Spezialdiät gegen Typ-1-Diabetes

Diese ist in westlichen Ländern zunehmend zucker- und fettreich, aber ballaststoffarm. Wie diese Ernährungsweise die Darmmikrobiota verändert und darüber das Immunsystem beeinflusst, beschreiben James L. Richard und Dr. Eliana Marino von der Monash-Universität in Melbourne in einer Übersichtsarbeit (»Clinical & Translational Immunology« 2016, DOI: 10.1038/cti.2016.29).

Die Schlüsselposition scheinen demnach Ballaststoffe einzunehmen. Diese Nahrungsbestandteile aus Pflanzen, meist Polysaccharide, sind weitestgehend unverdaulich. Sie erreichen das Colon, einen Abschnitt des Dickdarms, weitgehend unzersetzt und dienen dort verschiedenen Bakterienarten als Nahrungsgrundlage. Die Mikroben bauen Teile der Ballaststoffe, etwa resistente Stärke, ab und setzen dabei kurzkettige Fettsäuren (short chain fatty acids, SCFA) in großen Mengen frei. Zu diesen zählen Acetat, Propionat und Butyrat. 95 Prozent der im Darm freigesetzten SCFA werden im Colon aufgenommen, dienen dort den Epithelzellen als Energiequelle und gelangen aber auch in den Blutkreislauf.

Kurzkettige Fettsäuren

Neuen Studienergebnissen zufolge haben diese kurzkettigen Fettsäuren wichtige Funktionen im Darm selbst und darüber hinaus im gesamten Körper. Sie interagieren mit Darm- und Immunzellen über spezielle G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. So aktiviert etwa Butyrat den Rezeptor GPR109a, der sich auf einer Reihe von Immunzellen befindet, was über die Hemmung des Transkriptionsfaktors NF-κB zu einer Suppression von proinflammatorischen Zytokinen wie TNF-α und IL-6 führt, heißt es in dem Review. Entsprechend rücke GPR109a zunehmend als mögliches Arzneimitteltarget in der Therapie von entzündlichen Erkrankungen in den Fokus. Bei Patienten mit der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung Colitis ulcerosa reduzierte in Pilotstudien die Gabe von Butyrat die Symptome deutlich.

Zudem erhöhen die drei kurzkettigen Fettsäuren Acetat, Propionat und Butyrat unter anderem die Anzahl und verbessern die Funktion von regulatorischen T-Zellen (T_reg) im Darm und über epigenetische Mechanismen auch die Bildung von Treg im Körper. Zusätzlich verbessert Acetat die Barrierefunktion des Darms. Störungen der Barrierefunktion werden mit der Entstehung von entzündlichen und autoinflammatorischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. So ist zum Beispiel eine erhöhte intestinale Permeabilität mit Typ-1-Diabetes assoziiert. Zudem ist bei Kindern mit Typ-1-Diabetes die Diversität der Darmflora reduziert und sie weisen mehr Firmicutes-Bakterien auf als Kinder ohne Typ-1-Diabetes, bei denen Bakterien des Stamms Bacteroidetes dominieren.

Dass die Darmmikrobiota bei der Pathogenese der Autoimmunerkrankung eine Rolle spielt, zeigen auch Untersuchungen mit NOD-Mäusen, einem Modell für Typ-1-Diabetes. Wenn bei diesen das Gen für das Signalmolekül Myd88 fehlt, führt dies zu einer Überrepräsentation des Bakterienstamms Bacteroidetes im Darm und die Mäuse entwickeln keinen Typ-1-Diabetes. Bei keimfrei gehaltenen Tieren ohne bakterielle Darmbesiedlung geht dieser protektive Effekt verloren. Bacteroidetes-Bakterien sind die Hauptproduzenten von SCFA im Darm, heißt es in dem Review.

Prä- und Probiotika gegen Autoinflammation

Da die Ernährung über die Darmbakterien und deren Metabolite einen so großen Einfluss auf die Entstehung von inflammatorischen und Autoimmunerkrankungen hat, kann dieser Weg auch therapeutisch genutzt werden, entweder über die Aufnahme von Ballaststoffen, von Probiotika oder direkt von kurzkettigen Fettsäuren. Dass dieser Ansatz – zumindest im Tierversuch – tatsächlich funktioniert, konnte die gleiche Arbeitsgruppe aus Melbourne nun für Typ-1-Diabetes zeigen.

Um zu testen, ob SCFA das Immunsystem so beeinflussen können, dass sie vor Typ-1-Diabetes schützen, entwickelte sie eine spezielle Nahrung aus resistenter Maisstärke. Diese ist entweder acetyliert oder butyriliert und setzt bei der Fermentation im Colon große Mengen SCFA frei. Damit fütterten die Forscher fünf Wochen lang junge NOD-Mäuse, die normalerweise innerhalb von wenigen Wochen Typ-1-Diabetes entwickeln. Beide Spezialnahrungen hatten einen gewissen Schutzeffekt, berichten die Forscher im Fachjournal »Nature Immunology« (DOI: 10.1038/ni.3713). Von den Tieren, die sowohl acetylierte als auch butyrilierte Maisstärke erhalten hatten, erkrankte kein einziges.

Die Autoren gehen davon aus, dass Acetat und Butyrat über verschiedene Mechanismen wirken. Denn in weiteren Untersuchungen zeigte sich, dass Acetat die Zahl der autoreaktiven T-Zellen senkte; Butyrat dagegen erhöhte die Zahl und verbesserte die Funktion der T_reg. Wurden beide Stärkesorten verabreicht, verbesserte dies zudem die Integrität der Schleimhautbarriere und senkte die Konzentration diabetogener Zytokine wie Interleukin 21. Die Forscher sind der Ansicht, dass solche Acetat und Butyrat freisetzende Spezialnahrungsmittel auch bei Menschen eine effektive Methode sein könnten, um Typ-1-Diabetes zu verhindern, und wollen als nächsten Schritt klinische Studien starten.

Propionsäure bei MS

Auch bei anderen Erkrankungen setzen Wissenschaftler auf den Einsatz von SCFA. So berichtete Professor Dr. Aiden Haghikia vom Universitätsklinikum der Ruhr-Universität Bochum vergangenes Jahr auf dem Neurologenkongress in Mannheim von einer ersten Proof-of-Concept-Studie mit Patienten mit Multipler Sklerose (MS). 80 MS-Patienten und 30 gesunde Kontrollen erhielten darin verkapselte Propionsäure in einer Dosierung von 1 g für 14 bis 60 Tage. Bereits nach 14 Tagen seien die T_reg-Zellzahlen deutlich angestiegen, sagte Haghikia. »Ich könnte mir vorstellen, dass in Zukunft zusätzlich zur medikamentösen Therapie auch eine gesündere Ernährung und eventuell die Sup­plementierung von kurzkettigen Fettsäuren bei Multipler Sklerose zum Einsatz kommen könnte.« /