Weniger essen, länger leben

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Salk-Wissenschaftler zeigen, wie eine Kalorienrestriktion negative Auswirkungen der Zellalterung verhindert

LA JOLLA – Wenn Sie Entzündungen im gesamten Körper reduzieren, das Auftreten altersbedingter Krankheiten verzögern und länger leben möchten, essen Sie weniger. Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie von Wissenschaftlern aus den USA und China, die den bisher detailliertesten Bericht über die zellulären Auswirkungen einer kalorienreduzierten Ernährung bei Ratten liefert. Während die Vorteile einer Kalorienrestriktion seit langem bekannt sind, zeigen die neuen Ergebnisse, wie diese Einschränkung vor dem Altern in zellulären Signalwegen schützen kann, wie in ausführlich beschrieben Zelle Februar 27, 2020.

„Wir wussten bereits, dass Kalorienrestriktion die Lebenserwartung verlängert, aber jetzt haben wir alle Veränderungen gezeigt, die auf Einzelzellebene auftreten und die dies verursachen“, sagt er Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Mitautor der neuen Arbeit, Professor am Gene Expression Laboratory von Salk und Inhaber des Roger Guillemin Chair. „Dies gibt uns Ziele, auf die wir möglicherweise mit Medikamenten zur Behandlung des Alterns beim Menschen einwirken können.“

Altern ist der höchste Risikofaktor für viele menschliche Krankheiten, darunter Krebs, Demenz, Diabetes und das metabolische Syndrom. In Tiermodellen hat sich gezeigt, dass eine Kalorienrestriktion eine der wirksamsten Maßnahmen gegen diese altersbedingten Krankheiten ist. Und obwohl Forscher wissen, dass einzelne Zellen mit zunehmendem Alter eines Organismus viele Veränderungen erfahren, wissen sie nicht, wie eine Kalorienrestriktion diese Veränderungen beeinflussen könnte.

In der neuen Arbeit verglichen Belmonte und seine Mitarbeiter – darunter drei Absolventen seines Salk-Labors, die jetzt Professoren sind und ihre eigenen Forschungsprogramme in China durchführen – Ratten, die 30 Prozent weniger Kalorien zu sich nahmen, mit Ratten, die sich normal ernährten. Die Ernährung der Tiere wurde im Alter von 18 bis 27 Monaten kontrolliert. (Beim Menschen würde dies in etwa einer Person entsprechen, die im Alter von 50 bis 70 Jahren eine kalorienreduzierte Diät einhält.)

Sowohl zu Beginn als auch am Ende der Diät isolierte und analysierte Belmontes Team insgesamt 168,703 Zellen aus 40 Zelltypen der 56 Ratten. Die Zellen stammten aus Fettgewebe, Leber, Niere, Aorta, Haut, Knochenmark, Gehirn und Muskeln. In jeder isolierten Zelle verwendeten die Forscher die Technologie der Einzelzell-Gensequenzierung, um die Aktivitätsniveaus der Gene zu messen. Sie untersuchten auch die Gesamtzusammensetzung der Zelltypen in einem bestimmten Gewebe. Anschließend verglichen sie alte und junge Mäuse bei jeder Diät.

Viele der Veränderungen, die auftraten, als Ratten mit normaler Ernährung älter wurden, traten bei Ratten mit eingeschränkter Ernährung nicht auf; Selbst im Alter ähnelten viele Gewebe und Zellen der gefütterten Tiere stark denen junger Ratten. Insgesamt waren 57 Prozent der altersbedingten Veränderungen in der Zellzusammensetzung, die im Gewebe von Ratten unter normaler Ernährung beobachtet wurden, bei Ratten unter kalorienreduzierter Ernährung nicht vorhanden.

„Dieser Ansatz verriet uns nicht nur, welche Auswirkungen eine Kalorienrestriktion auf diese Zelltypen hat, sondern lieferte auch die umfassendste und detaillierteste Studie darüber, was auf Einzelzellebene während des Alterns passiert“, sagt Co-Korrespondent Autor Guang-Hui Liu, a Professor an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Einige der Zellen und Gene, die am stärksten von der Ernährung betroffen sind, stehen im Zusammenhang mit Immunität, Entzündungen und Fettstoffwechsel. Die Anzahl der Immunzellen in fast allen untersuchten Geweben stieg mit zunehmendem Alter der Kontrollratten dramatisch an, wurde jedoch bei Ratten mit eingeschränkter Kalorienzufuhr nicht durch das Alter beeinflusst. In braunem Fettgewebe – einer Art von Fettgewebe – führte eine kalorienreduzierte Ernährung dazu, dass die Expressionsniveaus vieler entzündungshemmender Gene auf die bei jungen Tieren beobachteten zurückgingen.

„Die wichtigste Entdeckung der aktuellen Studie ist, dass die Zunahme der Entzündungsreaktion im Alter durch Kalorienrestriktion systematisch unterdrückt werden könnte“, sagt Mitautor Jing Qu, ebenfalls Professor an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Als sich die Forscher auf Transkriptionsfaktoren konzentrierten – im Wesentlichen Hauptschalter, die die Aktivität vieler anderer Gene umfassend verändern können –, die durch Kalorienrestriktion verändert wurden, stach einer hervor. Die Konzentration des Transkriptionsfaktors Ybx1 wurde durch die Ernährung in 23 verschiedenen Zelltypen verändert. Die Wissenschaftler glauben, dass Ybx1 ein altersbedingter Transkriptionsfaktor sein könnte und planen weitere Untersuchungen zu seinen Auswirkungen.

„Die Leute sagen: ‚Du bist, was du isst‘, und wir finden, dass das in vielerlei Hinsicht wahr ist“, sagt Concepcion Rodriguez Esteban, ein weiterer Autor des Papiers und wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Salk. „Der Zustand Ihrer Zellen im Alter hängt eindeutig von Ihren Interaktionen mit Ihrer Umgebung ab, zu denen auch gehört, was und wie viel Sie essen.“

Das Team versucht nun, diese Informationen zu nutzen, um Angriffspunkte für alternde Medikamente zu entdecken und Strategien zur Verlängerung der Lebens- und Gesundheitsspanne umzusetzen.

Weitere Forscher an der Studie waren Shuai Ma, Shuhui Sun, Lingling Geng, Moshi Song, Wei Wang, Yanxia Ye, Qianzhao Ji, Zhiran Zou, Si Wang und Qi Zhou von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften; Xiaojuan He, Wei Li, Piu Chan und Weiqi Zhang von der Xuanwu Hospital Capital Medical University; Xiao Long vom Peking Union Medical College Hospital; und Guoji Guo von der Medizinischen Fakultät der Universität Zhejiang.

Die Arbeit und die beteiligten Forscher wurden durch Zuschüsse des National Key Research and Development Program of China, des Strategic Priority Research Program der Chinese Academy of Sciences, der National Natural Science Foundation of China, der Beijing Natural Science Foundation und der Beijing Municipal Commission of Health unterstützt und Familienplanung, Advanced Innovation Center for Human Brain Protection, das State Key Laboratory of Membrane Biology, die Moxie Foundation und die Glenn Foundation.

DOI: DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.008