Aktuelle Forschungsprojekte

Genetische Risikofaktoren von Adipositas

Im Rahmen des SFB Adipositas-Mechanismen der Universität Leipzig untersuchen wir den Einfluss genetischer Faktoren auf Adipositas-abhängige Verhaltensweisen wie ungesunde und zwanghafte Essgewohnheiten und deren neuronale Korrelate mittels hochauflösender Magnetresonanztomographie (MRT) in einer bevölkerungsbezogenen Stichprobe - der Gesundheitsstudie der Leipziger Forschungsstelle für Zivilisationskrankheiten (LIFE) -Kohorte. Um die statistische Aussagekraft weiter zu erhöhen, haben wir im internationalen NeuroCHARGE-Konsortium Metaanalysen initiiert. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Mikrostruktur des Hypothalamus Varianz im Body-Mass-Index (BMI) vorhersagen kann. Die genetischen Grundlagen dieses Phänotyps zu bestimmen könnte nun helfen, mögliche zugrundeliegenden Mechanismen zu charakterisieren.

Korrelation des höheren genetischen Risikos für Adipositas mit dem Body-Mass-Index (BMI, schwarze Linie) in der LIFE-Kohorte.

Halbautomatische Segmentierung des menschlichen Hypothalamus anhand anatomischer 3T-Magnet­resonanz­tomographie (MRT).

Essverhalten

Neben genetischen Faktoren fördert unsere "dickmachende Umgebung", wie z.B. die Fülle an billigen kalorienreichen Nahrungsmitteln zusammen mit geringen Anforderungen an körperliche Aktivität bei der Arbeit und in der Freizeit eine Gewichtszunahme. Die Unfähigkeit, hedonisches Essen zu kontrollieren und ungesunde Nahrungsmittel zu vermeiden, hält davon ab, ein normales Gewicht zu halten. Neuere Studien legen nahe, dass das Essen, das wir konsumieren, auch nachfolgende Entscheidungen beeinflussen könnte. Ziel unserer Untersuchungen ist daher, das komplexe Zusammenspiel zwischen Homöostase-regulierenden Hirnzentren, kognitiver Kontrolle von Impulsivität und Belohnungstendenzen sowie Nährstoff-abhängigen Signalwegen in Bezug auf das tägliche Essverhalten und der Entstehung von Adipositas zu untersuchen.

Einfluss der Ernährung

Studien bei Patienten nach bariatrischer Chirurgie zeigten, dass sich die Bewertung von Nahrungsreizen nach der Operation normalisierte. Wie aber Veränderungen der Ernährung plastische Prozesse im menschlichen Gehirn induzieren, die zu einer gesünderen Ernährung und besseren Kognition führen, bleibt unklar. In einer Studie zur Bewertung alternativer Essgewohnheiten wie vegetarischer und veganer Ernährung untersuchen wir die Möglichkeit, dass eine pflanzliche Ernährung, möglicherweise über Veränderungen im Stoffwechsel und der Zusammensetzung der Mikrobiota, die neuronale Verarbeitung von Ernährungspräferenz und weiteren psychologischen Maßnahmen wie Stimmung und Wohlbefinden verändern kann. Während wir untersuchen, ob ein potentiell sowohl ökologisch als auch ökonomisch günstiges Essverhalten kognitive Prozesse beeinflusst, könnte unsere Studie helfen, ein besseres mechanistisches Verständnis der Darm-Körper-Gehirn-Interaktionen zu fördern.

Schädliche Folgen von Fettleibigkeit

Auf lange Sicht beeinflussen eine zu hohe Kalorienaufnahme und Fettleibigkeit die Gehirnstruktur und -funktion durch Komorbiditäten wie Hypertonie und Typ-2-Diabetes. Auch ein Übermaß an inflammatorischen Zytokinen und Adipokinen welche im Fettgewebe exprimiert werden ist schädlich für das Gehirn. Es wurde gezeigt, dass selbst bei nicht-adipoösen Probanden ein besseres metabolisches Profil eine schützende Wirkung u.a. auf das Risiko an Alzheimer-Demenz (AD) zu erkranken und auf AD-assoziierte Gehirnareale entfalten kann. In der LIFE-Studie konnten wir zeigen, dass ein höherer BMI und mehr viszerales Fett mit Läsionen der weißen Substanz und Reduktion der grauen Substanz in der alternden Bevölkerung verbunden ist, auch nach Kontrolle des Einflusses von möglichen Störgrößen. Parallel vermittelte ein niedrigeres Volumen der grauen Substanz, zum Beispiel in präfrontalen Bereichen, den negativen Effekt von höherem Alter und höherem BMI auf das Gedächtnis. Ein höherer BMI ging auch mit einer reduzierten Konnektivität im sogenannten „Default  Mode“-Netzwerk assoziiert, was eine Prädisposition für AD widerspiegeln könnte.

Ein höherer BMI ist mit einer verminderten Netzwerkanbindung im posterioren Default Mode Network verbunden. A: Eine verminderte funktionelle Konnektivität im Default Mode Network (Netzwerk-Komponente 29) findet sich in Clustern im posterioren cingulären Cortex (PCC) und Precuneus. Die blaue Farbkarte stellt log (p)-Werte von signifikanten Voxeln dar (P <0.05, FDR korrigiert, unter Verwendung von Modell 1: Haupt-BMI-Effekt, für Geschlecht korrigiert). Die MNI-Koordinaten des Peak-Voxels in der Netzwerk-Komponente 29 im PCC sind (23, 233, 27). Die rote Farbkarte repräsentiert die räumliche Karte der Komponente. B: Verringerte funktionale Konnektivität im Default Mode Network (Netzwerk-Komponente 42) findet sich in Clustern im Precuneus und parietalen Cortex. Die blaue Farbkarte stellt die log (p)-Werte signifikanter Voxel dar (P <0,05, FDR korrigiert, wobei Modell 1 verwendet wird: Haupt-BMI-Effekt, für Geschlecht korrigiert). MNI-Koordinaten des Peak-Voxels im Precuneus: (23, 254, 26). Die rote Farbkarte repräsentiert die räumliche Karte der Komponente.

Assoziation eines höheren Taillen-Hüft-Verhältnisses und einer niedrigeren fraktionellen Anisotropie der weißen Substanz, angepasst an Alter, Geschlecht und Volumen der Hyperintensitäten der weißen Substanz (p <0,05, FDR korrigiert, n 1/4 1251). Zugrunde liegt ein T1-gewichtetes Bild (Koordinaten gemäß MNI152 template). Der Farbbalken repräsentiert den T-Wert. Abkürzungen: L, links; R, rechts.

Präventive Möglichkeiten für gesundes Altern

In ersten Interventionsstudien haben wir und andere das Potenzial von Ernährungsfaktoren, wie Kalorienrestriktion, Polyphenole und Omega-3-Fettsäuren, zur Verbesserung der kognitiven Funktionen und AD-assoziierten Gehirnstrukturen bei älteren Menschen aufzeigen können, möglicherweise vermittelt durch Verbesserungen in metabolischen und entzündlichen Markern. Eine neuere Studie unserer Gruppe konnte jedoch die Ergebnisse für Resveratrol als Nahrungsergänzungsmittel nicht bestätigen, was die Hypothese in Frage stellt, dass ein einzelner Nährstoff einen Einfluss ausübt, wenn andere lebensstilbezogene Verhaltensweisen nicht streng kontrolliert werden. Um diese Kontroverse umfassender anzugehen, testen wir in einer laufenden längerfristigen Studie, ob eine mehr-Komponenten-Veränderung des Lebensstils im Vergleich zur klinischen Routine synergistische Effekte auf Gehirnstruktur und Kognition entfaltet.

Studiendesign und Zielgrößen zum Testen der Wirkungen von Resveratrol als Nahrungsergänzungsmittel auf die Struktur und Funktion des Gehirns. Gesunde ältere Probanden wurden auf der Grundlage von Einschluss- und Ausschlusskriterien auf ihre Eignung hin untersucht, und 60 Teilnehmer wurden randomisiert entweder der Resveratrol- oder der Placebogruppe zugewiesen. Baseline- und Follow-up-Messungen umfassten neuropsychologische Tests, Nüchternblutzucker (Glukose- und Fettstoffwechsel, Entzündungsmarker, neurotrophe Faktoren), anthropometrische Messungen (Gewicht, Körpergröße, Taillen- und Hüftumfang, Körperfett) sowie multimodale Messungen Neuroimaging. 27 Teilnehmer, die Resveratrol erhielten, und 26 Teilnehmer, die Placebo erhielten, nahmen 26 Wochen die Pille und wurden in primäre Analysen der verbalen Gedächtnisleistung einbezogen. Zusätzlich wurde eine Pattern Recognition Task mit der ModBent-Aufgabe getestet. Das Volumen und die mittlere Diffusivität des Hippocampus in einer Subfeld Auflösung wurde mittels hochauflösender MRT bei 7T beurteilt. Abkürzungen: BMI: body mass index, CA: cornu ammonis, CNS: central nervous system, DG: dentate gyrus, DWI: diffusion weighted imaging, MMSE: Mini Mental Status Examination, MP2RAGE: Magnetization-Prepared 2 RApid Gradient Echoes MRI: magnetic resonance imaging, T: Tesla, TSE: turbo spin echo.

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