Wie Darmgesundheit das Gehirn beeinflusst

US-amerikanische Wissenschaftler haben in aktuellen Untersuchungen neue zelluläre und molekulare Prozesse beschrieben, die der Kommunikation zwischen Darmmikroben und Gehirnzellen zugrunde liegen.

In den vergangenen zwei Jahrzehnten haben Forscher immer mehr Belege für einen Zusammenhang zwischen Autoimmunerkrankungen und verschiedenen psychischen Erkrankungen gesammelt. Beispielsweise können Menschen mit Autoimmunerkrankungen wie chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED), Psoriasis und Multipler Sklerose auch eine in seiner Vielfalt gestörtes Darmmikrobiom aufweisen und unter Angstzuständen, Depressionen und Stimmungsstörungen leiden. Genetische Risiken für Autoimmunerkrankungen und psychische Erkrankungen scheinen ebenfalls eng miteinander verbunden zu sein. Aber wie genau sich die Darmgesundheit auf die Gesundheit des Gehirns auswirkt, war bislang unbekannt.

„Unsere Studie bietet neue Einblicke in die Mechanismen der Kommunikation von Darm und Gehirn auf molekularer Ebene“, sagte Co-Seniorautor Dr. David Artis von Weill Cornell Medicine. „Noch hat niemand verstanden, wie sich CED und andere chronische gastrointestinale Erkrankungen auf das Verhalten und die psychische Gesundheit auswirken. Unsere Studie ist der Beginn einer neuen Art, das Gesamtbild zu verstehen.“

Für die gerade in „Nature“ veröffentlichte Studie verwendeten die Forscher Mausmodelle, um zu erfahren, welche Veränderungen in Gehirnzellen auftreten, wenn es zu einer Verringerung von Darmmikrobiota kommt. Erstautor Dr. Coco Chu vom Jill Roberts Institute for Research in Inflammatory Bowel Disease leitete ein interdisziplinäres Team von Forschern aus verschiedenen Abteilungen der Weill Cornell Medicine, des Cornell Ithaca Campus, des Boyce Thompson Institute, des Broad Institute am MIT und des Harvard und Northwell Health mit spezialisiertem Fachwissen im Bereich Verhalten, fortgeschrittene Gensequenzierungstechniken und der Analyse kleiner Moleküle in Zellen.

Mäuse, die mit Antibiotika behandelt wurden, um ihre Mirkrobenpopulation zu verringern, oder die keimfrei gezüchtet wurden, zeigten eine signifikant verringerte Fähigkeit zu lernen, dass eine zuvor drohende Gefahr nicht mehr bestand. Um die molekulare Basis dieses Ergebnisses zu verstehen, sequenzierten die Wissenschaftler RNA in Mikroglia und stellten fest, dass eine veränderte Genexpression in diesen Zellen eine Rolle bei der Umgestaltung der Verbindung von Gehirnzellen während des Lernprozesses spielt. Diese Veränderungen wurden in Mikroglia gesunder Mäuse nicht gefunden.

„Veränderungen in der Genexpression in Mikroglia könnten das Pruning von Synapsen und die Verbindungen zwischen Gehirnzellen beeinträchtigen und die normale Bildung neuer Verbindungen stören, die durch Lernen entstehen sollten“, sagt Co-Hauptautor Dr. Conor Liston vom Feil Family Brain & Mind Research Institute.

Das Team untersuchte auch chemische Veränderungen im Gehirn keimfreier Mäuse und stellte fest, dass die Konzentrationen mehrerer Metaboliten, die mit neuropsychiatrischen Erkrankungen des Menschen wie Schizophrenie und Autismus in Verbindung stehen, verändert waren. „Die Gehirnchemie bestimmt im Wesentlichen, wie wir uns in unserer Umwelt fühlen und wie wir auf sie reagieren, und es gibt Hinweise darauf, dass aus Darmmikroben stammende Chemikalien eine wichtige Rolle spielen“, erklärt Dr. Frank Schroeder vom Boyce Thompson Institute.

Als nächstes versuchten die Forscher, die Lernprobleme bei Mäusen umzukehren, indem sie ihre Darmmikrobiota in verschiedenen Altersstufen von der Geburt an wiederherstellten. „Wir waren überrascht, dass wir Lerndefizite bei keimfreien Mäusen beheben konnten, aber nur, wenn wir direkt nach der Geburt eingegriffen haben. Das deutet darauf hin, dass Signale von Darmmikrobiota sehr früh im Leben benötigt werden“, erläutert Liston. „Dies war eine interessante Entdeckung, da viele psychische Erkrankungen, die mit Autoimmunerkrankungen assoziiert sind, mit Problemen während der frühen Gehirnentwicklung in Zusammenhang stehen.“

„Die Darm-Hirn-Achse hat auf jeden einzelnen Menschen an jedem Tag seines Lebens Einfluss“, so Artis. „Wir beginnen zu verstehen, wie der Darm so unterschiedliche Erkrankungen wie Autismus, Parkinson, posttraumatische Belastungsstörungen und Depressionen beeinflusst. Unsere Studie trägt ein neues Stück zum Verständnis für die Funktionsweise der Mechanismen bei.“