mäuse als auch die Knockout-Mäuse in vier Wochen etwa gleich viel an Gewicht zulegten, zeigten die Mäuse ohne funktionelles beiges Fett bei den Tests eine beschleunigte kognitive Dysfunktion, und ihre Gehirne und Körper zeigten eine starke, schnelle Entzündungsreaktion auf die fettreiche Ernärung, die eine Aktivierung von Mikrogliazellen einschloss, jenen im Gehirn ansässigen Immunzellen, die Entzündungen weiter verstärken und zu Demenz und anderen Gehirnproblemen beitragen können.

Bevor sie überhaupt Diabetes entwickelten, hatten die Mikroglia der Mäuse, deren Alter mit dem eines 20-Jährigen vergleichbar war, bereits zahlreiche Entzündungsmarker aktiviert. Interessanterweise schalteten normale Mäuse, die sie als Kontrollen untersuchten, diese Marker ebenfalls ein, aber sie schalteten auch entzündungshemmende Marker ein, offenbar um jegliche Reaktion zu minimieren.

Normalerweise brauchen Mäuse etwa drei Monate bei einer fettreichen Ernährung, um die Art von Reaktionen zu zeigen, die sie bei den beige-fettigen Knockouts in einem einzigen Monat sahen.

Um die Auswirkungen des beigen Fetts weiter zu erforschen, transplantierten sie auch subkutanes Fett von jungen, schlanken, gesunden Mäusen in den viszeralen Bereich von ansonsten normalen, aber nun fettleibigen Mäusen, die nach einer 10- bis 12-wöchigen fettreichen Ernährung ein demenzähnliches Verhalten entwickelt hatten.

Die Transplantation des subkutanen Fetts führte zu einer Verbesserung des Gedächtnisses, da die synaptische Plastizität - die Fähigkeit der Verbindungen zwischen Neuronen, sich anzupassen, damit sie kommunizieren können - im Hippocampus, dem Zentrum des Lernens und des Gedächtnisses tief im Gehirn, im Wesentlichen wiederhergestellt wurde. Diese positiven Veränderungen hingen von den beigen Fettzellen im Unterhautfett der Spender ab, schreiben Stranahan und ihre Kollegen.

Die Transplantate der beigefarbenen Fett-Knockouts hingegen verbesserten die kognitiven Fähigkeiten der fettleibigen Mäuse nicht, auch nicht durch streng objektive Messungen wie eine erhöhte elektrische Aktivität zwischen Neuronen.

"Wenn wir herausfinden können, was am beigen Fett die Entzündung einschränkt und was am beigen Fett die Plastizität des Gehirns verbessert, dann können wir das vielleicht irgendwie mit einem Medikament oder mit kältestimuliertem beigen Fett nachahmen oder sogar etwas von dem subkutanen Fett entnehmen, wenn man jung ist, es einfrieren und es einem zurückgeben, wenn man älter ist", sagt Stranahan.

Jegliches Fett neigt dazu, mit Immunzellen vollgepackt zu sein, die Entzündungen sowohl fördern als auch lindern können. Die Forscher fanden heraus, dass beiges Fett kontinuierlich mit diesen Immunzellen interagiert und das entzündungshemmende Zytokin IL-4 im Unterhautfettgewebe induziert. IL-4 wiederum ist erforderlich, damit Kälte die "Beigabe" von Fett stimulieren kann, stellt sie fest.

Das Fett wiederum induzierte IL-4 in Mikroglia- und T-Zellen, den Schlüsselfaktoren der Immunreaktion, in den Hirnhäuten, einer Art mehrschichtiger Kappe, die sich über das Gehirn legt, um es zu schützen. Sie fanden auch heraus, dass T-Zellen im Plexus choroideus, wo Liquor produziert wird, beruhigendes IL-4 induziert hatten.

Ihre Ergebnisse legen nahe, dass IL-4 direkt an der Kommunikation zwischen beigen Fettzellen und Neuronen im Hippocampus beteiligt ist, schreiben die Wissenschaftler.

"Es ist eine Art "Whisper Down the Lane", falls Sie das jemals im Ferienlager gespielt haben", sagt Stranahan über das, was eine beruhigende Kommunikationskette zu sein scheint.

Als Stranahan und ihr Team weiterforschten, fanden sie heraus, dass es die eigenen T-Zellen des Empfängers in den Hirnhäuten waren, die durch die transplantierten beigen Fettzellen zu einer positiven, schützenden Aktion aufgerufen wurden, und nicht die Immunzellen des transplantierten Fetts selbst.

Es gibt Hinweise darauf, dass bei chronischer Fettleibigkeit die eigenen Immunzellen das Gehirn erreichen können, und es gab in diesem Fall keinen Hinweis darauf, dass es die Immunzellen des Spenders waren, die die Reise antraten.

"Es ist aufregend, weil wir einen Weg gefunden haben, wie periphere Immunzellen mit dem Gehirn auf eine Weise interagieren können, die die Kognition fördert", sagt Stranahan und weist darauf hin, dass Immunzellen im Gehirn auch viel Schlechtes anrichten können, z. B. zu Schlaganfall und Alzheimer beitragen.

Zu ihren nächsten Zielen gehört es, mehr darüber zu erfahren, inwieweit es eine Rolle spielt, wo das transplantierte Fett eingesetzt wird, z. B. ob die Übertragung von subkutanem Fett auf einen subkutanen Bereich einen noch besseren Schutz vor kognitivem Verfall bietet, ob die Übertragung von viszeralem Fett auf einen subkutanen Bereich dessen schädliche Wirkung verringert und wie subkutanes Fett eine offenbar aktive entzündungshemmende Botschaft sendet. Sie möchte diese Fragen auch an weiblichen Mäusen untersuchen, da die bisherigen Studien auf männliche Tiere beschränkt waren.

Was sie und andere Forscher jedoch bereits herausgefunden haben, unterstreicht die Bedeutung der Fettverteilung, die ein Biomarker für diejenigen sein könnte, die am stärksten vom kognitiven Verfall bedroht sind, sagt sie.

Das Stadium der Fettleibigkeit könnte ein weiterer Faktor sein, denn sie hat auch erste Hinweise darauf, dass die Schutzwirkung von subkutanem Fett abnimmt und viszerales Fett zunimmt, je länger eine fettreiche Ernährung beibehalten wird und je mehr subkutanes Fett zunimmt.

Selbst bei einem gesunden, nicht fettleibigen jungen Menschen führt viszerales Fett zu höheren Werten der basalen Entzündung, so Stranahan.

Stranahan betont, dass ihre Ergebnisse nicht dazu führen sollen, dass übergewichtige Menschen übermäßig beunruhigt sind oder ihnen gegenüber noch mehr Vorurteile entstehen.

Stranahan und ihre Kollegen berichteten 2015 in der Fachzeitschrift Brain, Behavior and Immunity , dass eine fettreiche Ernährung die Mikroglia dazu veranlasst, untypisch sesshaft zu werden und die Verbindungen zwischen Neuronen zu fressen.

Bei Erwachsenen befindet sich das braune Fett vor allem zwischen den Schulterblättern und im oberen Brustbereich. Es gibt Hinweise darauf, dass wir die braunen und beigen Fettzellen vermehren können, indem wir uns täglich mehrere Stunden lang kühleren bis kalten Temperaturen aussetzen und uns intensiv bewegen. Diese Maßnahmen können auch die Bildung von weißem Fett fördern. Die meisten von uns haben wahrscheinlich eine Kombination von Fettzelltypen: überwiegend weiß, weniger beige und noch weniger braun, sagt sie.