Studie: Beiges Fett schützt vor Übergewicht und Diabetes

Forscher der University of California - San Francisco haben eine neue Funktion von beigem Fett entdeckt, die vor Übergewicht und Diabetes schützt.

Braunes Fett und beiges Fett

Wenn dein Körper abkühlt, kann das Zittern der Muskeln eine Möglichkeit sein, Wärme zu erzeugen. Wenn die Kälte anhält, wird der Körper auf andere Weise aktiv, um für zusätzliche Wärme zu sorgen. Es ist zum Beispiel bereits seit einigen Jahrzehnten bekannt, dass spezialisierte Fettzellen unter Einfluss kalter Temperaturen Energie verbrennen, um Hitze zu erzeugen.

Zunächst entdeckte man die Existenz von 'braunem Fett'. Während 'weißes Fett' eine Form der Energiespeicherung ist, sorgt braunes Fett gerade dafür, dass gespeicherte Energie verbrannt wird, um Wärme zu erzeugen. Babys haben verhältnismäßig viel braunes Fett als Schutz vor Kälte. Auch Winterschlaf haltende Säugetiere, wie einige Bären, verfügen über viel braunes Fett. Bei erwachsenen Menschen ist diese Menge jedoch deutlich niedriger. Braunes Fett enthält viele Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen. Diese enthalten viel Eisen, was die rostfarbene Färbung erklärt. Es ist jedoch schon seit etwa 20 Jahren bekannt, dass sich in normalem Fettgewebe unter kalten Bedingungen bestimmte Fettzellen wie braunes Fett verhalten.

2012 wurde festgestellt, dass es ein anderer Fetttyp ist, der dieses Verhalten zeigt, 'beiges Fett'[1]. Beiges Fett befindet sich innerhalb des Fettgewebes und kann seine Funktion als Reaktion auf Kälte von weißem Fett in braunes Fett verändern. In Folgeuntersuchungen wurde gezeigt, dass Mäuse mit mehr braunem Fett besser gegen Typ-2-Diabetes und Übergewicht geschützt waren. Weil sie mehr Kalorien zur Wärmeproduktion verbrannten, waren die Mäuse besser in der Lage, ungesunde Mengen weißen Fetts loszuwerden. Der Prozess, mit dem diese Umwandlung von Energie in Wärme ausgeführt wird, war jedoch noch nicht vollständig bekannt.

Fettverbrennung durch UCP1

Was die Forscher bereits wussten, war die Rolle und Wirkung eines Proteins namens uncoupling protein 1 (UCP1). Dieses Protein befindet sich nur in braunem und beigem Fettgewebe. UCP1 befindet sich in den Mitochondrien der braunen Fettzellen und bietet eine alternative Route zur Energieerzeugung in Form von ATP, um so Wärme zu erzeugen. Aus diesem Grund wird es auch Thermogenin genannt. Die Aktivität von UCP1 steigt daher, wenn es kalt wird, aber auch wenn zu viel gegessen wird. Damit ist es bei Säugetieren der bekannteste Akteur bei der Wärmeproduktion, abgesehen von Wärme durch Zittern. Es sind jedoch einige Arten von Säugetieren bekannt, wie Schweine, die kein funktionelles UCP1 haben. Trotzdem sind sie in der Lage, ihre Wärme bei kalten Temperaturen zu regulieren. Die Forscher des Kajimura-Labors fragten sich, wie das ohne UCP1 möglich ist.

In früheren Untersuchungen hatten die Forscher UCP1 aus Mäusen entfernt, die über viel braunes und beiges Fett verfügen. Trotz des Fehlens von UCP1 waren die Mäuse dank der Menge an braunem und beigem Fettgewebe dennoch besser gegen Übergewicht und Typ-2-Diabetes geschützt. Das überraschte sie, denn UCP1 war länger als 20 Jahre das einzige bekannte thermogene Protein.

Gibt es also eine zweite Art und Weise, wie braune und beige Fettzellen die Temperatur erhöhen können?

Neue thermogene Proteine entdeckt

Die Forscher fanden diese alternative Route und zwei Proteine, die dafür verantwortlich sind: SERCA2b und Ryanodin-Rezeptor 2 (RyR2). Eine wichtige Entdeckung, und nicht nur als fehlendes Puzzleteil. Die Art und Weise, wie diese Proteine Wärme erzeugen, ist nämlich sehr interessant als mögliches Mittel gegen Adipositas und Typ-2-Diabetes. Ihre Ergebnisse wurden letzte Woche in Nature Medicine veröffentlicht [2].

Diese Proteine, mit Namen, die aus Star Wars zu stammen scheinen, sind normalerweise für die Verfügbarkeit von Calcium in den Fettzellen verantwortlich. Wenn die Calciummenge zu hoch ist, kann SERCA2b Energie verwenden, um zusätzliches Calcium zu Speicherplätzen in der Fettzelle zu transportieren. Wenn es gerade einen Mangel gibt, sorgt RyR2 dafür, dass das Calcium aus den Speicherplätzen freigesetzt wird. Das Team von Kajimura entdeckte jedoch, dass unter kalten Bedingungen beide Proteine gleichzeitig aktiviert werden. Zum Vergleich kannst du daran denken, gleichzeitig Gas und Bremse eines Autos zu drücken, mit dem einzigen Ziel, Wärme im Motor zu erzeugen. Statt Benzin ist es hier Glukose, die verbrannt wird.

In diesem Prozess wird sogar so viel Glukose verbrannt, dass die Senkung der Aktivität von SERCA2b bei Mäusen Einfluss auf den Blutzuckerspiegel hatte. Dadurch scheinen diese Proteine ein möglicherweise interessanter Akteur im Kampf gegen Diabetes zu sein. Einer der usual suspects bei Diabetes ist nämlich ein langfristig erhöhter Blutzucker.

Jetzt, da wir herausgefunden haben, dass beiges Fett Glukose mithilfe von SERCA2b verbrennt, erklärt das vieles. Deshalb werden Mäuse diabetisch, wenn wir beiges Fett reduzieren, während die Störung von UCP1 keinen Diabetes verursacht. Und deshalb sind Mäuse bei mehr beigem Fett vor Diabetes geschützt.

-Shingo Kajimura, University of California - San Francisco

Aus Experimenten mit isolierten Fettzellen von Menschen und Schweinen geht hervor, dass diese Wirkung von SERCA2b nicht nur bei Mäusen gilt. Es ist nur nicht klar, welcher Prozess für die Wärmeproduktion dominant ist, UCP1 oder SERCA2b + RyR2.

Dass beiges Fett mehrere Möglichkeiten hat, Wärme zu erzeugen, erscheint aus evolutionärer Sicht nicht ungewöhnlich. Die Regulierung der Körpertemperatur ist so wichtig, dass mehrere Mechanismen nötig sind, wie die Schweine zeigen, die kein funktionelles UCP1 haben.

Medikamente und/oder Supplemente für beiges Fett

Die Forscher sind vor allem wegen der Ergebnisse begeistert, weil diese auf die Möglichkeit hinweisen, Medikamente oder sogar Supplemente zu entwickeln, um SERCA2b in beigem Fett zu aktivieren. Damit hoffen sie, dass Blutzucker besser reguliert werden kann und die Wahrscheinlichkeit von Übergewicht und Typ-2-Diabetes gesenkt wird.

Ein Beispiel ist Ingwer. Es ist schon länger bekannt, dass der Verzehr von Ingwer die Körpertemperatur erhöht. Wie genau das geschieht, ist jedoch unklar. Es gibt Hinweise, dass der aktive Bestandteil in Ingwer, Gingerol, SERCA-Proteine aktiviert. Damit sind Ingwer und speziell Gingerol interessante Kandidaten, um ihre Wirkung auf die Aktivierung von beigem Fett und damit auf das Verbrennen von mehr Kalorien weiter zu untersuchen.

Referenzen

Wu J, Bostrom P, Sparks LM, Ye L, Choi JH, Giang AH, Khandekar M, Virtanen KA,Nuutila P, Schaart G, et al. 2012. Beige adipocytes are a distinct type of thermogenic fat cell in mouse and human. Cell 150: 366–376

Kenji Ikeda, Qianqian Kang, Takeshi Yoneshiro, Joao Paulo Camporez, Hiroko Maki, Mayu Homma, Kosaku Shinoda, Yong Chen, Xiaodan Lu, Pema Maretich, Kazuki Tajima, Kolapo M Ajuwon, Tomoyoshi Soga, Shingo Kajimura. UCP1-independent signaling involving SERCA2b-mediated calcium cycling regulates beige fat thermogenesis and systemic glucose homeostasis. Nature Medicine, 2017; DOI: 10.1038/nm.4429