Bedeutung des intestinalen Mikrobioms für die Aufrechterhaltung der thermogenen Aktivität des braunen Fettgewebes

Abstract

Über die letzten Jahrzehnte wird ein anhaltender Anstieg von Übergewicht und Fettleibigkeit in der Bevölkerung beobachtet. Dies führt zwangsläufig auch zu einem drastischen Anstieg der Prävalenz von mit Fettleibigkeit assoziierten metabolischen Erkrankungen, wie beispielsweise Diabetes mellitus Typ 2, arterieller Hypertonie und Dyslipidämie. Diese Erkrankungen werden, wenn sie gemeinsam mit einer abdominellen Fettleibigkeit auftreten unter dem Begriff Metabolisches Syndrom zusammengefasst. Ursächlich für diese Entwicklung ist dabei neben genetischen Faktoren im Wesentlichen das allgegenwärtige, hochkalorische Nahrungsangebot gepaart mit einem ausgeprägten Bewegungsmangel, was letztlich in einer positiven Kalorienbilanz und einer ektopen Speicherung der überflüssigen Energie in Form von Fett resultiert. Dies macht deutlich, dass zukünftig neue Strategien im Kampf gegen Übergewicht und dem damit assoziierten Metabolischen Syndrom benötigt werden. Das braune Fettgewebe steht aktuell besonders im Fokus dieser Suche nach neuen Behandlungsstrategien. Braunes Fettgewebe ist in der Lage Energie in Form von Lipiden direkt zur Produktion von Wärme zu nutzen und dadurch den Energieverbrauch des Organismus zu steigern; ein Prozess der als zitterfreie Thermogenese bezeichnet wird. Zahlreiche Studien konnten zudem zeigen, dass das intestinale Mikrobiom in der Entwicklung und Aufrechterhaltung von Übergewicht und dem metabolischen Syndrom eine wichtige Rolle spielen könnte. In dieser Arbeit sollten daher im Tierversuch mit C57BL/6J-Mäusen mögliche Interaktionen zwischen dem braunen Fettgewebe und dem intestinalen Mikrobiom untersucht werden. Im ersten Teil ging es um die Auswirkungen der Eradikation des intestinalen Mikrobioms durch Antibiotika auf die thermogene Aktivität des braunen Fettgewebes. Die Analyse des intestinalen Mikrobioms, der Gallensäuren und der BSH-Aktivität in den Fäzes zeigten, dass die Aktivierung des braunen Fettgewebes zu Veränderungen im intestinalen Mikrobiom führte und dass die Eradikation des intestinalen Mikrobioms durch Antibiotika erfolgreich war. Die Ergebnisse zur BSH-Aktivität konnten vor kurzem publiziert werden (Worthmann et al. 2017). Mittels Messung des Körpergewichts, der Nahrungsaufnahme und der Genexpression konnten keine signifikanten Effekte auf die thermogene Aktivität des braunen Fettgewebes nachgewiesen werden. Im zweiten Teil sollte die Möglichkeit einer Übertragung der thermogenen Aktivität des braunen Fettgewebes durch Fäzes-Transplantation untersucht werden. Es gelang dabei, trotz erfolgreicher Ergebnisse anderer Studien, kein eindeutiger Nachweis, dass die Übertragung der thermogenen Aktivität des braunen Fettgewebes bzw. der daraus resultierenden positiven Effekte auf den Metabolismus, mittels Transfer des intestinalen Mikrobioms erfolgreich war. Dennoch dienen die im Zuge dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse als Grundlage für weitere Studien, die sich mit den vielfältigen Interaktionen zwischen dem braunem Fettgewebe und dem intestinalen Mikrobiom beschäftigen.

Over the last decades the prevalence of obesity and its comorbidities such as type 2 diabetes, hypertension and dyslipidemia has been rising. Next to genetic factors, the surplus of high-caloric food and our sedentary lifestyle fuel this alarming development. To counteract this global health burden new therapeutic strategies are required. A promising target is the brown adipose tissue as it is capable of combusting high amounts of energy in order to generate heat. An additionally attractive target is the gut microbiome as several studies have shown its impact on the development of obesity and insulin resistance. Aim of this study was to investigate the interactions of brown adipose tissue and the gut microbiome. The first part of this work focused on the influence of the eradication of the intestinal microbiome using antibiotics on the thermogenic activity of the brown adipose tissue. The analysis of the intestinal microbiome, the bile acids and the BSH-activity in feces, indicated that the activation of brown adipose tissue led to changes in the intestinal microbiome and that the eradication of the intestinal microbiota using antibiotics was successful. The results of the BSH-activity have recently been published (Worthmann et al. 2017). In contrast by measurement of bodyweight, food intake and gene expression there were no implications on the thermogenic activity of the brown adipose tissue. Aim of the second part was to investigate the possibility to transfer the thermogenic activity of the brown adipose tissue via feces transplantation. Despite positive results from other studies, upon transplantation no alterations were observed concerning bodyweight, glucose and lipid handling. Nevertheless, the gained insights serve as basis for further studies regarding the complex interactions between the brown adipose tissue and the intestinal microbiome.