Studie entdeckt neuen Zusammenhang zwischen Ernährung, Genetik und Körpergewicht

Ein neuer biochemischer Stoffwechselweg, der mit Ernährung und Körpergewicht in Zusammenhang steht, weist auf die Möglichkeit einer neuen Klasse von Medikamenten gegen Fettleibigkeit hin, wie Forscher von Stanford Medicine und ihre Kollegen herausgefunden haben.

Die an Mäusen durchgeführte Studie ergab einen Zusammenhang zwischen einem bislang nicht untersuchten, mit dem Körpergewicht in Zusammenhang stehenden Gen namens PTER und einer Aminosäure namens Taurin, die in einigen Studien mit Gewichtsverlust und Verbesserungen beim Ausdauertraining in Verbindung gebracht wurde.

Der neu entdeckte Zusammenhang hebt einen Stoffwechselweg hervor, der das Körpergewicht reguliert und unabhängig von den Mechanismen von Medikamenten zur Gewichtsabnahme wie Ozempic oder Wegovy ist. Dies lässt darauf schließen, dass die beiden Ansätze zusammenarbeiten könnten, um eines Tages zusätzliche Optionen für die Gewichtskontrolle bei Menschen zu bieten.

„Dies ist ein zusätzlicher Zweig eines sehr komplexen Systems der Ernährungs- und Körpergewichtsregulierung“, sagte Jonathan Long, Ph.D., Assistenzprofessor für Pathologie.

„Wir alle wollen wissen: ‚Was soll ich essen? Wann soll ich es essen? Welche Wirkung hat es auf mich?‘ Doch viele ernährungsbasierte Studien liefern verwirrende Informationen. Wir versuchen, diese Frage konkreter zu beantworten – angefangen bei den Molekülen, dann den Stoffwechselwegen und dann bis zur Physiologie.“

Long ist der Hauptautor des Studiedas am 7. August in NaturDer Postdoktorand Wei Wei, Ph.D., ist der Hauptautor der Forschung.

Gewicht, Ernährung und Hunger: Eine komplexe Beziehung

Das komplizierte Geflecht aus Interaktionen, die bestimmen, wann wir hungrig werden, was und wie viel wir essen und wie viel wir wiegen, ist äußerst schwierig zu entwirren. Bisherige Forschung Longs Labor deckte einen Zusammenhang zwischen einem „Anti-Hunger“-Molekül namens Lac-Phe auf, das nach intensiver körperlicher Betätigung produziert wird, und dem Diabetesmedikament Metformin, das zu mäßigem Gewichtsverlust führen kann.

In der neuen Studie konzentrierten sich Wei und Long auf Taurin, das in proteinreichen Lebensmitteln wie Fleisch und Schalentieren reichlich vorhanden ist. Taurin-Supplementierung bei Mäusen kann das Körpergewicht senken und die Trainingsleistung steigern.

Umgekehrt zeigen genetisch veränderte Mäuse mit niedrigem Taurinspiegel Muskelschwund und eine verringerte körperliche Leistungsfähigkeit. Wie genau Taurin diese Auswirkungen hat, ist jedoch unklar.

„Taurin hat in unserem Körper alle möglichen Aufgaben und wird auf viele verschiedene Arten verstoffwechselt“, sagte Long. „Es ist eine komplizierte Suppe.“

Ein Nebenprodukt oder Metabolit von Taurin ist N-Acetyltaurin, das entsteht, wenn Taurin und ein anderes Molekül namens Acetat kombiniert werden. Der N-Acetyltaurinspiegel im Körper schwankt als Reaktion auf physiologische Veränderungen – einschließlich Ausdauertraining und Ernährung –, die sich auf den Taurin- und Acetatspiegel auswirken.

Bei der Erforschung des Taurinstoffwechsels und seiner Beziehung zum Körpergewicht entdeckten Wei und Long ein Enzym namens PTER (Phosphotriesterase-verwandt), das N-Acetyltaurin wieder in Taurin umwandelt. (Viele Stoffwechselwege können sowohl vorwärts als auch rückwärts verlaufen – eine molekulare Wippe, die es dem Körper ermöglicht, flexibel auf Veränderungen in Ernährung, Bewegung und anderen Variablen zu reagieren.)

Das Gen, das PTER kodiert, ist Teil einer Gruppe von Genen, die mit dem Body-Mass-Index beim Menschen in Verbindung gebracht werden. Mutationen in einem Gen, MC4R, führen dazu, dass Menschen ständig Hunger verspüren und stehen in engem Zusammenhang mit Fettleibigkeit. Viele der anderen Gene, darunter auch PTER, sind jedoch weiterhin ein Rätsel.

„Trotz dieser genetischen Verbindung wusste niemand wirklich, was PTER bewirkte oder warum es mit dem Body-Mass-Index beim Menschen in Verbindung stand“, sagte Long. „Es war ein verwaistes Gen, das ein verwaistes Enzym kodierte. Jetzt wissen wir, dass PTER N-Acetyltaurin abbaut oder hydrolysiert.“

Molekulare Effekte entschlüsseln

Als Long und Wei Mäuse untersuchten, bei denen das PTER-Gen ausgeschaltet worden war, stellten sie fest, dass die Tiere höhere Konzentrationen von N-Acetyltaurin im Blut und Gewebe hatten als Kontrollmäuse – ein nicht unerwarteter Befund, wenn PTER fehlt.

Bei einer fettreichen Ernährung und Taurin im Trinkwasser fraßen die Mäuse ohne PTER nach acht Wochen deutlich weniger und wogen auch deutlich weniger als die Kontrolltiere. Der Unterschied im Körpergewicht sei ausschließlich auf eine Verringerung der Fettmasse bei den Knockout-Tieren zurückzuführen, fanden die Forscher heraus.

Als nächstes testeten sie, ob die direkte Gabe von N-Acetyltaurin an die Mäuse einen ähnlichen Effekt hatte. Sie fanden heraus, dass eine tägliche Dosis N-Acetyltaurin sowohl bei PTER-Knockout-Mäusen als auch bei Kontrolltieren, die mit einer fettreichen Nahrung gefüttert wurden, das Körpergewicht und die Nahrungsaufnahme verringerte.

Weitere Studien zeigten, dass der PTER-Signalweg unabhängig von dem Signalweg ist, der von den derzeit auf dem Markt befindlichen GLP1-Rezeptoragonisten wie Ozempic verwendet wird.

„Es handelt sich um eine komplizierte Wechselwirkung zwischen Genetik und Ernährung, die das Körpergewicht dieser Tiere regulieren kann“, sagte Long. „Das ist ein grundlegender Fortschritt im Verständnis, wie sich unsere Ernährung auf unser Gewicht und unseren Körper auswirkt.“

Interessanterweise ist nicht klar, wie N-Acetyltaurin hergestellt wird. Möglicherweise spielt das Darmmikrobiom eine Rolle. Die Forscher fanden heraus, dass bei Mäusen, die eine Woche lang mit Antibiotika behandelt wurden, um einen Großteil ihrer Darmbakterien abzutöten, 30 % weniger N-Acetyltaurin im Körper zirkulierte als vor der Behandlung.

„Diese mögliche Rolle des Darmmikrobioms ist im Zusammenhang mit der Forschung zur rationalen Manipulation unserer Darmbakterien für die Gesundheit interessant“, sagte Long. „Vielleicht könnten wir eines Tages probiotische oder diätetische Interventionen haben, die die Bildung von N-Acetyltaurin fördern, um das Körpergewicht zu reduzieren. Aber es muss noch viel mehr Arbeit geleistet werden.“

Long und seine Kollegen setzen ihre Untersuchungen zu PTER und Taurinmetaboliten bei Menschen fort. Die Aufgabe ist entmutigend, aber spannend.

„Alles, was wir essen, und wir essen eine Menge, kann auf molekularer und genetischer Ebene mit unserem Körper interagieren“, sagte Long. „Es ist kein einfacher Code. Aber wir beginnen, diese sich kreuzenden Wege auf einer viel detaillierteren Ebene zu verstehen als je zuvor.“