Wie Insulin das Gehirn auf Gewichtszunahme trimmt

Fettreiches Essen macht dick. Wissenschaftler haben jetzt herausgefunden, dass das Hormon Insulin dabei eine wichtige Rolle spielt. Es wird infolge von fettreicher Ernährung vermehrt ausgeschüttet. Dadurch kann es die Weiterleitung von Nervenimpulsen so hemmen, dass das Sättigungsgefühl unterdrückt und der Energieverbrauch gesenkt wird. Das fördert Übergewicht und Fettleibigkeit. Für die Forscher stellt diese Erkenntnis allerdings nur den ersten Schritt auf dem Weg zu möglichen Abnehmtherapien dar.

Energiehaushalt: ausgekügelte Steuerung im Hyothalamus

Der Hypothalamus spielt bei der Regulierung des Energiehaushalts eine wichtige Rolle. Spezielle Nervenzellen in diesem Areal, die so genannten POMC-Zellen, reagieren auf Botenstoffe und steuern somit Essverhalten und Energieverbrauch. Ein wichtiger Botenstoff ist das Hormon Insulin. Insulin bewirkt im Körper, dass der über die Nahrung aufgenommene Zucker in die Zielzellen (z.B. die Muskeln) transportiert wird und diesen als Energiequelle zur Verfügung steht. Bei fettreicher Ernährung wird es verstärkt in der Bauchspeicheldrüse gebildet, so dass seine Konzentration auch im Gehirn zunimmt.

Das Zusammenspiel zwischen Insulin und den Zielzellen im Gehirn ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Kontrolle und Steuerung des Energiehaushaltes. Welche molekularen Mechanismen der Steuerung durch Insulin zugrunde liegen, ist bisher jedoch noch weitgehend unbekannt.

Eine Signalkaskade, die dick macht

Eine Forschergruppe am Max-Planck-Institut für neurologische Forschung hat nun einen wichtigen Schritt in diesem komplizierten Regelwerk aufgeklärt. Wie die Wissenschaftler gezeigt haben, setzt Insulin in den SF-1-Neuronen – einer weiteren Gruppe von Nervenzellen im Hypothalamus – eine Signalkaskade in Gang.

Diese Zellen scheinen  jedoch nur bei fettreicher Ernährung und Übergewicht durch Insulin reguliert zu werden. In dieser Kaskade von Botenstoffen aktiviert das Enzym PI3-Kinase über Zwischenschritte Ionenkanäle und hemmt so die Weiterleitung von Nervenimpulsen. Kinasen sind Enzyme, die andere Moleküle über Phosphorylierung – das Anhängen von Phosphatgruppen – aktivieren. „Bindet Insulin an seinen Rezeptor auf der Oberfläche der SF-1-Zellen, bewirkt es die Aktivierung der PI3-Kinase", erklärt Tim Klöckener. „Die PI3-Kinase wiederum steuert über Phosphorylierung die Bildung von PIP3, einem weiteren Signalmolekül. PIP3 macht die entsprechenden Kanäle in der Zellwand durchlässig für Kalium-Ionen." Deren Einstrom bewirkt, dass die Nervenzelle langsamer „feuert" – die Weiterleitung von elektrischen Impulsen wird unterdrückt.

„Über die Zwischenstation der SF-1-Neurone hemmt Insulin bei Übergewicht somit wahrscheinlich indirekt die POMC-Neurone, die für das Sättigungsgefühl verantwortlich sind", vermutet der Wissenschaftler. „Gleichzeitig steigt dann die Nahrungsaufnahme weiter." Der direkte Nachweis, dass die beiden Typen von Nervenzellen auf diese Weise direkt miteinander kommunizieren, steht aber noch aus.

Übermäßige Nutzung der Fettzufuhr: ein Relikt aus der Steinzeit

Um herauszufinden, wie Insulin im Gehirn wirkt, verglichen die Kölner Wissenschaftler Mäuse, bei denen der Insulin-Rezeptor auf den SF-1-Neuronen fehlt, mit Mäusen, deren Insulin-Rezeptor intakt war. Bei normaler Ernährung fanden die Forscher keinen Unterschied zwischen den beiden Gruppen. Dies deutet darauf hin, dass Insulin bei schlanken Individuen keinen entscheidenden Einfluss auf die Aktivität dieser Zellen hat. Bekamen die Nager hingegen fettreiche Kost zu fressen, blieben diejenigen mit defektem Insulin-Rezeptor schlank, während ihre Artgenossen mit funktionsfähigem Rezeptor rapide an Gewicht zulegten.

Verantwortlich für die Gewichtszunahme waren sowohl ein gesteigerter Appetit als auch ein verringerter Kalorienverbrauch. Diese Wirkung von Insulin könnte eine evolutionäre Anpassung des Körpers an unregelmäßiges Nahrungsangebot mit langen Hungerperioden darstellen: Steht kurzzeitig ein Überangebot an besonders fettreicher Nahrung zur Verfügung, kann der Körper durch die Insulinwirkung besonders effektiv Energiereserven anlegen.

Ob die Ergebnisse der Studie möglicherweise helfen, um eines Tages gezielt in den Energiehaushalt einzugreifen, lässt sich derzeit noch nicht abschätzen. „Von einer praktischen Anwendung sind wir momentan noch weit entfernt", räumt Jens Brüning, Direktor am Max-Planck-Institut, ein. „Unser Ziel ist es herauszufinden, wie Hunger und Sättigungsgefühl entstehen. Erst wenn wir das gesamte System verstehen, können wir anfangen, Therapien zu entwickeln."

WANC 09.06.2011
Quelle: Max-Planck-Institut für neurologische Forschung