Es ist seit Langem bekannt, dass Menschen, die in großer Höhe leben, seltener an Diabetes leiden. Eine neue Studie erklärt dies und weist darauf hin, dass rote Blutkörperchen Zucker besonders gut aufnehmen können. Dies lässt auf eine neue Klasse von Diabetesmedikamenten schließen.
Menschen, die in der dünnen Bergluft leben, haben einen überraschenden gesundheitlichen Vorteil: Sie erkranken seltener an Diabetes als Menschen auf Meereshöhe. Eine neue Studie der Gladstone Institutes in San Francisco könnte nun endlich erklären, warum – und sie weist auf einen unerwarteten Faktor bei der Blutzuckerkontrolle hin.
Forscher berichten, dass rote Blutkörperchen unter sauerstoffarmen Bedingungen, wie sie in großer Höhe herrschen, ihre Funktion ändern und beginnen, Glukose aus dem Blutkreislauf aufzunehmen. Dies hilft ihnen nicht nur, Sauerstoff effizienter im Körper zu transportieren, sondern senkt gleichzeitig den Blutzuckerspiegel.
Die Arbeit, veröffentlicht in der Zeitschrift Cell MetabolismDies deutet darauf hin, dass rote Blutkörperchen bei Sauerstoffmangel als eine Art versteckter Zuckerspeicher fungieren. Langfristig könnte dieser Effekt dazu beitragen, vor Diabetes zu schützen, einer chronischen Krankheit, von der weltweit Hunderte Millionen Menschen betroffen sind.
Die leitende Autorin Isha Jain, Gladstone-Forscherin, Kernforscherin am Arc Institute und Professorin für Biochemie an der UC San Francisco, untersucht seit Jahren, wie Sauerstoffmangel – ein Zustand, der als Hypoxie bekannt ist – den Stoffwechsel des Körpers verändert. Frühere Experimente an Mäusen deuteten bereits auf ungewöhnliche Vorgänge hin.
Als Mäuse in sauerstoffarmer Luft gehalten wurden, sank ihr Blutzuckerspiegel rapide. Nach einer Mahlzeit bauten sie die Glukose deutlich schneller ab als üblich – ein Muster, das mit einem geringeren Diabetesrisiko in Verbindung gebracht wird. Doch als Jains Team mithilfe von Bildgebungsverfahren den Zuckertransport verfolgte, ergaben die üblichen Ergebnisse keine Übereinstimmung.
Die Erstautorin Yolanda Martí-Mateos, eine Postdoktorandin in Jains Labor, erinnert sich daran, wie rätselhaft die ersten Daten waren.
„Als wir den Mäusen unter Sauerstoffmangel Zucker verabreichten, verschwand dieser fast augenblicklich aus ihrem Blutkreislauf“, sagte sie in einer Pressemitteilung. „Wir untersuchten Muskeln, Gehirn, Leber – alle üblichen Verdächtigen –, aber nichts in diesen Organen konnte das Geschehen erklären.“
Mithilfe eines anderen Bildgebungsverfahrens entdeckten die Forscher schließlich das fehlende Ziel: rote Blutkörperchen. Diese Zellen, die vor allem für ihren Sauerstofftransport bekannt sind, galten lange Zeit als metabolisch einfach. Man hatte nicht erwartet, dass sie eine wichtige Rolle bei der Zuckerverwertung im Körper spielen würden.
Die neuen Experimente ergaben ein anderes Bild. Unter Sauerstoffmangel produzierten Mäuse mehr rote Blutkörperchen, und jede dieser Zellen nahm mehr Glukose auf als rote Blutkörperchen, die unter normalen Sauerstoffbedingungen gebildet wurden. Anders ausgedrückt: Die Zellen selbst wurden zu einer Art „Glukosespeicher“, ein Begriff, den Wissenschaftler für Gewebe verwenden, die große Mengen Zucker aus dem Blutkreislauf aufnehmen.
Jain und ihre Kollegen taten sich dann mit den Experten für rote Blutkörperchen, Angelo D'Alessandro am Anschutz Medical Campus der University of Colorado und Allan Doctor an der University of Maryland, zusammen, um die molekularen Details genauer zu untersuchen.
Sie zeigten, dass rote Blutkörperchen unter Sauerstoffmangel die überschüssige Glukose nutzen, um ein Molekül zu bilden, das ihnen hilft, Sauerstoff leichter an das Gewebe abzugeben. Diese Anpassung ist entscheidend bei Sauerstoffmangel, beispielsweise in großer Höhe oder bei bestimmten Erkrankungen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Zellen dabei gleichzeitig den Blutzuckerspiegel senken.
Das Ausmaß des Effekts war unerwartet.
„Am meisten überrascht hat mich das Ausmaß des Effekts“, sagte D’Alessandro in der Pressemitteilung. „Rote Blutkörperchen gelten üblicherweise als passive Sauerstoffträger. Wir haben jedoch festgestellt, dass sie einen erheblichen Anteil am gesamten Glukoseverbrauch des Körpers ausmachen können, insbesondere unter Sauerstoffmangel.“
Die Ergebnisse widerlegen eine langjährige Annahme darüber, wie der Körper Glukose verarbeitet.
„Rote Blutkörperchen stellen einen bisher unerkannten, verborgenen Bereich des Glukosestoffwechsels dar“, fügte Jain hinzu. „Diese Entdeckung könnte völlig neue Wege zur Blutzuckerkontrolle eröffnen.“
Um die Dauerhaftigkeit des Effekts zu untersuchen, beobachteten die Wissenschaftler Mäuse, nachdem diese von sauerstoffarmer Luft wieder in normale Luft gebracht worden waren. Die Vorteile der chronischen Hypoxie – eine bessere Blutzuckerkontrolle und eine gesteigerte Glukoseaufnahme – hielten über Wochen bis Monate an, was darauf hindeutet, dass die Anpassungen des Körpers nicht von kurzer Dauer sind.
Das Team testete anschließend, ob sich die Biologie in großer Höhe mit einer Pille statt mit einem Berg simulieren ließe. Sie griffen auf HypoxyStat zurück, ein Medikament, das kürzlich in Jains Labor entwickelt wurde, um einige der Auswirkungen sauerstoffarmer Luft nachzubilden.
HypoxyStat bewirkt, dass Hämoglobin, das sauerstofftransportierende Protein in den roten Blutkörperchen, Sauerstoff stärker bindet. Dadurch gelangt weniger Sauerstoff in das Gewebe, wodurch der Körper vorgegaukelt wird, er befände sich in großer Höhe.
In Mausmodellen für Diabetes bewirkte HypoxyStat mehr als nur eine leichte Senkung des Blutzuckerspiegels. Laut der Studie normalisierte das Medikament den hohen Blutzuckerspiegel vollständig und wirkte bei diesen Tieren sogar besser als bisherige Diabetesmedikamente.
Jain merkt an, dass dies ein früher, aber wichtiger Test des Medikaments außerhalb seines ursprünglichen Verwendungszwecks sei.
„Dies ist eine der ersten Anwendungen von HypoxyStat außerhalb der Behandlung von Mitochondrienerkrankungen“, sagte sie. „Es eröffnet die Möglichkeit, die Diabetesbehandlung grundlegend anders anzugehen – indem rote Blutkörperchen als Glukosespeicher rekrutiert werden.“
Sollte sich dieser Ansatz in weiteren Studien und schließlich auch am Menschen bewähren, könnte er eine neue Klasse von Diabetestherapien darstellen, die auf die körpereigenen Sauerstoff- und Erythrozytensysteme zurückgreifen, anstatt nur die Bauchspeicheldrüse oder die Leber anzugreifen.
Neben Diabetes könnten die Forscher durch ihre Entdeckung auch Auswirkungen auf die Sportwissenschaft und die Traumabehandlung feststellen. Bei intensiver körperlicher Belastung oder nach schweren Verletzungen kann der Sauerstoffgehalt im Gewebe sinken, und die Anzahl der roten Blutkörperchen sowie der Stoffwechsel können sich verändern. Das Verständnis, wie sich diese Veränderungen auf die Glukoseverfügbarkeit und die Muskelleistung auswirken, könnte Ärzten helfen, die Regeneration besser zu steuern und Sportlern das Training zu optimieren.
Die Arbeit fügt der Geschichte, wie sich der Körper an ein Leben mit weniger Sauerstoff anpasst, ein neues Kapitel hinzu – und wie diese Anpassungen zur Bekämpfung von Krankheiten genutzt werden könnten.
Jain betont, dass viele Fragen offen bleiben.
„Das ist erst der Anfang“, sagte sie. „Es gibt noch so viel zu lernen darüber, wie sich der gesamte Körper an Veränderungen des Sauerstoffgehalts anpasst und wie wir diese Mechanismen nutzen können, um eine Reihe von Erkrankungen zu behandeln.“
Quelle: Gladstone Institute