Einflüsse von Ernährung und Alterung auf den Energiestoffwechsel und das braune Fettgewebe

Ansprechpersonen: Prof. Dr. Tim Schulz, Dr. Sabrina Gohlke
Mitarbeitende: Dr. Sabrina Gohlke, Antje Kretschmer, Georgia Lenihan-Geels, Carola Mancini
Förderer: DZD-BMBF, DFG

Abb. 1: Altersbedingte Beeinträchtigung der Bildung brauner Fettzellen. (a) UCP1-mRNA-Spiegel in braunem Fettgewebe, isoliert aus Mäusen unterschiedlichen Alters, im jungen (2,5 Monate), im mittleren (15 Monate) und im hohen Alter (25 Monate). (b) UCP1-mRNA-Spiegel in subkutanem, weißem Fettgewebe derselben Altersgruppen vor und nach 8 Tagen Kälteexposition. (c) UCP1-Protein-Spiegel in braunem Fettgewebe von jungen (2,5 Monate) Mäusen und Mäusen mittleren Alters (15 Monate). (d) UCP1-Protein-Spiegel im subkutanen weißen Fettgewebe der gleichen Altersgruppen vor und nach 8 Tagen Kälteexposition.

Alterungsprozesse führen zu einer verminderten Ausbildung und Funktion von braunen Fettzellen (Abb. 1). Im Körper kommen zwei Arten von braunem Fettgewebe vor: das unmittelbar aus Stammzellen gebildete und das unter dem Einfluss eines geeigneten Signals durch Umwandlung von weißen Fettzellen entstandene. Der wohl häufigste Auslöser zur Bildung brauner Fettzellen ist die Kälte. Jüngste Studien zeigen aber, dass auch die Ernährung und eine Reihe von im Blut zirkulierenden Botenstoffen die Bildung von braunen Fettzellen fördern können.

Braunes Fett ist an der Regulation des Temperaturhaushalts beteiligt und beeinflusst nach neueren Erkenntnissen auch die Regulation des Makronährstoff-Stoffwechsels. Weiterhin ist belegt, dass braunes Fett nicht nur bei Säuglingen, sondern auch bei erwachsenen Menschen vorkommt. Entsprechend steht ein Verlust des braunen Fettgewebes mit Störungen des Energiestoffwechsels und letztlich mit der Entwicklung des metabolischen Syndroms im Zusammenhang.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie haben wir gezeigt, dass dem BMP- (engl. Bone Morphogenetic Protein) Signalweg eine wichtige Rolle zukommt, da er die Regulation von Entzündungsprozessen des Fettgewebes beeinflusst. In dieser Studie konnten wir einen direkten Zusammenhang zwischen der Aktivierung dieses Signalweges und der Ausbildung einer altersbedingten Insulinresistenz nachweisen (Schulz et al, Diabetologia 2016). 

Gegenwärtig untersuchen wir, inwieweit Alterungsprozesse die Zusammensetzung des Fettgewebes beeinflussen. Besonderes Augenmerk richten wir dabei auf die Funktion von Stammzellen und ihre Mikroumgebung, die sogenannte Stammzell-Nische. Alterung führt dort zu einer Verarmung von spezialisierten Stammzellen, die braunes Fett bilden können. Die Stammzellen zur Bildung der wesentlich häufigeren weißen Fettzellen bleiben davon unbeeinflusst. Zudem zeigen unsere Analysen, dass der im Alter veränderte Stoffwechsel von Fetten eine wichtige Rolle für diese Vorgänge spielt. So sind gealterte braune Fettzellen wenig effizient beim Abbau von Fetten, es sammeln sich zudem vermehrt Zwischenprodukte des Lipid-Stoffwechsels im braunen Fettgewebe an, die seine metabolische Funktion zunehmend blockieren (Gohlke et al, Mol Metab 2019; Graja et al, Aging Cell 2018).