Rauchen erhöht Demenzrisiko: Hinweise auf neue Lunge-Hirn-Achse

Der Zusammenhang zwischen Rauchen und Demenz könnte direkter sein als bislang angenommen: Forschende beschreiben eine Lunge-Hirn-Achse, über die durch Nikotin freigesetzte Exosomen die neuronale Eisenhomöostase beeinflussen und neurodegenerative Veränderungen begünstigen.

Der Zusammenhang zwischen Rauchen und neurodegenerativen Erkrankungen ist gut dokumentiert. Eine Studie aus dem Jahr 2011 ergab, dass starkes Rauchen im mittleren Lebensalter das Risiko für Demenz, Alzheimer und vaskuläre Demenz mehr als zwei Jahrzehnte später um über 100 Prozent erhöht.

Demenz zählt zu den weniger gut untersuchten Folgen des Rauchens, und zwar aus einem einfachen, aber erschreckenden Grund: Sie tritt später im Leben auf, und Raucher sterben tendenziell früher.

Viele Theorien zum Zusammenhang zwischen Rauchen und Demenz beziehen sich auf die Auswirkungen des Rauchens auf das Gefäß- und Atmungssystem – im Wesentlichen wird die Sauerstoffversorgung des Gehirns über Jahrzehnte hinweg beeinträchtigt. Eine neue Studie der University of Chicago, die kürzlich in „Science Advances“ veröffentlicht wurde, legt jedoch nahe, dass eine durch Nikotin ausgelöste Fehlkommunikation zwischen Lunge und Gehirn eine Rolle spielen könnte.

Pulmonale neuroendokrine Zellen als Verbindung zum Gehirn

Die Forscher entdeckten einen bisher unbekannten Weg von der Lunge zum Gehirn über pulmonale neuroendokrine Zellen (PNECs). Bei Kontakt mit Nikotin setzen diese Zellen Exosomen frei, die den Eisenhaushalt in den Neuronen stören und so Symptome auslösen, die mit Demenz assoziiert sind.

„Diese Forschung etabliert eine klare ‚Lunge-Hirn‘-Achse, die dazu beiträgt, zu erklären, warum Zigarettenrauchen mit kognitivem Abbau und neurodegenerativen Risiken in Verbindung steht“, erklärt Kui Zhang, Postdoktorand an der University of Chicago und Ko-Erstautor der neuen Studie. „Indem wir verstehen, wie diese Exosomen die Eisenhomöostase stören, eröffnen wir neue Wege, Neuronen vor rauchbedingten Schäden zu schützen.“

Ob sich dies als ursächlicher Zusammenhang für Demenz erweist oder nicht, die Forschung selbst stellt einen bedeutenden Fortschritt für das Verständnis der Lunge dar.

„Sie zeigt, dass die Lunge nicht nur ein passives Ziel der Rauchexposition ist, sondern ein aktives Signalorgan, das die Pathologie des Gehirns beeinflusst“, erläutert die korrespondierende Autorin und Assistenzprofessorin Joyce Chen von der Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) und dem Ben May Department for Cancer Research der University of Chicago.

Von der Lunge zum Gehirn

PNECs sind einzigartige Lungenzellen, die Funktionen von Nerven- und Hormonzellen vereinen. Sie sprechen sowohl die Sprache der Synapsen als auch der Hormone und sind wichtige Sensoren der Atemwege, aber schwer zu erforschen.

„Die größte Herausforderung war die extreme Seltenheit der PNECs, die weniger als 1 Prozent der Lungenzellen ausmachen. Dadurch ist es nahezu unmöglich, sie zu isolieren und eingehend zu untersuchen“, so Zhang.

Um diese schwer fassbaren, aber wichtigen Zellen zu erforschen, erzeugte das Team induzierte PNECs (iPNECs) durch Differenzierung humaner pluripotenter Stammzellen in ausreichender Anzahl für die Forschung im Labor.

Nach Exposition gegenüber Nikotin gaben die iPNECs große Mengen an Exosomen ab, winzigen Partikeln, die biologisches Material wie Proteine, Lipide oder Nukleinsäuren enthalten. Die meisten Zelltypen produzieren Exosomen, doch die von den iPNECs als Reaktion auf Nikotin produzierten Exosomen waren reich an dem Protein Serotransferrin, das der Körper zur Regulierung des Eisentransports im Blutkreislauf benötigt.

Überträgt man dieses Modell auf den menschlichen Körper, könnte dies bedeuten, dass die körpereigenen PNECs der Lunge mit jedem Zug an Zigarette, Zigarre oder E-Zigarette große Mengen einer Substanz freisetzen, die den Eisenstoffwechsel beeinflusst.

„Das Nikotin wirkt auf die PNECs, woraufhin diese große Mengen an Exosomen freisetzen. Dies führt zu Störungen der Eisenhomöostase“, erklärt Abhimanyu Thakur, einer der Erstautoren der Studie. Er war während der Forschung am PME und dem Ben May Department der University of Chicago tätig und arbeitet nun an der Abteilung für Neurochirurgie der Harvard Medical School. „Wir finden Marker für neurodegenerative Erkrankungen, deren Konzentrationen ansteigen und die mit vielen kognitiven Störungen und Demenzerkrankungen in Verbindung gebracht werden können.“

Weitere Forschung geplant

Dieser Serotransferrin-Schub würde dem Körper fälschlicherweise signalisieren, seine Eisenregulation zu verändern. Der Vagusnerv, der vom Gehirn zu den Organen im ganzen Körper verläuft und unwillkürliche Bewegungen wie Herzschlag, Atmung und Verdauung steuert, würde diese Botschaft zurück zum Gehirn leiten.

„Diese Störung der Eisenhomöostase führt zu oxidativem Stress, mitochondrialer Dysfunktion und erhöhter α-Synuclein-Expression – Kennzeichen neurodegenerativer Erkrankungen“, berichtet Chen.

Ein Eisenungleichgewicht in Neuronen kann zudem fälschlicherweise Ferroptose auslösen, eine Form des programmierten Zelltods, in Zellen, die eigentlich nicht absterben sollten. Frühere Studien brachten Ferroptose mit Alzheimer und Parkinson in Verbindung, doch sind weitere Untersuchungen nötig, bevor ein ursächlicher Zusammenhang nachgewiesen werden kann.

Das Team untersucht nun, ob die Blockierung der Exosomen – der ursprünglichen Signalquelle – therapeutische Anwendungsmöglichkeiten bietet. Auch wenn direkte Auswirkungen auf den Menschen noch Jahre entfernt sind, trägt die Forschung zum besseren Verständnis der Kommunikation zwischen Gehirn und Lunge bei.

„Das Verständnis dieser interorganischen Kommunikationswege ist entscheidend für die Entwicklung besserer Präventions- und Interventionsstrategien bei neurodegenerativen Erkrankungen“, so Chen.

(lj/BIERMANN)

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