Depression und Mitochondrien im Darm: Eine neue Perspektive auf die Zusammenhänge zwischen Darm und Gehirn

In diesem Blogpost werden wir uns mit einer neuen Studie beschäftigen, die die Rolle von Mitochondrien in den Darmepithelzellen (IECs) bei Depressionen untersucht. Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass eine gestörte Funktion der IEC Mitochondrien zu einer Dysbalance der Darmmikrobiota führen kann und somit die Entwicklung von Depressionen begünstigt. Wir werden uns genauer mit den Mechanismen befassen, wie IEC Mitochondrien den Zustand des Darmes und das Zusammenspiel mit der Darmmikrobiota beeinflussen. Darüber hinaus werden wir diskutieren, wie IEC Mitochondrien über das enterische Nervensystem und den Vagusnerv Signale an das Gehirn übertragen und dadurch Depressionen auslösen können.

Die Rolle der Darmmikrobiota bei Depressionen

Die Rolle der Darmmikrobiota bei Depressionen ist gut etabliert. Studien haben gezeigt, dass eine gestörte Darmmikrobiota mit der Entwicklung von Depressionen zusammenhängt. Eine sogenannte Dysbiose des Mikrobioms, bei der sich das Gleichgewicht der Darmmikrobiota verändert, ist eine häufige Begleiterscheinung von Depressionen (Lee et al., 2022). Veränderungen in der Zusammensetzung und Funktion der Darmmikrobiota kennzeichnen die Dysbiose. Sie wird mit verschiedenen chronischen Erkrankungen wie entzündlichen Darmerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Stoffwechselstörungen, Krebs, Autoimmunerkrankungen und neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht (Durack und Lynch, 2019). In der normalen Darmmikrobiota dominieren streng anaerobe Bakterien, die durch die beiden Phyla Firmicutes und Bacteroidetes vertreten sind. Im Gegensatz dazu ist ein erhöhter Anteil an fakultativ anaeroben Bakterien der Familie Enterobacteriaceae (Phylum Proteobacteria) ein typisches Merkmal der Dysbiose (Byndloss et al., 2017). Viele Studien haben sich mit der Rolle der Darmmikrobiota bei der Darmfunktion und der Entzündung des zentralen Nervensystems befasst. Die Darmmikrobiota spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Darmfunktion, indem sie die Integrität der Darmbarriere gewährleistet, die Darmimmuntoleranz stabilisiert und die Entwicklung und Funktion des enterischen Nervensystems fördert (Pellegrini et al., 2018). Darüber hinaus hat die Darmmikrobiota eine wichtige Rolle bei der Regulation der Gehirnfunktion. Über die sogenannte Darm-Hirn-Achse kann die Darmmikrobiota zu pathologischen Veränderungen im zentralen Nervensystem führen. Dies umfasst die Regulation der neuronalen Proliferation, die Aktivierung der Mikroglia, die Förderung der zentralen oxidativen Stress- und Entzündungsreaktionen, die Verringerung der Synthese von Neurotransmittern und anderen neurotrophen Faktoren, die Störung der Blut-Hirn-Schranke und letztendlich die Entwicklung von Depressionen (Hao et al., 2020). In der Tat zeigen Veränderungen in der Darmmikrobiota und in Zusammenhang stehenden Stoffwechselprodukten bei Depressionen Entzündungen des zentralen Nervensystems wie die Neurodegeneration und die Aktivierung von Gliazellen (Yousefi et al., 2022).

Die Entdeckung der Rolle von IEC Mitochondrien

In den letzten Jahren hat sich der Fokus der Forschung im Bereich der Darmmikrobiota von der Erforschung der Zusammensetzung und Funktion der Mikrobiota auf den Wirt (Host) verlagert. Aktuelle Studien zeigen, dass die Darmmikrobiota unter den Individuen sehr vielfältig ist und dass das Gleichgewicht der Darmmikrobiota nicht einfach durch das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Mikrobenarten erklärt werden kann. Eine allgemeingültige Definition für eine gesunde oder gestörte Darmmikrobiota gibt es bislang nicht (Proctor, 2019). Ein internationales Expertengremium definiert das Mikrobiom als die Mikrobiota und ihre Umgebung und betont damit den Einfluss der Umgebung des Wirtes auf die Darmmikrobiota (Berg et al., 2020). In letzter Zeit haben Studien gezeigt, dass Mitochondrien der IECs mit dem Schicksal der Darmmikrobiota verbunden zu sein scheinen. Es gibt zunehmende Evidenz dafür, dass die Mitochondrien der IECs durch die Aufrechterhaltung der Darmhomöostase an der Regulation der Darmmikrobiota beteiligt sind. Ein gestörter Zustand der IEC Mitochondrien kann die Zusammensetzung der Darmmikrobiota verändern und somit die Entwicklung von Depressionen begünstigen. In diesem Zusammenhang kann das Verständnis der Rolle der IEC Mitochondrien bei der Depression, wo Dysbiose der Darmmikrobiota ein Forschungsschwerpunkt ist, dazu beitragen, potenzielle therapeutische Strategien für die Depression zu entwickeln.

Die Auswirkungen der IEC Mitochondrien auf die Darmmikrobiota und somit auf die Entwicklung von Depressionen können durch verschiedene Mechanismen vermittelt werden. Eine wichtige Rolle spielen dabei die metabolischen Funktionen der IEC Mitochondrien. Sie produzieren energiereiche Moleküle wie Adenosintriphosphat (ATP), das eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung des Energiehaushalts der Zellen spielt. Eine gestörte Funktion der IEC Mitochondrien kann zu einer verringerten ATP-Produktion führen, was wiederum zu einem Energiemangel in den Darmzellen führt. Dies kann wiederum die metabolischen Prozesse in den IECs stören und zu Veränderungen der Darmumgebung führen.

Des Weiteren sind IEC Mitochondrien auch an der Produktion von Kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) beteiligt, die durch die Fermentation von Ballaststoffen durch die Darmmikrobiota entstehen. SCFAs wie Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure haben eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Darmgesundheit und der Regulation der Darmbarriere. Sie spielen eine Rolle bei der Energiegewinnung der IECs, fördern die Proliferation der IECs und stimulieren die Produktion entzündungshemmender T-Zellen (Tregs) (Byndloss et al., 2017). Eine gestörte Funktion der IEC Mitochondrien könnte daher zu einer verminderten Produktion von SCFAs führen und somit die Darmgesundheit beeinträchtigen.

Des Weiteren können IEC Mitochondrien oxidativen Stress im Darmgewebe verursachen. Oxidativer Stress entsteht, wenn die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) die Kapazität der Zellen zur Neutralisation dieser schädlichen Moleküle übersteigt. Unter normalen Bedingungen wird oxidativer Stress durch antioxidative Mechanismen der Zellen kontrolliert. Eine gestörte Funktion der IEC Mitochondrien kann jedoch zu einer gesteigerten Produktion von ROS führen und somit oxidativen Stress im Darmgewebe verursachen. Dieser oxidative Stress kann das Darmgewebe schädigen und die Funktion der Darmbarriere beeinträchtigen.

Neben diesen direkten Auswirkungen auf die Darmmikrobiota und den Darm selbst können IEC Mitochondrien auch über das enterische Nervensystem (ENS) und den Vagusnerv (VN) Signale an das Gehirn übertragen und so die Entwicklung von Depressionen beeinflussen. Das ENS ist ein Netzwerk von Nervenzellen, das entlang des gesamten Verdauungstrakts lokalisiert ist und eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Magen-Darm-Funktionen spielt. Der VN ist eine große Nervenbahn, die vom Verdauungstrakt zum Gehirn verläuft und Informationen zwischen dem Zentralnervensystem und dem Verdauungstrakt überträgt. IEC Mitochondrien können Signale über das ENS und den VN an das Gehirn senden und so die Gehirnfunktion beeinflussen. Bei gestörter IEC Mitochondrienfunktion können diese Signale jedoch beeinträchtigt sein, was zu einer fehlerhaften Kommunikation zwischen Darm und Gehirn führen kann. Dies kann wiederum die Entwicklung von Depressionen begünstigen.

Mitochondriale Dysfunktion und Depression

Eine wachsende Anzahl von Studien deutet darauf hin, dass mitochondriale Dysfunktion eine entscheidende Rolle in der Entstehung von Depression spielt. Eine gestörte Mitochondrienfunktion kann zu einem Ungleichgewicht in der Zellenergieversorgung führen und die normale Funktion von Nervenzellen beeinträchtigen. Darüber hinaus kann mitochondriale Dysfunktion oxidativen Stress auslösen und Entzündungsreaktionen fördern, die beide mit der Pathophysiologie von Depression in Verbindung gebracht wurden.

Mitochondriale Qualitätskontrolle und Depression

Die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Homöostase ist entscheidend für die Funktion und das Überleben von Zellen. Mitochondrien unterliegen kontinuierlich einer Qualitätskontrolle, um sicherzustellen, dass beschädigte Mitochondrien entfernt und durch gesunde ersetzt werden. Eine gestörte mitochondriale Qualitätskontrolle steht in Zusammenhang mit der Akkumulation von defekten Mitochondrien, was zu einer Verschlechterung der neuronalen Funktion und zur Entwicklung von Depression beitragen kann.

Energiestoffwechselstörungen und Depression

Mitochondrien spielen eine entscheidende Rolle beim Energiestoffwechsel von Zellen. Eine gestörte mitochondriale Funktion kann zu einem Energiemangel führen und die Bildung von ATP, dem Brennstoff der Zellen, beeinträchtigen. Untersuchungen haben gezeigt, dass Patienten mit Depression niedrigere ATP-Spiegel aufweisen als gesunde Personen. Eine beeinträchtigte Energieversorgung kann die neuronale Plastizität beeinträchtigen und zu den Symptomen der Depression beitragen.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass IEC Mitochondrien eine wichtige Rolle bei der Regulation der Darmmikrobiota und der Entwicklung von Depressionen spielen können. Eine gestörte Funktion der IEC Mitochondrien kann zu Veränderungen in der Darmumgebung, der Darmmikrobiota und der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn führen. Weitere Forschung ist erforderlich, um die genauen Mechanismen dieser Zusammenhänge zu verstehen und mögliche therapeutische Ansätze zur Behandlung von Depressionen zu entwickeln. Die gezielte Stabilisierung der IEC Mitochondrienfunktion und die Förderung einer gesunden Darmmikrobiota könnten dabei vielversprechende Ansätze sein.

Quellen

Song Y, Cao H, Zuo C, Gu Z, Huang Y, Miao J, Fu Y, Guo Y, Jiang Y, Wang F. Mitochondrial dysfunction: A fatal blow in depression. Biomed Pharmacother. 2023 Nov;167:115652. doi: 10.1016/j.biopha.2023.115652. Epub 2023 Oct 5. PMID: 37801903.

Wang Y, Lai H, Zhang T, Wu J, Tang H, Liang X, Ren D, Huang J, Li W. Mitochondria of intestinal epithelial cells in depression: Are they at a crossroads of gut-brain communication? Neurosci Biobehav Rev. 2023 Oct;153:105403. doi: 10.1016/j.neubiorev.2023.105403. Epub 2023 Sep 22. PMID: 37742989.