Studie zu kurzkettigen Fettsäuren: Darmbakterien können Ballaststoffe in antiallergische Waffen umwandeln

Die komplexe Beziehung zwischen Mensch und Darmmikrobiom hat sich zu einem von allen Seiten beleuchteten Forschungsthema entwickelt. Ein wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang: Ballaststoffe.

In den vergangenen Jahren sind in Studien verschiedene wichtige entzündungshemmende und immunmodulierende Wirkungen von kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) aufgezeigt worden, die bei der Zerlegung von Ballaststoffen durch Darmbakterien entstehen.

Ein Weg, auf dem SCFAs mit dem Immunsystem interagieren, ist, dass sie die Aktivierung von Mastzellen (MCs) vermitteln. Diese sind mit Granula beladen, die wiederum Enzyme und Signalmoleküle wie Histamin enthalten. Registriert eine MC ein Antigen, wird sie aktiv und es kommt zur Degranulation, wobei die Substanzen im Inneren in das umgebende Gewebe abgegeben und eine rasche Immunreaktion getriggert wird.

Normalerweise spielen MCs eine zentrale Rolle bei allergischen Erkrankungen. Obwohl es zahlreiche Hinweise darauf gibt, dass SCFAs antiallergische Eigenschaften besitzen, sind die genauen Mechanismen, durch die sie die Funktion von MCs regulieren, weiterhin unklar.

In einer aktuellen Studie hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Chiharu Nishiyama von der Tokyo University of Science (Japan) versucht, diese Wissenslücke durch umfangreiche Experimente an Maus-MCs und SCFAs zu schließen.

Die Wissenschaftler konnten zunächst ermitteln, dass bei Mäusen die passive kutane Anaphylaxie (eine im Labor provozierte allergische Reaktion) deutlich unterdrückt wurde, wenn man die Tiere mit den SCFAs Buttersäure und Valeriansäure fütterte. Anhand von MC-Kulturen konnten das Team dann darstellen, dass die Behandlung von MCs mit verschiedenen SCFAs die durch Immunglobulin E (IgE) vermittelte Aktivierung unterdrückte.

Durch anschließende Experimente mit gentechnisch veränderten Zellen und präzisen RNA-Inhibitoren gelang es den Forschenden, das Puzzle weiter zusammenzusetzen. Sie fanden heraus, dass SCFAs die MC-Aktivierung hauptsächlich auf zwei Arten vermittelten.

Der erste besteht in der Identifizierung des GPR109A-Rezeptors und der Interaktion mit diesem. Bei der Bindung mit SCFA kommt es zu einer chemischen Kaskade, die in der Synthese und Sekretion von Prostaglandinen gipfelt. Diese Substanzen interagieren mit EP3-Rezeptoren in MCs und verhindern die Degranulation, wodurch die Freisetzung von Histamin begrenzt und allergische Reaktionen minimiert werden.

Der zweite Weg fußt in der Epigenetik. Die Forscher bestätigten, dass SCFAs die Histon-Deacetylase-Hemmaktivität beeinflussen, die epigenetische Veränderungen reguliert. Dies führte zu Veränderungen im Expressionsniveau des IgE-Rezeptors, was letztendlich die Degranulation bei MCs hemmte. Zusätzliche Experimente ergaben, dass nichtsteroidale entzündungshemmende Medikamente die antiallergische Wirkung von SCFAs unterdrückten und dass Vitamin B-3, das mit dem GPR109A-Rezeptor interagiert, auch die MC-Degranulierung hemmte.

Zusammengenommen können die Ergebnisse dieser Studie dabei helfen im Detail zu verstehen, wie der Körper mithilfe von Darmbakterien das Immunsystem reguliert. Nishiyama erklärt: „Die Aktivierung von Mastzellen ist eine häufige Ursache verschiedener allergischer Erkrankungen und beschränkt sich nicht nur auf Anaphylaxie. Darüber hinaus denke ich, dass die zunehmende Häufigkeit von Allergien und davon betroffenen Patienten mit einer Ernährungsumstellung in den vergangenen Jahrzehnten zusammenhängt. Allergien sind so häufig, dass wahrscheinlich jeder zweite Japaner an irgendeiner allergischen Erkrankung leidet, und die Ergebnisse unserer Studie zeigen, dass Ballaststoffe ein wirksames Mittel zur Behandlung dieser Erkrankungen sind.“

Nishiyama weist abschließend darauf hin, wie wichtig es ist, sich gut zu ernähren. „Es ist von großer Bedeutung, mit wissenschaftlichen Erkenntnissen zu belegen, wie sich Ernährungsbedingungen auf die Gesundheit auswirken“, sagt sie. „Diese Forschung hat einen Teil der komplexen Regulierungsmechanismen enthüllt, an denen verschiedene nahrungsmittelbezogene Komponenten beteiligt sind, darunter Ballaststoffe, SCFAs, mehrfach ungesättigte Fettsäuren und Vitamine.“

Insbesondere beabsichtigen Nishiyama und ihre Kollegen nun, den Zusammenhang zwischen der mukosalen Umgebung und der Immunregulation zu untersuchen, indem sie sich auf bestimmte SCFAs konzentrieren.