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Die kurzkettige Fettsäure Propionsäure beeinflusst die Darm-vermittelte Immunregulation bei Menschen mit Multipler Sklerose (MS). Das hat ein Team der Neurologischen Klinik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) im St. Josef-Hospital in einer internationalen Studie unter Leitung von Prof. Dr. Aiden Haghikia gezeigt. Die Gabe von Propionsäure zusätzlich zu MS-Medikamenten reduzierte langfristig die Schubrate und das Risiko einer Behinderungszunahme. Zudem weisen erste Kernspin-Untersuchungen im Verlauf darauf hin, dass die Propionsäure möglicherweise den Gehirnschwund als Zeichen eines Nervenzell-Untergangs reduziert. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift „Cell“ vom 10. März 2020 veröffentlicht.
Das Darm-Mikrobiom, die gesamte bakterielle Besiedlung des Darms, spielt nicht nur für den gesunden Organismus eine wichtige Rolle, sondern auch im Zusammenhang mit Erkrankungen, die auf vielen Faktoren beruhen, wie die Multiple Sklerose. Im Darm findet die Interaktion zwischen der Nahrung, den dortigen Bakterien, deren Stoffwechselprodukten und dem Immunsystem in der Darmwand statt. „So können die Darmbakterien direkt und indirekt Einfluss auf anatomisch entfernte Strukturen wie das Gehirn nehmen“, erklärt Aiden Haghikia. „Das Darm-Mikrobiom entspricht damit einem eigenständigen endokrinen Organ, das mit der Umwelt in Verbindung steht.“
Kurzkettige Fettsäuren können Entzündungsreaktionen unterdrücken
In der aktuellen Studie konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die vormals in der Zellkulturschale und im experimentellen Modell gezeigten Ergebnisse auf ihre MS-Patienten übertragen: Kurzkettige Fettsäuren wie die Propionsäure oder deren Salz Propionat führten zur vermehrten Entstehung und gesteigerten Funktion von regulatorischen Zellen des Immunsystems. „Diese Zellen beenden überschießende Entzündungsreaktionen und reduzieren im Kontext von Autoimmun-Erkrankungen wie der MS auto-immune Zellen“, so Prof. Dr. Ralf Gold, Direktor der Neurologie im St. Josef Hospital.
In ihrer Arbeit konnten die Forscherinnen und Forscher nachweisen, dass die Mikrobiom-Zusammensetzung bei MS-Betroffenen verändert ist. Darüber hinaus konnten sie erstmals einen Mangel von Propionsäure im Stuhl und Serum von MS-Patienten zeigen, die in der frühesten Phase der Erkrankung am stärksten ausgeprägt war. Dieser Nachweis gelang in Kooperation mit dem Max-Delbrück-Centrum Berlin und den Ernährungswissenschaften der Universität Halle-Wittenberg.
Beteiligung der Darm-Bakterien und der Kraftwerke der Zellen ausschlaggebend
In einer Kooperation mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Bar-Ilan University in Israel, die ein Darm-Modell zur funktionellen Analyse des Mikrobioms entwickelt hatten, zeigte sich, dass die Veränderung der Funktion der Bakterien im Darm als Folge der Propionat-Gabe die entscheidende Rolle bei der Entstehung von neuen regulatorischen Zellen spielt. Zur gesteigerten Funktion dieser Zellen trägt deren verbesserte Energieverwertung durch eine veränderte Funktion der Mitochondrien bei, was das Forschungsteam in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Molekulare Zellbiologie an der Medizinischen Fakultät der RUB nachweisen konnte.
Der Darm als Ziel für therapeutische Ansätze in Zukunft
Die kurzkettigen Fettsäuren stellen nur einen Bruchteil der Stoffwechselprodukte von Darmbakterien dar, die durch die bakterielle Einwirkung aus der Nahrung entstehen. „Die weitere Erforschung dieses weitestgehend unbekannten Organs und die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden es erlauben, in Zukunft weitere innovative diätetische Maßnahmen zu den bekannten Therapeutika zu entwickeln“, so Aiden Haghikia.
Kooperationspartner
Die Studie wurde in Kooperation mit Forschungsteams der Universitäten Berlin (Max-Delbrück-Centrum), Düsseldorf (Proteomics), Erlangen (Rheumatologie), Freiburg (Neuropathologie), Halle-Wittenberg (Ernährungswissenschaften), Hattingen (Neurologie und Komplementärmedizin), Kopenhagen (Dänemark), Leipzig, Los Angeles (USA), Ramt Gan (Israel) und Regensburg (Neurologie) durchgeführt.
Förderung
Die Arbeiten wurden finanziell unterstützt unter anderen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregios 128 und des Sonderforschungsbereichs 1365, der Medizinischen Fakultät der RUB im Forum-Programm, der Rose-Stiftung, dem Zentrum für Proteindiagnostik Prodi der RUB, der Deutschen Multiple-Sklerose-Gesellschaft in NRW, dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (INST 213/840-1 FUGG), der Israel Science Foundation (1384/18) sowie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (FKZ 031 A 534A).
Prof. Dr. Aiden Haghikia
Neurologische Klinik der Ruhr-Universität Bochum
St. Josef-Hospital Bochum
Tel.: +49 234 509 2422
E-Mail: aiden.haghikia@ruhr-uni-bochum.de
Alexander Duscha, Aiden Haghikia et al.: Propionic acid shapes multiple sclerosis disease course by immunomodulatory mechanism, in: Cell, 2020, DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.035
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Chemistry, Medicine
transregional, national
Research results
German
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