Wie langfristiges Training die endokrinen Strukturen zwischen den Organen verändert

Wissenschaftler des Molecular Transducers of Physical Activity Consortium (MoTrPAC) haben die erste Multisystemstudie ihrer Art vorgestellt, die zeigt, wie regelmäßiges Ausdauertraining endokrine Signalnetzwerke zwischen Geweben auf molekularer Ebene verändert. Die von Cheehoon Ahn und Kollegen geleitete Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Molecular Metabolism veröffentlicht.

Warum ist das wichtig?

Körperliche Aktivität ist seit langem als wirksamer Faktor zur Vorbeugung von Herz-Kreislauf- und Stoffwechselerkrankungen bekannt. Die meisten Studien konzentrierten sich jedoch nur auf Veränderungen in der Skelettmuskulatur oder im Herzen. Die Autoren gingen noch einen Schritt weiter und fragten: Welche Gewebe „senden“ Signale (Exerkine) und wie koordinieren sie die Vorteile von Bewegung auf der Ebene des Gesamtorganismus?

Versuchsaufbau

• Modell und Protokoll: Männliche Ratten erhielten ein achtwöchiges Ausdauertraining auf dem Laufband – fünfmal täglich, gesteuert durch Geschwindigkeit und Zeit. Die Kontrollgruppe behielt einen sitzenden Lebensstil bei.
• Multisystemanalyse: Vor und nach der Intervention wurden detaillierte transkriptomische (snRNA-seq) und proteomische (LC-MS/MS) Analysen von 16 Schlüsselgeweben durchgeführt: Skelett- und Herzmuskulatur, Leber, Nieren, Bauchspeicheldrüse, verschiedene Fettgewebedepots (subkutan, viszeral) sowie Lunge, Milz und Gehirn.
• Rückschluss auf Verbindungen zwischen Organen: Mithilfe der Algorithmen QENIE und GD-CAT war es möglich, die Stärke und Richtung endokriner „Buchstaben“ zwischen Geweben anhand der Menge der abgesonderten Proteine und ihrer Rezeptoren zu berechnen.

Wichtige Entdeckungen

1. Das subkutane Fettgewebe ist der wichtigste „Postbote“

   • Nach dem Training war es das Unterhautfettgewebe, das die höchste Anzahl und Konzentration an sezernierten Faktoren aufwies, die auf andere Organe gerichtet waren. Dazu gehörten Apotenine, Wachstumsfaktoren und Kollagen-bindende Proteine.

2. Extrazelluläre Matrix als universeller Mediator

   • Gene und Proteine, die mit der Synthese und dem Umbau der extrazellulären Matrix (Kollagen I/III, Lamine, Fibronektin) in Zusammenhang stehen, erwiesen sich als globale „Botenstoffe“ für Trainingseffekte in allen Geweben. Dies weist auf die Bedeutung der Mikrostruktur des Bindegewebes für die Anpassung an Belastungen hin.

3. Wnt-Signalmoleküle

   • Es wurde gezeigt, dass mehrere Mitglieder der Wnt-Familie (Wnt5a, Wnt7b) als molekulare Brücken zwischen Muskel-, Leber- und Fettgewebe fungieren und möglicherweise das Kapillarwachstum und den Glukosestoffwechsel regulieren.

4. Reaktionsregulierende Organe

   • Zusätzlich zu Fett und Muskeln senden Leber und Herz aktiv „Briefe“ zurück an die Muskeln und das Gehirn und bilden so geschlossene Rückkopplungsschleifen, die den Energiestoffwechsel und die Stressresistenz verbessern.

Praktische Perspektiven

• Suche nach neuen Biomarkern. Ausgeschüttete Botenproteine können als Indikatoren für die Trainingseffektivität oder als frühe Anzeichen von Ermüdung untersucht werden.
• Therapie mit „Übungen ohne Gewichtsbelastung“: Identifizierte Exerkine (z. B. spezifische Wnt-Liganden) können die Grundlage für „Übungspillen“ für inaktive Patienten bilden.
• Personalisierung von Trainingsprogrammen. Der Atlas der interorganischen Verbindungen hilft dabei, Intensität und Dauer der Belastung an individuelle Gewebereaktionen anzupassen.

Abschluss

Diese Studie unterstreicht, dass Laufen und andere Ausdauerübungen nicht nur Muskelaufbau, sondern auch eine starke endokrine Aktivierung nahezu aller Organe bewirken. Die von MoTrPAC erstellte Exerkine-Karte ebnet den Weg für neue diagnostische und therapeutische Strategien, um den Nutzen von Bewegung zu maximieren.