Wie Darmbakterien die Reaktion des Gehirns auf einen Schlaganfall beeinflussen

Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität haben entdeckt, wie ein von Darmbakterien produzierter Botenstoff die Hirnschädigung nach einem Schlaganfall beeinflussen kann. Die Studie zeigt einen neuen Kommunikationsweg zwischen Darm, Immunsystem und Gehirn auf.

Wie stark ein Schlaganfall das Gehirn schädigt, hängt stark davon ab, wie schnell der Blutfluss wiederhergestellt werden kann. Auch die körpereigene Immunantwort, die auf den Schlaganfall folgt, spielt dabei eine wichtige Rolle. Ein Team am Institute for Stroke and Dementia Research (ISD) am LMU Klinikum unter der Leitung von Dr. Corinne Benakis hat nun ein spezifisches bakterielles Signal identifiziert, das diese Immunantwort prägt und den Verlauf eines Schlaganfalls beeinflusst. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlicht.

In ihrer Studie fanden die Forschenden heraus, dass bei Mäusen mit schwerem Schlaganfall Darmbakterien, die Indol produzieren können – ein Botenstoff, der ausschließlich im Darm entsteht –, vermehrt vorkommen. Diese Bakterien tragen das Gen tnaA, mit dem sie die Aminosäure Tryptophan aus der Nahrung in Indol umwandeln können. Im Mausmodell zeigte das Team, dass indolproduzierende Bakterien die Hirnschädigung nach einem Schlaganfall verschlimmerten.

AHR in dendritischen Zellen beeinflusst Immunantwort

Indol wirkt über einen Rezeptor namens AHR (Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor), der in dendritischen Zellen vorkommt – Immunzellen, die die Darmschleimhaut überwachen und Immunantworten koordinieren. Schalteten die Forschenden AHR gezielt in dendritischen Zellen aus, waren die Mäuse besser vor Hirnschäden geschützt.

„Dendritische Zellen besitzen lange Ausläufer, ähnlich wie Arme, mit denen sie Veränderungen in ihrer Umgebung wahrnehmen können – auch von Darmbakterien produzierte Stoffwechselprodukte. Als wir die AHR deaktivierten, veränderte sich das Verhalten dieser Zellen vollständig: Die dendritischen Zellen wanderten verstärkt vom Darm zu den Hirnhäuten, die das Gehirn umgeben. Dort förderten sie zudem schützende T-Zellen und trugen so dazu bei, die Hirnschädigung zu verringern”, erklärt Co-Erstautorin Dr. Rosa Delgado Jiménez.

Hinweise auf Zusammenhang auch beim Menschen

Die Forschenden fanden zudem Hinweise darauf, dass dieser Signalweg auch beim Menschen eine Rolle spielen könnte. In einer Kohorte von Schlaganfallpatientinnen und -patienten stellte das ISD-Team fest, dass eine höhere Häufigkeit des bakteriellen tnaA-Gens mit einem schlechteren funktionellen Ergebnis nach dem Schlaganfall verbunden war. Die Proben für diese Untersuchung stammten von den Teams von Fernández-Cadenas in Barcelona und Lorenz Hirt in Lausanne. Bakterien mit dem tnaA-Gen, die Indol produzieren können, kamen zudem häufiger bei Menschen mit Risikofaktoren für einen Schlaganfall vor, darunter Übergewicht und Typ-2-Diabetes.

Die Ergebnisse werfen damit die Frage auf, ob sich das Darmmikrobiom oder seine Stoffwechselprodukte künftig gezielt beeinflussen lassen, um die Immunantwort auf einen Schlaganfall zu verändern. „Wir denken bei einem Schlaganfall meist an eine auf das Gehirn begrenzte Verletzung. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass der Darm die Immunantwort auf diese Verletzung mitgestalten kann”, sagt Delgado Jiménez. „Wir müssen noch klären, ob der von uns bei Mäusen identifizierte Mechanismus auch bei Patientinnen und Patienten eine Rolle spielt. Unsere Ergebnisse eröffnen jedoch neue Perspektiven für die Forschung darüber, ob die Darmmikrobiota zukünftig so verändert werden könnte, dass der Verlauf eines Schlaganfalls verbessert wird, beispielsweise durch präventive Maßnahmen bei Menschen mit erhöhtem Schlaganfallrisiko“, sagt Benakis.