Könnte dieser Mechanismus erklären, warum schlaflose Nächte die Darmgesundheit beeinträchtigen?
Darmentzündungen und andere Erkrankungen, an denen das Immunsystem beteiligt ist, treten häufiger bei Menschen mit unregelmäßigen Schlafmustern auf, einschließlich Menschen, die in Nachtschichten arbeiten. Neue Forschungen an Mäusen haben nun einen bisher unbekannten Mechanismus aufgedeckt, der zur Erklärung des Zusammenhangs beitragen könnte.
Der Mechanismus betrifft angeborene lymphoide Zellen der Gruppe 3 (ILC3s). Diese Immunzellen spielen eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Stoffwechsels, der Entzündung und anderer biologischer Prozesse.
In einem neueren Natur In diesem Artikel erklären die Wissenschaftler, wie sie Mäuse verwendeten, um die Rolle von ILC3 im Darm besser zu verstehen.
"Diese Zellen", sagt der leitende Studienautor Henrique Veiga-Fernandes, Ph.D., "erfüllen wichtige Funktionen im Darm - sie bekämpfen Infektionen, kontrollieren die Integrität des Darmepithels und weisen die Lipidabsorption an."
Veiga-Fernandes arbeitet im Champalimaud-Zentrum für Unbekannte in Lissabon, Portugal. Er leitet eine Gruppe, die die Kommunikation auf zellulärer Ebene zwischen dem Nervensystem und dem Immunsystem untersucht.
Schlafmuster-, Gesundheits- und Uhrgene
"Schlafentzug oder veränderte Schlafgewohnheiten können dramatische gesundheitliche Folgen haben, was zu einer Reihe von Krankheiten führt, die häufig eine Immunkomponente haben, wie z. B. entzündliche Darmerkrankungen", erklärt Veiga-Fernandes.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Menschen, die im Schichtdienst arbeiten, mit größerer Wahrscheinlichkeit bestimmte langfristige Gesundheitsprobleme entwickeln.
Diejenigen, die lange Zeit in der Nachtschicht arbeiten, haben beispielsweise ein höheres Risiko für Erkrankungen wie Geschwüre, einige Krebsarten, Stoffwechselerkrankungen, Fettleibigkeit und Magen-Darm-Erkrankungen.
"Um zu verstehen, warum dies passiert", fährt Veiga-Fernandes fort, "haben wir zunächst gefragt, ob Immunzellen im Darm von der circadianen Uhr beeinflusst werden."
Er und seine Kollegen fanden heraus, dass ILC3s besonders empfindlich auf Veränderungen ihrer Clock-Gene reagieren, die Gene, die rhythmische Zellprozesse steuern.
Sie entdeckten auch einen Schaltkreis, der die zirkadiane oder 24-Stunden-Uhr im Gehirn mit ILC3s im Darm verbindet.
Es scheint, dass Störungen dieser Schaltung, die Änderungen im Umgebungslicht wahrnimmt, die ILC3-Taktgene verändern können. Diese genetischen Veränderungen können die Fähigkeit der Immunzellen beeinträchtigen, die Darmgesundheit zu regulieren.
Das Team demonstrierte diesen Effekt, indem es die 24-Stunden-Uhr im Gehirn der Mäuse störte.
Die Autoren schreiben, dass "die chirurgisch oder genetisch induzierte Deregulierung der Hirnrhythmik zu gestörten zirkadianen ILC3-Oszillationen, einem deregulierten Mikrobiom und einem veränderten Lipidstoffwechsel führte".
Eine Unterbrechung der Gehirnuhr reduziert die Darm-ILC3
Fast alle Zellen im Körper haben Uhrengene, die ihnen helfen, einem 24-Stunden-Zyklus zu folgen.
Uhrgene sagen der Zellmaschinerie, wie spät es ist, damit sich die Biologie des Körpers auf zyklusempfindliche Aktivitäten wie Essen oder Schlafen vorbereiten kann.
Während die Uhrgene jeder Zelle die Zeit unabhängig halten können, verlassen sie sich auf die Hauptuhr im Gehirn, um sie synchron zu halten.
Da die Uhrschaltung des Gehirns empfindlich gegenüber externem Licht ist, hilft die Verbindung mit Uhrgenen im Rest des Körpers, die Körperfunktionen mit Tag- und Nachtzyklen synchron zu halten.
Das Team stellte fest, dass die Störung der Clock-Gene der ILC3 ihre Präsenz im Darm drastisch reduzierte.
"Dies führte zu schweren Entzündungen, einer Verletzung der Darmbarriere und einer erhöhten Fettansammlung", bemerkt Veiga-Fernandes.
Die gestörte Gehirnuhr löscht den Zielcode
Weitere Untersuchungen ergaben den Grund für den dramatischen Rückgang der ILC3 im Darm. Es scheint, dass eine Störung des zirkadianen Kreislaufs des Gehirns ein wichtiges Signal daran hindert, die ILC3-Clock-Gene zu erreichen.
Der Verlust des Signals wirkt sich auf ein Protein aus, das den transienten ILC3-Zellen mitteilt, wohin sie migrieren sollen. Das Protein funktioniert wie eine Postleitzahl eines Ziels in einem Navigationsgerät und kann ohne das Signal des zirkadianen Schaltkreises des Gehirns die Postleitzahl nicht einrichten.
Veiga-Fernandes sagt, dass er und sein Team von diesen Ergebnissen sehr begeistert sind, da sie erklären, warum Menschen, die nachts aktiv sind, mit größerer Wahrscheinlichkeit eine schlechtere Darmgesundheit haben und an entzündlichen Erkrankungen leiden.
Er schlägt vor, dass sich der Körper so entwickelt hat, dass bei Tageslicht, wenn die Fütterung vorherrscht, die zirkadiane Uhr im Gehirn ILC3s anweist, den Darm zu verlassen. Dies reduziert die ILC3-Aktivität im Darm, was den Lipidstoffwechsel ankurbelt.
Eine Verringerung der ILC3-Aktivität macht den Darm jedoch auch anfällig für Schäden. Nachts, wenn die Fütterung nicht vorherrscht, weist die Uhr des Gehirns die ILC3 an, in den Darm zurückzukehren und Verteidigungs- und Reparaturaufgaben auszuführen.
"Es hat alles damit zu tun, dass diese spezifische Neuroimmunachse durch die Uhr des Gehirns so gut reguliert wird, dass jede Änderung unserer Gewohnheiten unmittelbare Auswirkungen auf diese wichtigen, alten Immunzellen hat."
Henrique Veiga-Fernandes, Ph.D.
