Intermittierende Energieeinschränkung und Kauen auf die Alterung neuraler Stammzellen und die mit der Hippocampus-Neurogenese verbundene Kognition (ChANgE)

Ernährung und menschliche Gesundheit sind eng miteinander verbunden. Die Veränderung des Überflusses durch Fasten/kalorienreduzierte Diäten hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Homöostase, die Geweberegeneration und Krebs. Gewebestammzellen reagieren auf die physiologischen Veränderungen, die während des Fastens auftreten, durch dynamische Verschiebungen in ihrem Stoffwechsel. Die Einschränkung der Energieaufnahme bei Mäusen oder das Einführen von Mutationen in Nährstoff-Erkennungswege kann die Lebensdauer um bis zu 50 % verlängern. Autopsien zeigen, dass Tumore, Herzprobleme, Neurodegeneration und Stoffwechselerkrankungen bei langlebigen Mäusen im Allgemeinen reduziert/verzögert werden. Daher scheint die Verlängerung der Lebensspanne durch Energieeinschränkung (ER) auch die „Gesundheitsspanne“ zu erhöhen, die Zeit, die ohne chronische altersbedingte Erkrankungen gelebt wird. In der Humanmedizin haben diese Erkenntnisse kaum Spuren hinterlassen. Molekulare und zelluläre Erkenntnisse sollten beim Menschen etabliert werden, um Interventionen wie ER zur Verzögerung des Alterns und damit verbundener Erkrankungen, z. kognitiver Verfall (Murphy et al., 2014).

Auch Stammzellen des Zentralnervensystems reagieren auf ER. Kürzlich hat das Thuret-Labor herausgefunden, dass ER ohne Unterernährung Hippocampus-Stammzellen dazu anregt, sich zu vermehren und sich in neugeborene Neuronen zu differenzieren. Da gezeigt wurde, dass diese neuen postnatalen Hippocampus-Neuronen eine Rolle bei der Kognition spielen, förderte ER auch eine verbesserte Kognition bei Nagetieren (Zainuddin et al., 2012; de Lucia et al., 2017; Thuret et al., 2012). Dieses Phänomen der Neurogenese, dem Prozess, bei dem aus neuralen Stammzellen neue Neuronen entstehen, tritt auch beim Menschen auf (Spalding et al., 2013). Es ist ein streng regulierter Prozess, der im Hippocampus von Säugetieren abläuft, einer auf die Umwelt reagierenden Gehirnstruktur, von der bekannt ist, dass sie Lernen, Gedächtnis und Stimmung reguliert. Vorgeschlagene Funktionen der adulten hippocampalen Neurogenese (AHN). Dazu gehören die Verbesserung des Erkennungsgedächtnisses, die Fähigkeit, zuvor aufgetretene Reize zu erkennen, und die Mustertrennung, die Fähigkeit, kleine Änderungen in ähnlichen Eingaben differenziell zu codieren (Clelland et al., 2009; Sahay et al., 2011). Es wurde postuliert, dass die Kalorienrestriktion die Neurogenese als „zelluläres Relikt“ intermittierender Ernährungsmuster während der Evolution als Reaktion auf abwechselnde Hungerperioden und reichlich Nahrung erhöhen kann (Murphy & Thuret, 2015). Studien am Menschen haben signifikante Verbesserungen des verbalen Wiedererkennungsgedächtnisses nach einer 30%igen Reduzierung der Kalorienaufnahme festgestellt (Witte et al., 2009). Außerdem wurde intermittierendes Fasten beim Menschen mit einem signifikanten Anstieg des Gehirnaktivierungsvolumens in Bereichen in Verbindung gebracht, die an der Kontrolle und Plastizität der Gehirnfunktion beteiligt sind (Belaïch et al., 2016). Die Textur und das Kauen von Lebensmitteln wurden auch mit AHN und kognitiven Fähigkeiten in Verbindung gebracht (Smith et al., 2016). Vermindertes Kauen aufgrund der Entfernung von Backenzähnen und Zahnlosigkeit bei Mensch und Tier wirken sich negativ auf AHN und die damit verbundene Kognition aus. Insbesondere menschliche Populationen haben einen engen Zusammenhang zwischen Kaufunktion, kognitivem Status und altersbedingter Neurodegeneration bei älteren Menschen gezeigt (Miura et al., 2003). Der genaue Mechanismus, durch den das Kauen die Wahrnehmung beeinflusst, ist unbekannt.

Forschungsfrage: Verbessern IER und/oder verlängerte Kauperioden bei älteren, übergewichtigen Teilnehmern die Leistung bei hippocampusabhängigen Gedächtnisaufgaben und erhöhen den Anti-Aging-Marker Klotho?

Ziele:

1. Eine randomisierte, kontrollierte Studie mit parallelem Design wird die Auswirkungen einer IER-Diät (2 aufeinanderfolgende Tage einer sehr kalorienarmen Diät, 5 Tage normaler gesunder Ernährung für 3 Monate) und/oder längerer Kauperioden (10 Minuten 3 mal täglich) bestimmen für 3 Monate) im Vergleich zu einer Kontrollgruppe (fortgesetztes gewohnheitsmäßiges Essverhalten, Ernährungsgewohnheiten) zu primären Ergebnisvariablen (MST und Klotho) bei älteren, gesunden Teilnehmern mit Übergewicht oder Adipositas der Klasse I.
2. Bewertung der Auswirkungen einer IER-Diät und längerer Kauperioden auf sekundäre Ergebnisvariablen wie Körperzusammensetzung, Stimmung und Schlaf.
3. Um zu untersuchen, ob längere Kauperioden als Gewichtsabnahme-/Fastenhilfe genutzt werden können.