Wie Fettleibigkeit und Diabetes zusammenhängen

Dicke Zellen: Ein hoher Insulinspiegel kann dafür sorgen, dass eigentlich inaktive Fettzellen wieder in einen Zellzyklus eintreten und in Vorbereitung auf eine Teilung stark anwachsen. Statt sich jedoch tatsächlich zu teilen, altern die Zellen vorzeitig und schütten Entzündungsfaktoren aus, berichten Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Medicine“. Die chronischen Entzündungen im Fettgewebe wiederum können Diabetes verursachen.

Fettleibigkeit erhöht das Risiko für zahlreiche Erkrankungen, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und Typ-2-Diabetes. Eine wichtige Rolle spielen dabei Entzündungsprozesse im Fettgewebe. Schon früher haben Forscher festgestellt, dass die Fettzellen bei adipösen Menschen stark vergrößert sein können und in diesem Zustand Entzündungsfaktoren ausschütten. Die zugrundeliegenden Mechanismen waren allerdings bislang unklar.

Fettzellen mit aktivem Zellzyklus

Ein Team um Qian Li vom Karolinska Institut in Stockholm ist nun den Ursachen auf den Grund gegangen. „Eine Erklärung, warum Zellen Entzündungsfaktoren ausschütten können, ist vorzeitige Zellalterung, sogenannte Seneszenz“, erläutern die Autoren. „Diese tritt jedoch nur bei Zellen mit aktivem Zellzyklus auf. Bei Fettzellen hat man dies bisher ausgeschlossen, da man davon ausging, dass die reifen Zellen keinen aktiven Zellzyklus mehr haben.“

Als die Forscher jedoch die genetische Signatur der Fettzellen von normalgewichtigen und adipösen Menschen untersuchten, stellten sie fest: „Bei Probanden mit Adipositas waren in den Fettzellen Gene aktiv, die mit dem Eintritt in den Zellzyklus und dessen Fortschreiten in Verbindung stehen.“ Im Laufe des Zellzyklus vervielfältigen Zellen üblicherweise ihr genetisches Material und wachsen an, bis sie sich schließlich teilen.

Übergroß und anomal aktiv

Bei den Fettzellen von stark übergewichtigen Menschen ist dies jedoch anders: Sie bereiten sich zwar auf die Teilung vor, teilen sich aber nicht. Stattdessen wachsen sie an und der DNA-Gehalt in ihrem Kern nimmt zu. Der Anteil dieser anomal aktiven und vergrößerten Fettzellen war in den Fettgewebeproben umso größer, je mehr überzählige Pfunde die Testpersonen mit sich herumtrugen.

„Der Prozess, bei dem sich Zellen nicht teilen, sondern in ihrem DNA-Gehalt und ihrer Zellgröße zunehmen, ist bei Pflanzen und Tieren üblich. Für menschliche Fettzellen, die sich im Laufe ihres Lebens um mehr als das 200-fache vergrößern können, wurde dieser Prozess dagegen noch nicht beschrieben“, sagt Li. Das wirft die Frage auf, warum sich diese Fettzellen bei stark übergewichtigen Personen so ungewöhnlich verhalten.

Insulin als Treiber

Eine mögliche Erklärung könnte der Stoffwechsel liefern: Weil der Blutzuckerspiegel bei stark übergewichtigen Menschen besonders oft und stark ansteigt, schüttet der Körper vermehrt Insulin aus, um den Zucker schnell in Organe und Gewebe aufzunehmen. Doch durch die zu häufige Insulinschwemme werden die Zellen mit der Zeit gegen das Blutzuckerhormon resistent, sodass immer höhere Spiegel erforderlich sind.

Als Folge wird der Blutzucker weniger schnell abgebaut und ein Diabetes kann entstehen. Gleichzeitig aber wirkt der ständig hohe Insulinspiegel auch auf das Fettgewebe, wie Li und seine Kollegen im Experiment herausfanden: Fettzellen, die mit Insulin behandelt wurden, traten häufiger in den Zellzyklus ein als unbehandelte Fettzellen. Überdies verursachte Insulin bei einigen dieser Zellen eine vorzeitige Alterung. „Diese seneszenten Zellen sind hochgradig stoffwechselaktiv und setzen vermehrt Entzündungsbotenstoffe frei“, schreiben die Autoren.

Möglicher Behandlungsansatz

Zusätzlich erprobten die Forscher an Zellkulturen einen ersten Ansatz für eine mögliche Behandlung. Dazu behandelten sie die Fettzellen mit Metformin, einem Medikament, das häufig bei Typ-2-Diabetes eingesetzt wird. Die Resultate sind vielversprechend: „Die Zugabe von Metformin verringerte den Prozentsatz der vorzeitig alternden Zellen in allen Proben erheblich“, berichten die Forscher.

„Unsere Untersuchungen zeigen einen bisher nicht beachteten Aspekt der Biologie menschlicher Fettzellen auf, nämlich die Aktivierung eines Zellzyklusprogramms bei Fettleibigkeit und hohem Insulinspiegel“, sagt Lis Kollegin Kirsty Spalding. „Das könnte den Weg für neue Behandlungsstrategien für Fettleibigkeit und damit verbundene Begleiterkrankungen wie Typ-2-Diabetes ebnen.“ (Nature Medicine, 2021, doi: 10.1038/s41591-021-01501-8)

Quelle: Karolinska Institut