Niedriger Sauerstoff lässt rote Blutkörperchen den Blutzucker senken – mögliche neue Diabetes-Therapien
Forschende zeigen, dass rote Blutkörperchen unter Sauerstoffmangel ihren Stoffwechsel umstellen und als „Glukose-Schwämme“ große Mengen Zucker aus dem Blut aufnehmen – mit dem Effekt deutlich sinkender Blutzuckerwerte. In diabetischen Mäusen normalisierte **HypoxyStat**, ein Wirkstoff, der die Niedrigsauerstoff-Wirkung nachahmt, den Blutzucker vollständig und schnitt dabei besser ab als bestehende Medikamente.
Diabetes ist unter Menschen, die in großen Höhen mit niedrigen Sauerstoffwerten leben, seltener als auf Meereshöhe. Forschende, die nun entdeckt haben, warum das so ist, sagen, dass dieser Mechanismus zu neuen Behandlungen führen könnte. Unter Sauerstoffmangelbedingungen – wie in Hochgebirgen – können rote Blutkörperchen (Erythrozyten) ihren Stoffwechsel umstellen und Zucker aus dem Blut aufnehmen, sodass sie als „Glukose-Schwämme“ wirken, berichteten sie am Donnerstag in Cell Metabolism.
In großen Höhen liefert die Fähigkeit, mehr Glukose zu transportieren, den roten Blutkörperchen zusätzliche Energie, um Sauerstoff effizienter im Körper zu verteilen. Laut Bericht hat dies außerdem den vorteilhaften Nebeneffekt, den Blutzuckerspiegel zu senken.
In früheren Experimenten hatten die Forschenden beobachtet, dass Mäuse, die Luft mit niedrigem Sauerstoffgehalt einatmeten, deutlich niedrigere Blutzuckerwerte als normal hatten. Das bedeutete, dass die Tiere die Glukose nach dem Essen schnell verbrauchten und dadurch ein geringeres Diabetesrisiko hatten. „Als wir (diesen Mäusen) Zucker gaben, verschwand er nahezu sofort aus ihrem Blutkreislauf“, sagte Studienautorin Yolanda Martí-Mateos von den Gladstone Institutes in San Francisco in einer Mitteilung.
„Wir haben Muskel, Gehirn, Leber … untersucht, aber nichts in diesen Organen konnte erklären, was geschah.“
Schließlich fand ihr Team heraus, dass die roten Blutkörperchen die „Glukose-Senke“ waren – ein Begriff für alles, was viel Glukose aus dem Blutkreislauf aufnimmt und verwertet. Unter Sauerstoffmangelbedingungen produzierten Mäuse nicht nur deutlich mehr rote Blutkörperchen, sondern jede einzelne Zelle nahm auch mehr Glukose auf als rote Blutkörperchen, die unter normalen Sauerstoffwerten gebildet wurden.
Anschließend testeten die Forschenden ein von ihnen entwickeltes Medikament namens HypoxyStat, das die Effekte von sauerstoffarmer Luft nachahmt, indem es das Hämoglobin in roten Blutkörperchen dazu bringt, Sauerstoff fester zu binden und ihn so daran hindert, das Gewebe zu erreichen. Das Medikament machte den hohen Blutzucker bei diabetischen Mäusen vollständig rückgängig und wirkte nach ihren Angaben sogar besser als bestehende Medikamente.
Die Entdeckung „öffnet die Tür dazu, Diabetesbehandlung grundlegend anders zu denken, indem man rote Blutkörperchen als Glukose-Senken rekrutiert“, sagte Studienmitautorin Isha Jain, ebenfalls von den Gladstone Institutes, in einer Mitteilung.
Wie neue Forschung an Mäusen zeigt, die gängige Vorstellungen infrage stellt, hängt eine bessere Ausdauer durch Training nicht nur von hart arbeitenden Muskelzellen ab, sondern auch von der Aktivität von Gehirnzellen. Ohne die Aktivität bestimmter Gehirnzellen, sogenannter Neuronen, zeigten Mäuse keine Ausdauerzuwächse – egal wie stark sie auf einem Laufband sprinteten, fanden die Forschenden heraus.
Wurden die Neuronen jedoch nach dem Training künstlich aktiviert, gewannen die Tiere der Studie zufolge sogar noch mehr Ausdauer als üblich, wie ein Bericht in Neuron beschreibt. „Die Idee, dass Muskelumbau den Output dieser Gehirnneuronen erfordert, ist eine ziemlich große Überraschung“, sagte Studienleiter Erik Bloss vom The Jackson Laboratory in Bar Harbor im US-Bundesstaat Maine in einer Mitteilung. Es stelle die konventionelle Annahme „wirklich infrage“, dass die Vorteile von Bewegung ausschließlich aus den Muskeln kämen, sagte er.
Bei der Nachverfolgung der Gehirnaktivität von Mäusen während und nach dem Laufen stellten die Forschenden fest, dass ein bestimmter Neuronencluster im Hypothalamus, der ein Protein namens steroidogenic factor-1 exprimiert, etwa eine Stunde lang aktiv wurde, nachdem die Mäuse mit dem Laufen aufgehört hatten. Während die Mäuse über Wochen trainierten, wurden nach jeder Trainingseinheit mehr und mehr SF1-Neuronen aktiviert, und die Verbindungen zwischen den SF1-Neuronen wurden stärker und zahlreicher, berichteten die Forschenden.
Die trainierten Tiere hatten zudem etwa doppelt so viele Verbindungen zwischen diesen Neuronen wie Tiere ohne Training, fanden die Forschenden ebenfalls heraus. Wurden SF1-Neuronen nach jeder Trainingseinheit für 15 Minuten „abgeschaltet“, hörten die Mäuse auf, ihre Ausdauer zu verbessern, und schnitten bei freiwilligen Lauftests zunehmend schlechter ab.
„Wenn man einer normalen Maus Zugang zu einem Laufrad gibt, läuft sie kilometerweit am Stück“, sagte Bloss. „Wenn wir diese Neuronen zum Schweigen bringen, laufen sie praktisch gar nicht. Sie springen kurz drauf, können es aber nicht durchhalten.“
Als die Forschenden die SF1-Neuronen für eine Stunde nach den Laufbandsitzungen stimulierten, zeigten die Mäuse stärkere Ausdauerzuwächse und erreichten höhere Maximalgeschwindigkeiten. „Es besteht eine sehr reale Möglichkeit, dass wir diese Schaltung irgendwann nutzen können, um die Effekte moderater Bewegung zu verstärken“, sagte Bloss. „Wenn wir bewegungsähnliche Muster im Gehirn nachahmen oder verstärken können, könnte das besonders wertvoll für ältere Erwachsene oder Menschen mit Mobilitätseinschränkungen sein, die keine intensive körperliche Aktivität ausüben können, aber dennoch von den schützenden Effekten von Bewegung auf Gehirn und Körper profitieren könnten.“