Ein Fisch, der innerhalb von Monaten altert, zeigt, wie Nieren altern

Eine neue Studie, die in Kidney International veröffentlicht wurde, berichtet, dass eine Klasse von Medikamenten namens SGLT2-Hemmer dazu beitrug, altersbedingte Schäden an der Nierenstruktur und -funktion beim afrikanischen Türkiskillifisch zu verhindern. Dieses kleine Wirbeltier durchläuft seinen gesamten Lebenszyklus in nur wenigen Monaten und ist damit ein einzigartiges Modell für die Erforschung des Alterns.

Die Ergebnisse geben Aufschluss über die biologischen Prozesse, die hinter dem Schutz der Nieren und des Herzens durch diese Medikamente beim Menschen stehen – Effekte, die über ihren ursprünglichen Zweck der Senkung des Blutzuckerspiegels hinausgehen. Die Forschung positioniert den afrikanischen Türkiskillifisch auch als wertvolles neues Instrument, um zu erforschen, wie sich Organe mit zunehmendem Alter verändern, und um schnell Behandlungen zu testen, die dazu beitragen könnten, die Gesundheit der Organe im späteren Leben zu erhalten.

Ein Fisch, der Jahrzehnte des Alterns in wenigen Monaten durchläuft

Der afrikanische Türkis-Killifisch (Nothobranchius furzeri) ist ein kleiner Süßwasserfisch aus dem südöstlichen Afrika, der vor allem in Mosambik und Simbabwe vorkommt. Er gehört zu den am schnellsten alternden Wirbeltieren, die bekannt sind, er lebt nur vier bis sechs Monate. Charakteristisch ist sein auffälliges Aussehen: Die Männchen zeigen eine intensive türkis-blaue Färbung mit roten Zeichnungen an Flossen und Körper, während die Weibchen deutlich unscheinbarer und eher bräunlich-grau gefärbt sind. Ausgewachsene Tiere erreichen eine Länge von etwa fünf bis sechs Zentimetern. Der Körperbau ist kompakt, die Flossen sind relativ groß und rundlich. In dieser Studie fand ein internationales Team von 13 Wissenschaftlern des MDI Biological Laboratory, der Medizinischen Hochschule Hannover und des Colby College heraus, dass der Fisch im Laufe der Zeit Veränderungen an den Nieren entwickelt, die jenen in alternden menschlichen Nieren sehr ähnlich sind.

Ein weit verbreitetes Medikament aus einem neuen Blickwinkel untersucht

Nachdem die Killifische als zuverlässiges Alterungsmodell etabliert waren, richteten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf Natrium-Glukose-Cotransporter-2 (SGLT2)-Hemmer. Diese Medikamente werden häufig zur Behandlung von diabetesbedingten Herzerkrankungen und chronischen Nierenerkrankungen verschrieben.

„Es ist bereits bekannt, dass diese Medikamente das Herz und die Nieren von Patienten mit und ohne Diabetes schützen“, sagte Dr. Hermann Haller, leitender Autor der Studie und Präsident des MDI Biological Laboratory. „Weniger klar war bisher, wie sie das tun.“

Die Studie zeigte, dass mit SGLT2-Hemmern behandelte Fische mit zunehmendem Alter gesündere Nieren behielten. Ihre Nieren behielten ein dichteres Kapillarnetzwerk, stärkere Filtrationsbarrieren und eine stabilere Energieproduktion in den Zellen. Die Behandlung trug auch dazu bei, die Kommunikation zwischen verschiedenen Arten von Nierenzellen aufrechtzuerhalten und altersbedingte Entzündungsaktivitäten auf genetischer Ebene zu reduzieren.

„Zusammen bieten diese vorgelagerten Effekte eine biologische Erklärung für klinische Beobachtungen, dass die Vorteile von SGLT2-Hemmern oft über das hinausgehen, was allein von der Glukosekontrolle zu erwarten wäre“, sagte Haller. „Sie helfen zu erklären, warum diese Medikamente bei verschiedenen Patientengruppen durchweg Nieren- und Herz-Kreislauf-Ereignisse reduzieren.“

Erhaltung von Blutgefäßen und Zellenergie in den Nieren

Bei unbehandelten Fischen war eines der auffälligsten Anzeichen für eine Nierenfunktionsschwäche der allmähliche Verlust von Kapillaren, ein Prozess, der als Gefäßverarmung bekannt ist. Als diese kleinen Blutgefäße verschwanden, stellten die Nierenzellen ihre effiziente, auf Mitochondrien basierende Energieproduktion ein und stützten sich stärker auf weniger effektive Ersatzsysteme.

Fische, denen SGLT2-Hemmer verabreicht wurden, zeigten ein ganz anderes Muster. Ihre Nieren behielten ein gesünderes Kapillarnetzwerk und wiesen eine Genaktivität auf, die eher der jüngerer Tiere entsprach. Diese sogenannten „jugendlichen Transkriptionsprofile” standen in Zusammenhang mit einem besseren Energiestoffwechsel und geringeren Entzündungswerten.

Beschleunigung der Alterungsforschung mit Relevanz für den Menschen

Die Erstautorin der Studie, Dr. med. Anastasia Paulmann, war zuvor als Postdoktorandin am MDI Bio Lab tätig und hat außerdem eine klinische Position an der Medizinischen Hochschule Hannover inne. Sie gründete und pflegte die Killifischkolonie im Kathryn W. Davis Center for Regenerative Biology and Aging des Labors. Laut Paulmann bietet das Modell eine leistungsstarke Möglichkeit, die Alterungsforschung zu beschleunigen und gleichzeitig einen engen Bezug zur menschlichen Gesundheit aufrechtzuerhalten.

„Es war beeindruckend, diese Effekte in einem Modell für schnelle Alterung wie unserem Killifisch so deutlich zu sehen”, sagte Paulmann. „Am meisten beeindruckte mich, wie ein scheinbar einfaches Medikament so viele miteinander verbundene Systeme innerhalb der Niere beeinflusst – von den Blutgefäßen und dem Energiestoffwechsel bis hin zu Entzündungen und der Gesamtfunktion.”

Indem es Jahrzehnte der Nierenalterung auf wenige Monate verkürzt, bietet das Modell eine praktische Möglichkeit, zu bewerten, wie sich bestehende und experimentelle Behandlungen im Laufe der Zeit auf die Widerstandsfähigkeit der Organe auswirken. Dieser Ansatz kann Forschern helfen, die vielversprechendsten Therapien zu identifizieren, bevor sie in klinische Studien am Menschen übergehen.

Das Team plant Folgestudien, um festzustellen, ob SGLT2-Hemmer zur Reparatur von Nierengewebe beitragen können, nachdem bereits altersbedingte Schäden aufgetreten sind. Außerdem wollen sie untersuchen, wie der Zeitpunkt und die Dauer der Behandlung die langfristigen Ergebnisse beeinflussen. Diese zukünftigen Arbeiten werden durch erweiterte und renovierte Laboreinrichtungen im MDI Bio Lab unterstützt, die Teil der MDI Bioscience-Initiative der Einrichtung sind, deren Schwerpunkt darauf liegt, grundlegende wissenschaftliche Entdeckungen in Strategien zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit umzusetzen.