Eine neue Studie des MIT legt nahe, dass der Verzehr von Lebensmitteln, die reich an der Aminosäure Cystein sind, zur Erneuerung und Reparatur des Dünndarms beitragen könnte. Forscher fanden heraus, dass Cystein einen Immunsignalprozess aktivieren kann, der Stammzellen dazu anregt, neues Darmgewebe zu bilden. Diese verbesserte Regenerationsfähigkeit könnte dem Körper helfen, Schäden durch Strahlung zu heilen, die eine häufige Nebenwirkung von Krebsbehandlungen sind. Obwohl die Studie an Mäusen durchgeführt wurde, sagen Wissenschaftler, dass Cystein aus Lebensmitteln oder Nahrungsergänzungsmitteln eine neue Möglichkeit bieten könnte, den Darm nach einer Verletzung schneller zu regenerieren, wenn ähnliche Ergebnisse auch beim Menschen beobachtet werden.
Ernährung und Regeneration
„Die Studie legt nahe, dass wir durch eine cysteinreiche Ernährung oder Cystein-Supplementierung bei diesen Patienten möglicherweise einige der durch Chemotherapie oder Bestrahlung verursachten Schäden abmildern können“, sagt Omer Yilmaz, Direktor der MIT Stem Cell Initiative, außerordentlicher Professor für Biologie am MIT und Mitglied des Koch Institute for Integrative Cancer Research des MIT. „Das Schöne daran ist, dass wir kein synthetisches Molekül verwenden, sondern eine natürliche Nahrungszusammensetzung nutzen.“ Frühere Studien haben gezeigt, dass bestimmte Arten der Ernährung, darunter auch Kalorienrestriktion, die Funktion der Darmstammzellen verbessern können. Diese Forschung ist jedoch die erste, die einen einzelnen Nährstoff identifiziert, der die Regenerationsfähigkeit des Darms direkt fördert. Yilmaz ist der leitende Autor der Studie, die kürzlich in Nature veröffentlicht wurde. Der Hauptautor der Arbeit ist Fangtao Chi, Postdoktorand am Koch Institute.
Es ist allgemein bekannt, dass die Ernährung eine wichtige Rolle für die Gesundheit spielt. Eine fettreiche Kost kann zu Fettleibigkeit, Diabetes und anderen chronischen Erkrankungen beitragen, während eine kalorienarme Ernährung bei vielen Spezies mit einer längeren Lebensdauer in Verbindung gebracht wird. Das Labor von Yilmaz untersucht seit langem, wie sich unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten auf die Regeneration von Stammzellen auswirken, und hat bereits gezeigt, dass sowohl eine fettreiche Ernährung als auch kurzfristiges Fasten die Stammzellenaktivität auf unterschiedliche Weise steigern können. „Wir wissen, dass Makrodiäten wie zuckerreiche, fettreiche und kalorienarme Diäten einen deutlichen Einfluss auf die Gesundheit haben. Auf granularer Ebene wissen wir jedoch viel weniger darüber, wie einzelne Nährstoffe die Entscheidungen über das Schicksal von Stammzellen sowie die Gewebefunktion und die allgemeine Gewebegesundheit beeinflussen“, sagt Yilmaz.
Die Rolle von Cystein
In ihrer neuesten Arbeit fütterte das MIT-Team Mäuse mit einer Ernährung, die reich an einer von 20 Aminosäuren war, den Bausteinen von Proteinen. Anschließend analysierten sie, wie sich jede Aminosäure auf das Wachstum der Stammzellen im Darm auswirkte. Cystein hatte den stärksten Einfluss und erhöhte sowohl die Anzahl der Stammzellen als auch der Vorläuferzellen (unreife Zellen, die sich zu adulten Darmzellen entwickeln) erheblich. Weitere Experimente zeigten, dass Cystein eine Kettenreaktion auslöst, die Immunzellen aktiviert, die als CD8-T-Zellen bekannt sind. Wenn Darmzellen Cystein aus der Nahrung aufnehmen, wandeln sie es in CoA um, einen Cofaktor, der in die Schleimhaut des Darms gelangt. Dort nehmen CD8-T-Zellen CoA auf, was sie dazu veranlasst, sich zu vermehren und ein Signalmolekül namens IL-22 freizusetzen. IL-22 spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Regeneration von Darmstammzellen, aber bis jetzt wussten Wissenschaftler nicht, dass CD8-T-Zellen es produzieren können. Sobald sie aktiviert sind, helfen diese IL-22-freisetzenden T-Zellen, die Darmschleimhaut zu schützen und zu reparieren, wenn sie verletzt ist.
„Das wirklich Spannende daran ist, dass eine cysteinhaltige Ernährung bei Mäusen zu einer Vermehrung einer Immunzellpopulation führt, die wir normalerweise nicht mit der Produktion von IL-22 und der Regulierung der Darmstammzellen in Verbindung bringen“, sagt Yilmaz. „Bei einer cysteinhaltigen Ernährung vergrößert sich der Pool der Zellen, die IL-22 produzieren, insbesondere der Anteil der CD8-T-Zellen.“ Diese T-Zellen neigen dazu, sich in der Darmschleimhaut anzusammeln, wodurch sie sich an der richtigen Stelle befinden, um schnell auf Schäden zu reagieren. Die Forscher beobachteten, dass die Aktivierung der CD8-T-Zellen hauptsächlich im Dünndarm und nicht an anderen Stellen des Verdauungstrakts stattfand, wahrscheinlich weil dort der größte Teil der Nahrungsproteine absorbiert wird.
Reparatur von Schäden durch Strahlen- und Chemotherapie
In der Studie zeigten Mäuse, die eine cysteinreiche Ernährung erhielten, eine verbesserte Reparatur von Strahlenschäden an der Darmschleimhaut. In zusätzlichen, noch unveröffentlichten Arbeiten fand das Team heraus, dass dieselbe Ernährung die Regeneration nach einer Behandlung mit 5-Fluorouracil unterstützte, einem Chemotherapeutikum, das häufig bei Darm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs eingesetzt wird und ebenfalls das Darmgewebe schädigen kann. Cystein kommt natürlicherweise in vielen proteinreichen Lebensmitteln vor, darunter Fleisch, Milchprodukte, Hülsenfrüchte und Nüsse. Der Körper kann Cystein auch selbst herstellen, indem er eine andere Aminosäure, Methionin, in der Leber umwandelt. Das intern produzierte Cystein zirkuliert jedoch im gesamten Körper und konzentriert sich nicht wie das über die Nahrung aufgenommene Cystein im Darm.
„Bei unserer cysteinhaltigen Ernährung ist der Darm der erste Ort, an dem eine hohe Menge an Cystein ankommt“, sagt Chi. Cystein ist seit langem für seine antioxidativen Eigenschaften bekannt, aber diese Studie ist die erste, die zeigt, dass es auch die Regeneration von Darmstammzellen unterstützt. Die Forscher untersuchen nun, ob Cystein auch die Regeneration anderer Gewebe stimulieren kann. In einem laufenden Projekt wird getestet, ob Cystein das Nachwachsen von Haarfollikeln fördern kann. Außerdem planen sie, weitere Aminosäuren zu untersuchen, die möglicherweise die Stammzellerneuerung und die Darmgesundheit beeinflussen.