Wissenschaftlern von Scripps Research ist ein Durchbruch gelungen, der den Weg für neue Behandlungen zur Gewichtsreduktion und Stoffwechselgesundheit ebnen könnte. Wenn Säugetiere kalten Temperaturen ausgesetzt sind, verbrauchen sie instinktiv mehr Energie, um eine stabile Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Dieser Anstieg des Energieverbrauchs führt zu einem gesteigerten Appetit und einer erhöhten Nahrungsaufnahme, die spezifischen Mechanismen, die dieses Phänomen steuern, sind jedoch unbekannt.
Neurowissenschaftler am Scripps Research Institute haben nun den Schaltkreis im Gehirn identifiziert, der bei kalten Temperaturen für gesteigerten Appetit sorgt.
In der neuen Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, identifizierten Forscher eine Gruppe von Neuronen, die als „Schalter“ für dieses kältebedingte Futtersuchverhalten bei Mäusen dienen. Die Entdeckung könnte zu möglichen Behandlungen für die Stoffwechselgesundheit und die Gewichtsabnahme führen.
„Dies ist ein grundlegender Anpassungsmechanismus bei Säugetieren, und zukünftige Behandlungen, die auf diesen Mechanismus abzielen, könnten die metabolischen Vorteile von Kälte oder anderen Formen der Fettverbrennung verstärken“, sagte Dr. Li Ye, leitender Autor und außerordentlicher Professor der Studie und Abid-Vivid-Professor für Chemie und chemische Biologie bei Scripps Research. Der Erstautor der Studie ist Neeraj Lal, Ph.D., ein Postdoktorand in Yes Labor.
Da die Einwirkung von Kälte den Energieaufwand zum Warmhalten erhöht, wurden das Eintauchen in kaltes Wasser und andere Formen der „Kältetherapie“ als Möglichkeiten zum Abnehmen und zur Verbesserung der Stoffwechselgesundheit untersucht. Ein Nachteil der Kältetherapie besteht darin, dass der Mensch seine Reaktion auf Kälte nicht zum Zwecke der Gewichtsabnahme entwickelt hat (ein Effekt, der in vormodernen Zeiten häufiger Nahrungsmittelknappheit tödlich gewesen sein könnte). Ebenso wie Diät und Bewegung kann Kälte den Appetit steigern und den Ergebnissen einer Gewichtsabnahme entgegenwirken. In dieser Studie versuchten Ye und sein Team, die Schaltkreise im Gehirn zu identifizieren, die diese durch Kälte verursachte Appetitsteigerung vermitteln.
Eines der ersten Dinge, die sie beobachteten, war, dass die Mäuse mit dem Einsetzen kalter Temperaturen (von 73 Grad Fahrenheit auf 39 Grad Fahrenheit) ihre Nahrungssuche erst nach einer Verzögerung von etwa sechs Stunden verstärkten, was darauf hindeutet, dass diese Verhaltensänderung nicht einfach eine direkte Folge des Kälteempfindens war.
Mithilfe von Ganzhirn-Clearing- und Lichtblattmikroskopie-Techniken verglichen die Forscher die Aktivität von Neuronen im gesamten Gehirn unter kalten und warmen Bedingungen. Bald entdeckten sie ein Schlüsselphänomen: Während die meisten Neuronen im gesamten Gehirn bei Kälte eine viel geringere Aktivität aufwiesen, waren einige Neuronen in einer Region namens Thalamus stärker aktiviert.
Letztendlich konzentrierte sich das Team auf eine bestimmte Population von Neuronen, den Mittellinien-Xiphoidkern des Thalamus, und zeigte, dass die Aktivität dieser Neuronen unter kalten Bedingungen ansteigt, bevor die Mäuse aus dem kältebedingten Winterschlaf auftauchen, um nach Nahrung zu suchen. Der Anstieg der Aktivität im Xiphoidkern war größer, wenn zu Beginn der Kälte weniger Nahrung zur Verfügung stand – was darauf hindeutet, dass diese Neuronen eher auf das durch die Kälte verursachte Energiedefizit als auf die Kälte selbst reagierten.
Als die Forscher diese Neuronen künstlich aktivierten, steigerten die Mäuse die Nahrungssuche, andere Aktivitäten jedoch nicht. Als das Team die Aktivität dieser Neuronen hemmte, verringerte sich auch das Nahrungssuchverhalten der Mäuse. Diese Effekte treten nur bei Kälte auf, sodass niedrige Temperaturen ein separates Signal darstellen, das auch mit Appetitveränderungen einhergehen muss.
In einer abschließenden Reihe von Experimenten stellte das Team fest, dass diese Xiphoidkerne in eine Gehirnregion namens Akulomb-Kern projizieren – ein Bereich, der seit langem dafür bekannt ist, Belohnungs- und Abneigungssignale zu integrieren, um Verhalten, einschließlich Essen, zu steuern.
Diese Ergebnisse könnten letztendlich klinische Auswirkungen haben, sagte Ye, da sie darauf hindeuten, dass es möglich sein könnte, die durch Kälte verursachte Appetitsteigerung zu blockieren, wodurch eine relativ einfache Kälteexpositionstherapie die Gewichtsabnahme wirksamer fördern könnte.
„Eines unserer Hauptziele besteht nun darin, herauszufinden, wie wir gesteigerten Appetit von erhöhtem Energieverbrauch trennen können“, sagte er. „Wir wollen auch herausfinden, ob dieser durch Kälte verursachte Appetitanstieg Teil eines umfassenderen Mechanismus ist, den der Körper nutzt, um zusätzlichen Energieaufwand, beispielsweise nach dem Training, auszugleichen.“