Wissenschaftler entdecken eine verborgene Veränderung im Gehirn, die etwa im Alter von 50 Jahren einsetzt

Eine von den National Institutes of Health (NIH) finanzierte Studie hat eine bedeutende Veränderung im Immunmilieu des Hippocampus aufgedeckt, jenem Teil des Gehirns, der eine zentrale Rolle beim Lernen und Gedächtnis spielt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Umgestaltung des Immunsystems bereits in der Lebensmitte beginnt und möglicherweise dazu beitragen könnte, zu erklären, wie Altern zu den lang anhaltenden Entzündungen im Gehirn beiträgt, die häufig bei neurodegenerativen Erkrankungen zu beobachten sind. „Das Altern ist der mit Abstand größte Risikofaktor für Demenz, doch unser Verständnis darüber, wie es die Erkrankung vorantreibt, ist noch unvollständig“, sagte Dr. Richard Hodes, Direktor des National Institute on Aging (NIA) der NIH. „Diese bisher verborgene Veränderung der Mikroglia, die nun dank innovativer Technologien und neuer Denkansätze aufgedeckt wurde, könnte ein wichtiger Anhaltspunkt sein, der uns hilft, das Puzzle zu vervollständigen.“

Immunzellen im Gehirn beginnen sich in der Lebensmitte zu verändern

Forscher der University of California, San Diego, des New York Genome Center und der University of California, Irvine untersuchten mithilfe modernster Einzelzellmethoden postmortales Hippocampusgewebe von 40 neurologisch gesunden Erwachsenen im Alter zwischen 20 und 95 Jahren. Ihre Analyse ergab, dass Mikroglia, die wichtigsten Immunzellen des Gehirns, im Alter zwischen etwa 50 und 75 Jahren allmählich abnehmen. Gleichzeitig scheinen sie durch Zellen ersetzt zu werden, die stärkere Entzündungssignale aussenden und andere Merkmale aufweisen, die denen von Immunzellen ähneln, die aus dem peripheren Blut stammen. Diese Entdeckung stellt eine seit langem bestehende Annahme über Mikroglia in Frage. Diese Zellen entwickeln sich erstmals während des Embryonalwachstums, und Wissenschaftler gingen allgemein davon aus, dass sie im Gehirn verbleiben und sich während des gesamten Lebens eines Menschen kontinuierlich erneuern.

Um die Auswirkungen des Alterns auf das menschliche Gehirn außerordentlich detailliert zu untersuchen, kombinierte das Team Standardmessungen der Genaktivität mit neueren Methoden, die die 3D-Struktur des Genoms und dessen chemische Modifikationen – das sogenannte Epigenom – kartieren. „Die Genexpression sagt uns, was eine Zelle heute tut, aber epigenetische Signaturen bewahren Informationen darüber, woher eine Zelle stammt“, sagte Erstautor Dr. Nathan Zemke, Leiter der Einzelzell-Genomik am Center for Epigenomics der UC San Diego. „Durch die Kombination dieser Ansätze haben wir eine bedeutende Veränderung in der Identität und Abstammungslinie von Immunzellen im alternden menschlichen Gehirn aufgedeckt, die sich allein anhand von Genexpressionsdaten nicht hätte erkennen lassen.“ Diese kombinierten Methoden ermöglichten es den Forschern, Veränderungen in der Identität und Herkunft der Immunzellen zu identifizieren, die verborgen geblieben wären, hätten sie lediglich die Genaktivität untersucht.

Das Altern wirkt sich auch auf die Blut-Hirn-Schranke aus

Zukünftige Forschungsarbeiten werden untersuchen, warum residente Mikroglia mit zunehmendem Alter verloren gehen und ob der neu identifizierte Übergang der Immunzellen direkt zur Alzheimer-Krankheit und anderen mit dem Altern verbundenen neurologischen Erkrankungen beiträgt. „Das Verständnis dieser zellulären Übergänge könnte neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Interventionen eröffnen, die die Gehirnfunktion erhalten und die Anfälligkeit für neurodegenerative Erkrankungen verringern“, sagte Dr. Xiangmin Xu, Professor und Direktor des Center for Neural Circuit Mapping an der UC Irvine sowie korrespondierender Autor der Studie.

Fast die Hälfte aller Demenzfälle könnte mit Risiken zusammenhängen, die beeinflussbar sind

Aber auch die Lebensweise kann eine erhebliche Rolle spielen. Eine Langzeitstudie der Lund Universität zum Gehirn ergab, dass häufige Risikofaktoren wie Rauchen, Bluthochdruck, Herzerkrankungen und erhöhte Blutfettwerte in engem Zusammenhang mit den bei vaskulärer Demenz auftretenden Schädigungen stehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein gesünderer Lebensstil dazu beitragen könnte, das Auftreten einer Demenz hinauszuzögern, indem mehrere schädliche Veränderungen im Gehirn gleichzeitig reduziert werden.

An der Studie nahmen fast 500 Teilnehmer teil, die ein Durchschnittsalter von 65 Jahren hatten und keine Anzeichen einer kognitiven Beeinträchtigung zeigten. Die Forscher begleiteten sie über vier Jahre hinweg und maßen dabei Veränderungen in der weißen Substanz des Gehirns, also den Nervenfasern, die bei vaskulärer Demenz häufig geschädigt werden. Das Team überwachte zudem die Konzentrationen von Amyloid-β und Tau, zwei Proteinen, die mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung stehen. Ihr Ziel war es, festzustellen, inwiefern sowohl veränderbare als auch nicht veränderbare Risikofaktoren mit den Veränderungen im Gehirn im Laufe der Zeit zusammenhingen.

Gefäßrisiken stehen mit Schäden an der weißen Substanz in Verbindung

Die Forscher haben festgestellt, dass die meisten modifizierbaren Risikofaktoren – unter anderem Rauchen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, erhöhte Blutfettwerte und Bluthochdruck – mit Schäden an den Blutgefäßen des Gehirns und einer schnelleren Zunahme sogenannter Veränderungen der weißen Substanz verbunden waren. Diese Schädigungen beeinträchtigen die Funktion der Blutgefäße und führen zu vaskulären Hirnschäden – und können letztendlich zu vaskulärer Demenz führen“, sagte Isabelle Glans, Doktorandin an der Universität Lund und Assistenzärztin für Neurologie am Universitätsklinikum Skåne.

Die Forscher identifizierten zudem mögliche Zusammenhänge zwischen bestimmten Risikofaktoren und den an der Alzheimer-Krankheit beteiligten Proteinen. Diabetes ging mit einer erhöhten Anreicherung von Amyloid-β einher, während bei Menschen mit einem niedrigeren BMI eine schnellere Anreicherung von Tau zu beobachten war. Diese Ergebnisse müssen jedoch in zukünftigen Studien weiter untersucht und validiert werden.

Gesunde Lebensgewohnheiten können verschiedene Arten von Schäden verringern

Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es sein kann, beeinflussbare Risikofaktoren bereits in der Lebensmitte zu reduzieren. Regelmäßige körperliche Bewegung – zum Beispiel zügiges Gehen, Radfahren, Schwimmen oder Krafttraining – stärkt das Herz-Kreislauf-System und kann dabei helfen, Blutdruck, Blutzucker und Blutfettwerte günstig zu beeinflussen.