Mitochondrien, Immunität und Sport: Ein neues Ziel zur Bekämpfung altersbedingter Fettleibigkeit

Wissenschaftler des US-amerikanischen National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI, NIH) – Jin Ma, Annie Son, Yulim Son, Ping-Yuan Wang und Paul Hwang – veröffentlichten in Trends in Endocrinology & Metabolism eine Übersichtsarbeit, in der sie die Belege für die Schlüsselrolle der angeborenen mitochondrialen Immunsignale bei der Anpassung der Skelettmuskulatur an körperliche Betätigung und beim Erwerb einer metabolischen Resistenz gegen Fettleibigkeit und Alterung zusammenfassen.

Problem

Traditionell wurde die Entzündungsreaktion nach dem Training als „Nebenwirkung“ von Mikroschäden an den Muskeln betrachtet. Doch immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass eine kontrollierte Immunreaktion für den Wiederaufbau des Muskelstoffwechsels wichtig ist – sie reduziert Fettspeicher, verbessert die Insulinsensitivität und stärkt die zelluläre Stressresistenz.

Das cGAS–STING–NF-κB-Rückgrat

1. Verringerte CHCHD4- und TRIAP1-Werte

   • Bei regelmäßiger körperlicher Betätigung sinken die Werte zweier Proteine, CHCHD4 und TRIAP1, die an der mitochondrialen Homöostase beteiligt sind, in den Mitochondrien der Skelettmuskulatur.

2. Aktivierung von cGAS–STING

   • Ein Mangel an diesen Proteinen führt zum „Austreten“ mitochondrialer DNA in das Zytosol, wo sie vom cGAS-Sensor (zyklische GMP-AMP-Synthase) erkannt wird.

   • CGAS erzeugt den zweiten Botenstoff cGAMP, der den STING-Adapter am endoplasmatischen Retikulum aktiviert.

3. Einbeziehung des NF-κB-Signalwegs

   • Die STING-abhängige Kinasekaskade löst den Transkriptionsfaktor NF-κB aus, der die Expression von Genen reguliert, die für die mitochondriale Biogenese, Angiogenese und den antioxidativen Schutz verantwortlich sind.

Biologische Wirkungen

• Anpassung an das Training

  • Die Bildung neuer Mitochondrien und Kapillarnetzwerke wird angeregt und die aerobe Kapazität der Muskeln verbessert.

• Metabolische Resistenz

  • Mutierte Mäuse mit CHCHD4-Haploinsuffizienz waren trotz einer kalorienreichen Ernährung im Alter vor Fettleibigkeit geschützt.

• Zelluläre Widerstandsfähigkeit

  • Die eingeschalteten Gene antioxidativer Enzyme und Chaperone (Hsp70, MnSOD) erhöhen die Resistenz gegen oxidativen und thermischen Stress.

Autorenangaben

„Wir sind die Ersten, die Beweise dafür zusammentragen, dass mitochondriale Sensoren der angeborenen Immunität nicht einfach nur Entzündungen vermitteln, sondern stattdessen wichtige metabolische Anpassungen an körperliche Betätigung bewirken“, sagt Jin Ma.

„Die gezielte Aktivierung des cGAS-STING-Signalwegs im Muskel ist ein vielversprechender Ansatz für die Entwicklung eines ‚molekularen Trainings‘, das nicht leistungsfähigen Patienten einige der Vorteile von Sport bieten könnte“, fügt Paul Hwang hinzu.

Rundfunkaussichten

1. Fitnessmimetika: Kleine Moleküle wie STING-Agonisten oder CHCHD4/TRIAP1-Modifikatoren können die Auswirkungen von Sport nachahmen.
2. Therapie von Stoffwechselerkrankungen. Die Stimulation dieser Achse könnte eine neue Strategie für Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes mellitus und Sarkopenie bei älteren Menschen werden.
3. Verbesserte Genesung. Die Stärkung der mitochondrialen Widerstandsfähigkeit beschleunigt die Rehabilitation nach Verletzungen und Operationen.

Diese Studie unterstreicht die duale Natur der Mitochondrien und der angeborenen Immunität: Sie schützen nicht nur vor Krankheitserregern, sondern sind auch Signalknotenpunkte, die körperliche Aktivität mit der Stoffwechselgesundheit und der Stressresistenz verknüpfen.