Etwas, das alle Lebewesen gemeinsam haben, ist das Altern. Bei uns Menschen sieht das dann ungefähr so aus: Wir bekommen graue Haare und unsere Haut faltet sich. Und nicht nur das, auch unser Gehirn altert mit der Zeit. Wie genau das passiert, ist allerdings noch gar nicht so wahnsinnig tief erforscht. Wo steht da die Forschung momentan? Und was bringt uns die Altersforschung am Gehirn generell? Darum geht es heute hier im Forschungsquartett. Mein Name ist Sarah Marie Plikat. Hallo, schön, dass ihr zuhört. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm in Kooperation mit der Max Planck Gesellschaft.
Alzheimer und Forschung
Alzheimer, das ist eine altersbedingte Erkrankung, an der schon länger geforscht wird. Bei dieser Krankheit sterben nach und nach Zellen im Gehirn ab. Wie aber wirkt sich zum Beispiel eine Infektionskrankheit auf unser Gehirn aus? Lässt beispielsweise eine Corona-Infektion das Gehirn schneller altern? Genau mit diesen Fragen beschäftigt sich Dr. Anne Schäfer. Sie ist die Direktorin am Max Planck Institut für die Biologie des Alterns. Seit vielen Jahren erforscht sie dort das alternde Gehirn und hat dazu spannende Erkenntnisse. Meine Kollegin Julia Segers hat sich mit Dr. Schäfer unterhalten.
Gespräch mit Dr. Schäfer
Guten Tag, Frau Schäfer. Hallo. Dass ein Mensch älter wird, das kann man ja äußerlich immer ganz gut erkennen. Es gibt da so Anzeichen wie Falten in der Haut oder die Haare, die immer grauer werden. Kann man denn unserem Gehirn auch das Altern ansehen? Oder wie wirkt sich der Alterungsprozess auf das Gehirn aus?
Also, Sie haben da etwas ganz Interessantes angesprochen. Wir sind unglaublich gut darin, an äußeren Phänotypen oder Anzeichen ziemlich schnell zu entscheiden, in welche Altersgruppe wir Personen oder auch Haustiere einschätzen. Und das sind eben äußere Merkmale. Es sind aber auch Beweglichkeiten und die Körperhaltung, die Schnelligkeit von Bewegung, die wir alle dann zusammennehmen, um einzuschätzen, wie alt ein Mensch ist.
Von außen können wir natürlich sehen, wie wir uns verhalten. Wenn wir das Gehirn uns von innen angucken würden, wären da erstmal keine großartigen Veränderungen. Also, es sind die Neurone, die Nervenzellen, mit denen wir geboren werden. Die sind generiert, wenn wir uns entwickeln. Die bleiben mit uns unser ganzes Leben. Und das sieht man nur, wenn man wirklich in sie reinguckt, dass sie vielleicht schon ein bisschen älter sind.
Wenn es natürlich dann zu Alterskrankheiten kommt, dann ist das ein bisschen anders. Dann kann man schon sehen, was jedem wahrscheinlich bekannt ist: die Alzheimererkrankung, wo es dann zur Ansammlung von Plaques kommt. Da ist die Diagnose relativ klar. Das ist altersbedingt, oft aber auch genetisch, und das kann man sehr deutlich sehen. Ansonsten, man soll sich das Gehirn nicht so vorstellen, als ob es zerfällt oder immer kleiner wird im Alter. Das ist nicht wirklich so dramatisch. Die meisten Neurone leben mit uns und würden uns auch sogar überleben.
Also, dass das Gehirn altert, erkennt man am Verhalten oder an diesen altersbedingten Krankheiten, die, glaube ich, auch die meisten kennen: Alzheimer etc. Sie haben gerade schon die Neuronen angesprochen, die recht langlebig sein können. Wie genau funktioniert denn der Alterungsprozess im Gehirn jetzt?
Alterungsprozess der Neuronen
Ja, also die Neuronen sind elektrisch aktiv und die verbinden sich miteinander. Das ändert sich eigentlich im Leben nicht. Was sich im Alterungsprozess ändern kann, ist die Geschwindigkeit, wie diese Neuronen miteinander kommunizieren und die Präzision, welches Neuron wann wie aktiviert wird. Und das wird eigentlich unterstützt von einer Gruppe von Zellen, die wir grob die Glia-Zellen nennen. Da sind 50 Prozent der Zellen im Gehirn nicht Neurone, sondern Glia-Zellen, und die unterstützen die Funktion der Neurone.
So, die können die Neurone füttern, die geben ihnen Glucose oder Zucker oder Energie. Sie können die Neurone isolieren und dafür sorgen, dass die elektrischen Signale, wie von so einer Abdichtung an den Leitungen, besonders schnell weitergeleitet werden können. Und sie können sogar die Aktivität der Neuronen regulieren. Und da kann es dann eben auch im Alter zu Problemen kommen, wenn diese Glia-Zellen von anderen Signalen aktiviert werden.
Die können eben auch Entzündungen entdecken oder Zerstörungen im Gehirn oder Schäden oder Durchblutungsunterschiede und können dann den Neuronen ein Signal geben, das nicht mehr richtig funktioniert. Das heißt, die Zusammenarbeit zwischen Neuronen und Glia, die in dem jungen Gehirn ganz toll aufeinander angepasst ist, kann im älteren Gehirn sich verändern und dann zu leichten Störungen führen.
Einfluss eines ungesunden Lebensstils
Ihr habt es gerade gehört: In jungen Jahren sind die Zellen in unserem Nervensystem super aufeinander abgestimmt. Die Kommunikation zwischen den Neuronen und den Glia-Zellen zum Beispiel, die funktioniert dann meist einwandfrei. Und das ist wichtig für unsere geistige Fitness, denn die Glia-Zellen und die Neuronen bilden eine Funktionseinheit im Gehirn.
Die Neuronen sind dafür zuständig, Reize aus der Umgebung wahrzunehmen und weiterzuleiten. Und die Glia-Zellen helfen dabei, die Signale der Neuronen weiterzugeben. Außerdem bilden sie Stützgewebe des Nervensystems, versorgen die Neuronen mit Nährstoffen und sind am Stoffwechsel und der Immunabwehr beteiligt.
Etwas, das uns schneller altern lässt, als es genetisch vorgesehen ist oder das uns schneller altern lassen kann, ist ein ungesunder Lebensstil. Zum Beispiel Rauchen, Alkohol, wenig Bewegung und ungesunde Ernährung. Das sind ja alles Dinge, die Krankheiten auslösen können und den Alterungsprozess auch beeinflussen. Inwieweit trifft das auch auf den Alterungsprozess von unserem Gehirn zu?
Alle ungesunden Lebensarten wirken sich gleichzeitig natürlich aufs Gehirn aus. Die Durchblutung ist ganz wichtig. Das Gehirn ist eines der meist durchbluteten Organe und ist sogar sehr abhängig von der Durchblutung, dass die funktioniert. Wenn es zur Arterienverkalkung kommt, aufgrund von zu fettigem Essen oder zu wenig Bewegung, all diese Dinge können zur schlechten Durchblutung des Gehirns führen.
Das ist oft der erste Schritt, dass es zu diesen Veränderungen kommt, dass Gliazellen aktiviert werden, dass die Neuronen nicht genug Zucker aus dem Blut bekommen oder Energiestoffe. Da ist das Gehirn nicht anders als andere Organe, aber es ist vielleicht sensitiver, weil es abhängiger ist. Es kommt dann noch im positiven Sinne um das Gehirn jung zu halten, was sich gezeigt hat, was sehr gute Auswirkungen hat.
Caloric Restriction und Bewegung
Was viele Leute unter Caloric Restriction oder reduzierter Kalorienaufnahme verstehen. Die Idee ist, es gibt in den Gehirnzellen Momente, wo sie sich selber reinigen. Während dieser Fastenzeit können die Zellen anfangen, die Proteine oder die Baustoffe, die sich in ihnen aufbauen, dann selber abzubauen, weil es nicht genug Nahrung von außen gibt. So kann man sich das fast vorstellen.
Und Bewegung, die die Hirndurchblutung anregt, aber auch die neuronalen Stammzellen – also ganz wenige Zellen im Gehirn – haben die Möglichkeit, sich noch zu teilen. Aber es ist wirklich ganz limitiert und nur in bestimmten Gehirnregionen. Und viel Bewegung aktiviert diese Stammzellen, sich länger teilen zu können.
Es gibt da verschiedene, ich würde sagen, gehirnverjüngende Maßnahmen, die wir alle aktiv angehen können, die uns generell helfen, das Gehirn besser durchblutet zu behalten, besser mit Nährstoffen zu versorgen und auch die Zellen im Grunde in einem jüngeren Zustand zu halten.
Denksport und Gehirntraining
Wie ist es mit solchen Geschichten? Also, Sport ist ja gut für unseren Körper. Wie ist es mit so Denksportaufgaben? Kann auch das positive Einflüsse auf unser Gehirn haben? Die Idee ist auf jeden Fall. Und was sehr spannend ist im Gebiet von Denksport und neuen Dingen lernen, ist eine diese ganz bestimmte Gliazelle, die wir auch den Oligodendrozyten nennen oder die weiße Substanz des Gehirns, macht die eben die Neurone isoliert.
Und wenn man Denkspiele macht, jonglieren lernt, neue Anforderungen an das Gehirn bringt, hat man gesehen, dass diese Zellen sich neu entwickeln und zu neuer Myelinisierung oder weißer Substanz führen. Das heißt, alles, was das Gehirn trainieren kann, im Prinzip hält das System mehr plastisch oder aktiviert das System und kann im Grunde genommen sich nur positiv auswirken.
Also nochmal ganz kurz, weil das wirklich echt irre ist: Wer das Gehirn trainiert, der sorgt für eine neue Myelinisierung im Gehirn. Das heißt, heruntergebrochen: Gliazellen wickeln sich um die Neuronen bzw. um die Axone einer Nervenzelle. Das Myelin der Gliazelle isoliert so das Neuron, und das führt dazu, dass Signale schneller von Zelle zu Zelle weitergegeben werden können.
Und wie ihr gerade von Anne Schäfer gehört habt, ist nicht nur Denksport, sondern auch die Bewegung des ganzen Körpers letztlich gut fürs Gehirn. Wir regen dadurch die Hirndurchblutung an und trainieren dabei auch unsere neuronalen Stammzellen. Und die wiederum helfen dabei, dass das Gehirn sich regenerieren kann. Kurz: Das Gehirn bleibt länger jung.
Gesunde Ernährung und Alzheimer
Unterstützen können wir das durch eine gesunde, ausgewogene Ernährung. Vor allem nicht zu fett- und cholesterinreich. Denn so eine Ernährung beschleunigt wiederum die Bildung von diesen Eiweißablagerungen an den Nervenzellen. Zum einen können diese Ablagerungen, die Plaques, dann eine Entzündung im Gehirn auslösen. Zum anderen haben insbesondere Alzheimer-Patientinnen besonders viele von diesen Plaques. Und wie da genau der Zusammenhang ist, daran wird eben noch geforscht.
Einfluss von Infektionen und Entzündungen
Sie untersuchen ja vor allem den Einfluss von Infektionen und Entzündungen in Zusammenhang mit dem Altern des Gehirns. Was haben Sie bisher so dabei herausgefunden? Was sind so Kernelemente, die Ihre Forschung bisher hervorgebracht hat?
Die zwei großen Systeme, die wir im Körper haben, sind einmal das Gehirn oder das zentrale Nervensystem, wie wir es nennen, und das Immunsystem. Das Nervensystem besteht, wenn wir darüber nachdenken, hauptsächlich aus Nervenzellen. Aber ich habe schon gesagt, auch diese Gliazellen, die man nicht vergessen darf. Das Immunsystem besteht hauptsächlich aus Immunzellen.
Das Interessante an den beiden Systemen ist, dass sie sehr viele Prinzipien haben, die sie sich teilen. Es sind beide Systeme, die lernen können, die Erinnerungen haben. Erinnerungen im Gehirn sind klar, aber auch das Immunsystem erinnert sich an Pathogene oder Viren, die es schon mal gesehen hat. Das heißt, so trainieren wir in jungen Jahren das System, um uns dann zu schützen.
Beide Systeme sind dafür da, um unser Überleben in der Umwelt zu schützen, um Gefahren zu erkennen und sie entweder zu bekämpfen oder ihnen auszuweichen. Und beide Systeme benutzen sehr ähnliche Moleküle in der Kommunikation. Die Kommunikation ist sehr schnell, benutzt Moleküle, die im Blut transportiert werden oder die ausgeschüttet werden von den Nervenzellen.
Sickness Behavior
Das Spannende ist, wie diese beiden Systeme miteinander kommunizieren. Und das, was einem vielleicht am offensichtlichsten ist, ist, wenn man einen viralen Infekt, wie eine Erkältung, die zum Beispiel in der Lunge sitzt, bekommt, reagieren wir mit einer Antwort im Körper, die auch das Gehirn involviert. Und das nennen wir die sogenannte Sickness Behavior.
Also dieses typische Verhalten, wenn man sagt, ich habe das Gefühl, ich werde krank oder ich bin krank, was im Grunde genommen Verhaltensweisen und Gefühle induziert, wie: Ich ziehe mich zurück, ich habe keinen Appetit, mir tut alles weh, ich fühle mich extrem müde, ich kann mich nicht konzentrieren, ich kann mir nichts merken, ich möchte eigentlich nur schlafen, ich ziehe mich sozial zurück.
Und all das sind neuronale oder nervenzellengesteuerte Verhaltensweisen, die eben induziert werden durch die Entzündung in der Lunge. Und das ist eben sehr spannend, wie das miteinander zusammenhängt. Und in vielen Fällen kommt es eben auch zur verringerten Erinnerung oder dass man sich nichts mehr merken kann oder zu müde ist, um zu lernen, und die Aufmerksamkeit reduziert ist.
So, die Idee, dass das während der aktuellen Infektion passiert, das ist für uns alle eigentlich relativ gängig. Wir ziehen uns dann zurück, legen uns für zwei, drei Tage ins Bett und hoffen, dass es uns danach wieder besser geht. Und sobald die Infektion aus dem Körper weg ist, das Immunsystem hilft, geht es uns auch wieder besser.
Mikrogliazellen und ihre Rolle
Die Kommunikation zwischen den beiden Systemen besteht jetzt darin, dass wir im Gehirn Zellen haben, die eigentlich dem Immunsystem dazugehören. Die sind Zellen, wie sie im Immunsystem produziert werden, vom Immunsystem produziert werden, aber sie landen in unserem Gehirn, wenn wir Babys sind, wenn wir uns entwickeln, und werden eben integriert. Diese Zellen heißen Mikrogliazellen und sind eigentlich Immunzellen, die Pathogene erkennen und Entzündungen hervorrufen.
Im Gehirn haben sie eine ganz spezielle Funktion, und das ist, wo wir viele von unseren Entdeckungen gemacht haben. Sie können nicht nur Entzündungen entdecken und Viren oder Bakterien, die ins Gehirn kommen und da nicht sein sollten, bekämpfen, sondern sie interagieren auch ganz eng mit den Nervenzellen und modulieren diese Nervenzellen.
Und das ist diese spannende Verbindung, wo eine Immunzelle unseren Nervenzellen im Grunde genommen sagt, was sie machen müssen. Und wir denken, dass eben gerade in diesen Bereichen diese Mikroglia sehr wichtig sind und vielleicht auch zu diesen Langzeitverhaltensveränderungen, die wir jetzt nach Covid in vielen Patienten sehen, eben führen können, weil sie diese Verbindung sind zwischen dem Immunsystem und der körperlichen oder der peripheren Entzündung und den Nervenzellen im Gehirn.
Verhaltensveränderungen
Können Sie da Beispiele geben für die Verhaltensveränderungen, die Sie gerade angesprochen haben? Also die klassischen, die wir als Sickness Behavior oder das Verhalten, das Krankheitsverhalten, beschreiben, eben die Erschöpfungszustände, dass die Erinnerungen geschwächt sind, dass wir uns nicht konzentrieren können, aber auch, dass wir besonders schmerzempfindlich sind.
Die in einem akuten Erkrankungsverlauf wahrscheinlich uns nützen, weil wir unsere Energiereserven dazu benutzen, die Erkrankung zu bekämpfen. Im chronischen oder langfristigen ist es eine Falschadaptation zu einer Antwort, die eigentlich nicht mehr nötig ist, aber durch irgendwas aufrechterhalten wird, aber eigentlich nichts zu bekämpfen hat.
Manipulation der Mikrogliazellen
Sind denn bisher Möglichkeiten bekannt, um diese Mikrogliazellen zu manipulieren, dass solches angelerntes Sickness Behavior auch wieder abgelegt werden kann? Also die Manipulation der Mikroglia steht im Moment im ganz großen Forschungszentrum von vielen Laboren aus mehreren Gründen.
Einmal weil es die Immunzelle des Gehirnes ist, andererseits auch, weil in den letzten zehn Jahren viele der Veränderungen oder der Mutationen, die wir mit Alzheimererkrankungen assoziieren, und vor allem mit Alzheimererkrankungen, die im späten Alter eintreten, Proteine oder Bausteine encodet, also die DNA für die Gene encodet, die eigentlich im Gehirn nur von diesen Mikroglia exprimiert werden.
Und die Idee ist, dass diese Veränderungen dieser Zellen, dieser Immunzellen im Gehirn eben zu altersbedingten Alzheimererkrankungen führen kann oder das Risiko erhöht. Und im Gegenteil gibt es da gewisse Mutationen, die uns auch in diesen Mikrogliazellen, die uns dann schützen. Deswegen ist die Manipulation dieser Zellen im Moment wirklich ein Forschungsschwerpunkt von vielen Gruppen.
Und es sind in den letzten fünf Jahren große Fortschritte gemacht worden, aber es ist, wie gesagt, erst am Anfang. Dann wünsche ich ganz viel Erfolg für die nächsten Forschungsschritte und sage vielen Dank für das Gespräch, Frau Schäfer. Vielen, vielen Dank.
Fazit
Dr. Anne Schäfer erforscht am Max-Planck-Institut für Biologie des Alters in Köln, wie das menschliche Gehirn altert und was wir tun können, um krankheitsbedingten Alterungsprozessen entgegenzuwirken. Im Moment also gesund ernähren, Sport machen und das Gehirn fit halten. Aber an der Manipulation der Mikrogliazellen, der Immunzellen im Gehirn, wird noch geforscht. Denn das wäre ein wichtiger Schritt, um Krankheiten wie Long Covid endlich zu heilen.
Über ihre bisherigen Forschungsergebnisse hat Dr. Anne Schäfer mit meiner Kollegin Julia Segers gesprochen. Und wenn ihr jetzt neugierig seid auf weitere Themen, dann abonniert doch gerne das Forschungsquartett. Ihr findet unsere Beiträge auf unserer Website detektor.fm und auf der Streaming-Plattform eurer Wahl.
Bedanken möchte ich mich an dieser Stelle nochmal bei Julia Segers und bei Carolin Breitschädel. Die beiden hatten nämlich die Redaktion für diese Folge. Und die nächste Folge, die gibt es dann schon in einer Woche am Donnerstag. Mein Name ist Sarah Marie Plikat. Vielen Dank fürs Zuhören und bis zum nächsten Mal. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm in Kooperation mit der Max-Planck-Gesellschaft.
Foto: Max-Planck-Institut