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Weniger essen, länger leben?

on 18. August 2014

Gemüse

 

1. Kalorienrestriktion und minderwertiges Protein
2. Sport als Anti-Aging Methode
3. Zusammenfassung
4. Quellenangaben

Kalorienrestriktion und minderwertiges Protein

Vielleicht hatten einige der Lesenden schon beim vorherigen Artikel die Idee, dass sich positive Effekte (z.B. Stresstoleranz und längere Lebensspanne) durch Fasten herbeiführen lassen könnten. Schliesslich integrieren mTOR wie auch DAF-2/IFG1R über verschiedene Wege Angaben zum körpereigenen Nährstoffhaushalt. Kalorienrestriktion (also die verminderte Aufnahme von Kalorien) wurde in unzähligen Tieren durchgeführt – von den üblichen Kandidaten Wurm1, Fliege2, Maus3 bis zu kleinen Primaten*. Die Ergebnisse zeigen: Tiere, die wenig essen, leben länger. Ob sich diese Daten ohne weiteres auf den Mensch übertragen lassen, ist offen. Die Mortalität von leicht Übergewichtigen unterscheidet sich – je nach Studie – kaum von schlanken Menschen. Ein Paradoxon, welches selbst versierten ErnährungswissenschaftlerInnen schlaflose Nächste bereitet und zu hitzigen Diskussionen führt4. Allerdings sind die Gene und ihre Interaktionen so stark konserviert, dass es überraschend wäre, wenn der Mensch eine Ausnahme bilden würde. Einige Studien deuten allerdings darauf hin, dass in Primaten möglicherweise nicht die Anzahl aufgenommener Kalorien ausschlaggebend ist. Stattdessen scheinen essentielle Aminosäuren wie Methionin wichtig zu sein. Eine Studie, welche die Konzentration des Hormons IGF1 (das an den Rezeptor IGF1R bindet) in menschlichen Blutproben bestimmte, stellte fest, dass Veganer niedrige Levels des Hormons hatten5. Pflanzliche Nahrung hat generell einen niedrigeren Gehalt an essentiellen Aminosäuren6. Wir erinnern uns an dieser Stelle: Geringe Aktivität des IGF1 spezifischen Hormonrezeptors (IGF1R) verlangsamt den Alterungsprozess. Menschen, die freiwillig Kalorienrestriktion (weniger als 2000 Kilokalorien pro Tag) betrieben, hatten erstaunlicherweise normale IGF1 Level. Dies stand im Gegensatz zu Experimenten im Mausmodell, wo Kalorienrestriktion zu einer Erniedrigung von IGF1 Levels geführt hatte7. Eine Erklärung ist, dass diese Menschen noch immer eine relativ hohe Proteinmenge konsumieren5. Einige Wissenschaftler sehen darin eine mögliche (!) Erklärung, wieso Veganer weniger oft an Krebs erkranken, weil eine hohe Konzentration von IGF1 direkt mit der Entstehung von verschiedenen Krebsarten assoziiert wird8,9.

Ist Kalorienrestriktion im Menschen also völliger Humbug? Eine Analyse von Muskelbiopsien von Freiwilligen, die ihren Kalorienkonsum stark einschränkten, zeigte ein verändertes Transkriptionsprofil. Unter anderem waren Gene hoch-reguliert, die mit erhöhter Stresstoleranz assoziiert sind. Das könnte eine Indikation sein, dass diese Menschen dennoch ihr Risiko, an altersbedingten Krankheiten zu erkranken, minimieren10. Möglicherweise findet dies nicht über die Regulation von IGF1 statt, sondern über parallel wirkende Signalwege.

Weitere Studien in Modellorganismen zeigen, dass Kalorienrestriktion ein nützliches Tool während Chemotherapien sein kann. Tumore wuchsen in Mäusen, die eine Strahlentherapie erhielten und gleichzeitig auf Diät waren, signifikant langsamer11. Diese Beobachtung hat nicht nur klinische Relevanz, sondern zeigt auch, dass die (In-)Aktivierung gewisser Netzwerke einen Schutz vor ausser Kontrolle geratenen Zellen bieten kann. Eine neue Studie zeigt ebenfalls auf, dass essentielle Stammzellenpools durch Fasten während der Therapie vor Beschädigung geschützt werden können12.

Zusätzlich implizieren Studien, dass Kalorienrestriktion im Mausmodell die Progression der Alzheimerkrankheit verzögert13. Auch Herzkrankheiten und Diabetes treten seltener auf14,15. Der genaue Mechanismus ist bei all diesen Studien allerdings nicht im Detail erklärt und könnte somit von gesteigerter mitochondrieller Leistung, Expression von Stressgenen, bis zu Autophagie reichen. Die hier kurz beschriebenen Studien (von denen noch unzählige weitere existieren) deuten vor allem auf eines hin: Die Forscher haben eine extrem simple Methode entdeckt, die möglicherweise vor einer Bandbreite moderner Zivilisationskrankheiten schützt beziehungsweise ihr Auftreten verzögern könnte.

Sport als Anti-Aging-Methode

Legen wir noch eine Schippe drauf: Auch Sport zielt in die gleiche Richtung wie Kalorienrestriktion. Hierbei müssen wir aber ein neues Gen einführen, nämlich die „Adenosinmonophosphat-abhängige Protein-Kinase“ (AMPK). Dieses Gen klingt an dieser Stelle schrecklich kompliziert, seine Funktion ist aber mit wenigen Sätzen erklärt: Adenosinmonophosphat (AMP) ist ein Molekül, das einer ‚entladenen‘ Batterie ähnelt. Steigt die Konzentration dieses Moleküls in der Zelle, wird AMPK aktiv und hängt Phosphatgruppen an andere Proteine, was ihre Funktion verändert. Wie wir natürlich bestens wissen, verbraucht Sport Energie. In einigen Geweben wird also AMPK aktiv und inhibiert unter anderem mTOR. Gleichzeitig wird dadurch Autophagie, also das zelleigene Recyclingprogramm, aktiv16. Verschiedene Studien behaupten, dass dieser molekulare Prozess so weitreichende Konsequenzen hat, dass es dem ganzen Organismus zugutekommt. Muskeln selbst können eine Vielzahl von verschiedenen stimulierenden Hormonen (Myokine) bilden, die systemische Effekte haben können17. Inwiefern Sport die Bildung von Myokinen fördert und wie diese Substanzen unter anderem die Entstehung von Krebs verhindern könnten, ist zur Zeit noch weitestgehend ungeklärt.

Die künstliche Aktivierung von AMPK durch ein Molekül namens AICAR wurde auch in Verbindung mit der Behandlung von Diabetes und Durchblutungsstörungen gebracht18. Derselbe Mechanismus schützt (überwinternde) Tiere auch vor progressivem Muskelverlust – ein ernsthaftes Problem für Senioren, die eine längere Bettruhe einhalten müssen19. Kliniker versuchen heute schon, diese Beobachtung in eine Therapie umzumünzen. Die Verabreichung von AICAR stellt hier einen möglichen Ansatzpunkt dar. Witziges Detail zu AICAR: Es wurde 2011 von der Welt-Anti-Doping-Agentur auf die Liste verbotener Substanzen gesetzt, weil es eben Sport simuliert und den Athleten einen Vorteil verschaffen könnte18.

Zusammenfassung

Kalorienrestriktion ist in der Forschung eine etablierte und robuste Methode um den Alterungsprozess von Modellorganismen zu verlangsamen und die durchschnittliche und maximale Lebensspanne zu erhöhen. Eine mögliche klinische Relevanz ist nicht von der Hand zu weisen. Die Signifikanz von Kalorienrestriktion im Menschen wird zurzeit noch heiss diskutiert. Daten deuten darauf hin, dass nicht die Kalorienmenge, sondern die Qualität des aufgenommenen Proteins ausschlaggebend ist. Das genaue Verständnis des Mechanismus könnte die Tür zu neuen Behandlungsmethoden eröffnen. Die oft komplexen Netzwerke würden verschiedene pharmakologische Interventionspunkte ermöglichen. Auch unser Verhalten spielt in Anbetracht der Ergebnisse der gezeigten Studie eine nicht zu vernachlässigbare Rolle. Möglicherweise können wir der Bürde, die wir von unseren Genen auferlegt bekommen haben, ganz einfach davonrennen…

Quellenangaben

[1] Walker, G., Houthoofd, K., Vanfleteren, J. R., & Gems, D. (2005). Dietary restriction in C. elegans: From rate-of-living effects to nutrient sensing pathwaysMechanisms of ageing and development126(9), 929-937.

[2] Mair, W., Piper, M. D., & Partridge, L. (2005). Calories do not explain extension of life span by dietary restriction in Drosophila. PLoS biology, 3(7), e223.

[3] Weindruch, R., Walford, R. L., Fligiel, S., & Guthrie, D. (1986). The retardation of aging in mice by dietary restriction: longevity, cancer, immunity and lifetime energy intake. J Nutr, 116(4), 641-54.

[4] http://news.harvard.edu/gazette/story/2013/02/weight-and-mortality

[5] Fontana, L., Weiss, E. P., Villareal, D. T., Klein, S., & Holloszy, J. O. (2008). Long‐term effects of calorie or protein restriction on serum IGF‐1 and IGFBP‐3 concentration in humans. Aging cell, 7(5), 681-687.

[6] http://www.veganhealth.org/articles/protein

[7] Hursting, S. D., Dunlap, S. M., Ford, N. A., Hursting, M. J., & Lashinger, L. M. (2013). Calorie restriction and cancer prevention: a mechanistic perspective. Cancer & metabolism, 1(10).

[8] Levine, M. E., Suarez, J. A., Brandhorst, S., Balasubramanian, P., Cheng, C. W., Madia, F., … & Longo, V. D. (2014). Low protein intake is associated with a major reduction in IGF-1, cancer, and overall mortality in the 65 and younger but not older population. Cell metabolism, 19(3), 407-417.

[9] McCarty, M. F. GCN2 and FGF21 are Likely Mediators of the Protection from Cancer, Autoimmunity, Obesity, and Diabetes Afforded by Vegan Diets.

[10] Mercken, E. M., Crosby, S. D., Lamming, D. W., JeBailey, L., Krzysik‐Walker, S., Villareal, D. T., … & Fontana, L. (2013). Calorie restriction in humans inhibits the PI3K/AKT pathway and induces a younger transcription profile. Aging Cell, 12(4), 645-651.

[11] Simone, N. L. (2013). Caloric restriction augments radiation efficacy in breast cancer. Cell Cycle, 12(12), 1955-1963.

[12] Cheng, C. W., Adams, G. B., Perin, L., Wei, M., Zhou, X., Lam, B. S., … & Longo, V. D. (2014). Prolonged Fasting Reduces IGF-1/PKA to Promote Hematopoietic-Stem-Cell-Based Regeneration and Reverse Immunosuppression. Cell Stem Cell, 14(6), 810-823.

[13] Srivastava, S., & C Haigis, M. (2011). Role of sirtuins and calorie restriction in neuroprotection: implications in Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. Current pharmaceutical design, 17(31), 3418-3433.

[14] Fontana, L., Meyer, T. E., Klein, S., & Holloszy, J. O. (2004). Long-term calorie restriction is highly effective in reducing the risk for atherosclerosis in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(17), 6659-6663.

[15] Larson-Meyer, D. E., Heilbronn, L. K., Redman, L. M., Newcomer, B. R., Frisard, M. I., Anton, S., … & Ravussin, E. (2006). Effect of calorie restriction with or without exercise on insulin sensitivity, β-cell function, fat cell size, and ectopic lipid in overweight subjects. Diabetes care, 29(6), 1337-1344.

[16] He, C., Bassik, M. C., Moresi, V., Sun, K., Wei, Y., Zou, Z., … & Levine, B. (2012). .Exercise-induced BCL2-regulated autophagy is required for muscle glucose homeostasis. Nature, 481(7382), 511-515

[17] Demontis, F., Piccirillo, R., Goldberg, A. L., & Perrimon, N. (2013). The influence of skeletal muscle on systemic aging and lifespan. Aging cell, 12(6), 943-949.

[18] http://en.wikipedia.org/wiki/AICA_ribonucleotide

[19] English, K. L., & Paddon-Jones, D. (2010). Protecting muscle mass and function in older adults during bed rest. Current opinion in clinical nutrition and metabolic care, 13(1), 34.

* Die durchgeführten Studien in Rhesusäffchen widersprechen sich. Allerdings könnten die unterschiedlichen Diäten selbst schon einen wichtigen Faktor darstellen. Die aktuellste Studie untermauert den positiven Effekt auf die Lebensspanne.

Bild: yurok / 123RF Stockfoto

Serie: Die Abschaffung des Alterns?

  1. Die Abschaffung des Alterns? Einführung
  2. Wie Wurm, Fliege und Kollegen das Altern entschlüsseln
  3. Weniger essen, länger leben?