Von Franz Mechsner

Wie der Hypothalamus Hunger und Sättigung steuert.

Wenn der Jojo-Effekt jede Diät-Bemühung ins Gegenteil umschlagen lässt, wenn selbst dem Satten beim Anblick einer Leckerei das Wasser im Munde zusammenläuft, dann lernt man daraus vor allem eines: Im Hirn regulieren schwer durchschaubare und noch schwerer willentlich zu lenkende Mechanismen Hunger und Sättigung, Stoffwechsel und Körpergewicht.

Immer wieder entdecken Forscher neue Signalstoffe, die in den Regelkreislauf eingreifen, bei dem eine Region im Hypothalamus die Schlüsselrolle spielt. Was hier an Hormonen, Proteinen und Nervensignalen ankommt, kann selbst bei ausgemergelten Gestalten ein Sättigungsgefühl auslösen und bei Dicken Fressattacken.

Jetzt stellt ein Team um Daniela Cota und Randy Seeley von der Universität Cincinnati einen neuen Kandidaten für ein Schlüsselmolekül im Regelkreislauf vor: einen Stoff mit der Abkürzung mTOR (Science, Bd. 312, S. 927, 2006). Dieses Enzym und seine Verwandten sind für Molekularbiologen alte Bekannte, denn sie spielen in der lebenden Zelle eine gut aufgeklärte Rolle bei der Regulation von Stoffwechsel und der Zellteilung.

Dabei wirken sie als Messfühler für die Energiebilanz der Zelle, sozusagen als Tankuhr. mTOR muss eine uralte Erfindung der Evolution sein, denn es findet sich in Hefezellen ebenso wie in den Zellen des menschlichen Körpers.

Daniela Cota und ihre Kollegen stellten zunächst fest, dass sich mTOR auch überall im Gehirn ihrer Versuchstiere, der Ratten, fand. Doch die aktivierte Form des Enzyms ließ sich bei Antikörper-Experimenten nur in den für das Sättigungsgefühl verantwortlichen Regionen des Hypothalamus nachweisen und auch nur bei Ratten, die sich gerade satt gefressen hatten. Mussten die Tiere dagegen 48 Stunden fasten, sank die Menge aktivierten Enzyms kräftig.

Dann begannen die Forscher, das mTOR gezielt zu manipulieren. Sie spritzten den Ratten Leucin in eine Hirnkammer in der Nähe des Hypothalamus. Leucin ist eine essentielle Aminosäure, die der Mensch zum Beispiel aus Weizenkeimen, Thunfisch oder Rindfleisch zu sich nehmen muss.

Manche sagen ihm eine Appetit-zügelnde Wirkung nach, auf molekularer Ebene fördert es die Aktivierung von mTOR. Und tatsächlich: Nach der Injektion fraßen Ratten, die nach langem Fasten eigentlich hungrig sein sollten, kaum noch etwas und verloren an Gewicht.

Das Umgekehrte passierte, wenn die Forscher den Stoff Rapamycin spritzten, der die Wirkung des mTOR hemmt (tatsächlich steht TOR für target of, also Ziel von Rapamycin): Selbst satte Ratten fraßen nun weiter. Noch eine weitere Gegenprobe machten die Forscher. Als sie das mTOR selbst mit einem Gegenmittel blockierten, verlor Leucin seinen Einfluss auf den Appetit der Tiere.

Das Prinzip, dass viel aktiviertes mTOR satt macht und wenig davon hungrig, kennen Forscher. Denn auch das Hormon Leptin funktioniert nach diesem Muster: Schwimmt viel davon im Blut, lassen die Versuchstiere ihr Futter stehen, besitzen sie wenig davon, erzeugt der Hypothalamus ein Verlangen zu fressen.

Diese Erkenntnis hatte vor Jahren emsige Forschungsbemühungen ausgelöst, etliche Firmen hatten versucht, nach diesem Prinzip eine Schlankheitspille zu machen, die ein Verkaufsschlager geworden wäre. Die Versuche sind aber größtenteils gescheitert. Das lag womöglich auch daran, dass niemand wusste, wie das Leptin genau wirkt. Doch Cotas Forschergruppe konnte mit einer Reihe von Experimenten zumindest plausibel machen, dass die Wirkung des Leptin durch mTOR vermittelt wird.

Zusammengenommen machen es diese Ergebnisse wahrscheinlich, dass mTOR eine zentrale Rolle in der Regulation von Appetit und Energie-Balance spielt. Der Endokrinologe Jeffrey Flier von der Harvard University sieht in einem begleitenden Kommentar in Science in den Ergebnissen einen großen Schritt hin zum Verständnis der Steuerung von Nahrungsaufnahme und Gewicht durch den Hypothalamus.

Dennoch lassen die gewonnenen Erkenntnisse viele Fragen offen, die in weiteren Untersuchungen geklärt werden müssen. In ihren Experimenten verabreichten die Forscher aus Cincinnati beispielsweise Leucin stets auf künstliche Weise und in relativ großen Mengen. Es bleibt also zu klären, ob und wie kleinere Änderungen der Leucin-Konzentration den Regelkreis im Hypothalamus beeinflussen.

Unklar ist auch, ob nur dieser Stoff oder auch andere Aminosäuren auf das Hirnareal einwirken. Jeffrey Flier glaubt jedenfalls, dass die Einsichten von Daniela Cota und ihren Kollegen den Forschern helfen, den Zusammenhang von Übergewicht und Diabetes Typ II zu verstehen.

(SZ vom 12.5.2006)