Wenn wir kontaminierte Lebensmittel zu uns nehmen, verspüren wir oft den Drang, sie bald wieder aufzugeben. Erbrechen ist eine wichtige Abwehrreaktion des Körpers, um bakterielle Toxine loszuwerden. Inwieweit unser Gehirn jedoch lernt, dass Giftstoffe in unserem Magen-Darm-Trakt Übelkeit hervorrufen, war bisher unklar. Welche molekularen und neuronalen Mechanismen dabei eine Rolle spielen, haben Forscher nun an Mäusen untersucht. Die Ergebnisse können auch dazu beitragen, bessere Medikamente für Patienten zu entwickeln, die während einer Chemotherapie unter Übelkeit leiden.
Viele Lebensmittelbakterien produzieren Giftstoffe, die unserem Körper schaden. Eines der häufigsten Toxine, die für lebensmittelbedingte Krankheiten verantwortlich sind, ist Staphylokokken-Enterotoxin A (SEA), das von dem weit verbreiteten Bakterium Staphylococcus aureus produziert wird und durch Kochen nicht zerstört werden kann. Nachdem das Vorhandensein der Toxine festgestellt wurde, löst das Gehirn eine Reihe biologischer Reaktionen aus, wie Erbrechen und Übelkeit, um die Substanzen loszuwerden und präventiv eine Abneigung gegen Lebensmittel zu entwickeln, die ähnlich schmecken oder ähnlich aussehen.
ertrunkene Mäuse
„Allerdings war wenig darüber bekannt, wie das Gehirn aufgenommene Toxine erkennt und verschiedene Abwehrreaktionen koordiniert“, schreibt ein Team um Zhiyong Xie vom National Institute of Biological Sciences in Peking. Ein wichtiger Grund dafür: Die klassischen Versuchstiere, Mäuse, schienen für solche Forschungen nicht geeignet zu sein, weil Nagetiere nicht erbrechen können. Daher wurden bereits einige Studien an Hunden und Katzen durchgeführt, aber es gibt noch kein detailliertes Modell.
Xie und sein Team stellten jedoch fest, dass die Mäuse, obwohl sie sich nicht übergeben können, immer noch übel und übel zu sein scheinen. Als den Tieren Staphylococcus Enterotoxin A verabreicht wurde, öffneten sie ihren Mund mit einer ungewöhnlichen und breiten Frequenz und kontrahierten gleichzeitig das Zwerchfell und die Bauchmuskeln, ein Muster, das bei Hunden beim Erbrechen beobachtet wurde. Mäuse, die Kochsalzlösung erhielten, zeigten diese Reaktionen nicht. Bekamen die Tiere kurz vor der Toxingabe eine Zuckerlösung zu trinken, vermieden sie anschließend den zuvor als schmackhaft empfundenen Geschmack. Die Forscher werten dies als deutliches Zeichen dafür, dass Mäuse wie Menschen eine Abneigung gegen Nahrungsmittel entwickeln, die sie mit Übelkeit assoziieren.
vom Darm zum Gehirn
Nachdem die Forscher mit diesen Experimenten gezeigt hatten, dass Mäuse entgegen bisheriger Annahmen ein geeigneter Modellorganismus zur Erforschung von Übelkeit sind, untersuchten sie im Detail, wie relevante Informationen vom Darm an das Gehirn übermittelt werden. Das Ergebnis: Im Darm registrieren sogenannte enterochromaffine Zellen, die sich an der Darminnenwand befinden, das Vorhandensein des Toxins. Anschließend schütten sie den Botenstoff Serotonin aus, der dann an Rezeptoren auf bestimmten Neuronen im Darm bindet.
Nervenzellen im Darm leiten das Signal entlang der Vagusnerven an den Hirnstamm weiter. Dort seien sogenannte Tac1+-DVC-Neuronen für die Verarbeitung zuständig, berichtet das Team. In einem weiteren Experiment mit Mäusen zeigten Xie und seine Kollegen, dass diese Neuronen tatsächlich eine Schlüsselrolle spielen: Blockierten sie die Tac1 + DVC-Neuronen, hörten die Mäuse auf zu schwimmen, selbst wenn ihnen das bakterielle Toxin verabreicht wurde. Dies deutet darauf hin, dass sowohl enterochromaffine Darmneuronen als auch diese Gehirnzellen entscheidend an Übelkeit und Erbrechen beteiligt sind.
Der gleiche Mechanismus in der Chemotherapie
Die Ergebnisse könnten auch Krebspatienten helfen, die aufgrund einer Chemotherapie unter Übelkeit leiden. „Paradoxerweise ist die körpereigene Abwehr gegen Toxine die Hauptursache für die schwerwiegenden Nebenwirkungen von Chemotherapeutika“, erklären die Forscher. Um dies zu beweisen, injizierten sie Mäusen anstelle von bakteriellen Toxinen ein gängiges Chemotherapeutikum. Auch diese Tiere reagierten erwartungsgemäß mit Knebeln. Als die Forscher jedoch die Tac1 + DVC-Neuronen abschalteten, war das Segelverhalten deutlich reduziert.
In einigen Fällen werden Chemotherapiepatienten bereits mit Medikamenten gegen Übelkeit behandelt, die durch Blockierung von Serotoninrezeptoren wirken. Die aktuelle Studie hilft zu erklären, warum diese Medikamente wirken. „Mit dieser Studie können wir nun die molekularen und zellulären Mechanismen von Übelkeit und Erbrechen besser verstehen, was uns helfen wird, noch bessere Medikamente zu entwickeln“, sagt Xies Kollege Peng Cao. In zukünftigen Studien wollen die Forscher untersuchen, wie genau die Toxine auf enterochromaffine Zellen im Darm wirken. Sie wollen auch andere Mechanismen entdecken, wie der Körper auf Krankheitserreger reagiert und wie er versucht, sie zu eliminieren.
Quelle: Zhiyong Xie (National Institute of Biological Sciences, Beijing, China) et al., Cell, doi:10.1016/j.cell.2022.10.001
© wissenschaft.de – Elena Bernard