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Welche Rolle spielt das Mikrobiom für die Alzheimer-Erkrankung?

Donnerstag, 14. März 2024

Neue Studie der Universität Kiel und des UKSH zeigt Auffälligkeiten im oralen Mikrobiom schon Jahre vor Ausbruch der Erkrankung.

Der fortschreitende Abbau von Nervenzellen im Gehirn ist charakteristisch für die Alzheimererkrankung und die Ursache für Gedächtnisstörungen und die Entwicklung einer Demenz. Was diesen Prozess auslöst und antreibt, ist jedoch nach wie vor unklar. Eine zentrale Rolle spielen dabei möglicherweise Mikroorganismen, die die Darm- und Mundschleimhaut besiedeln. Dazu gibt es eine Reihe von Hinweisen aus Studien. So wurde zum Beispiel bei Patientinnen und Patienten mit Alzheimer eine veränderte Zusammensetzung des Darmmikrobioms nachgewiesen, die mit der Pathophysiologie der Krankheit zusammenhängen könnte. Wie das Mikrobiom in den Vorläuferstadien der Alzheimer Erkrankung aussieht, war bisher wenig erforscht. Neue Erkenntnisse hierzu liefert eine aktuelle Veröffentlichung von Kieler Forschenden aus der Klinik für Neurologie und des Instituts für Klinische Molekularbiologe (IKMB) in der Fachzeitschrift PNAS Nexus. Ein besonderes Augenmerk galt dabei den Mikroben im Mundraum.

„Wir konnten zeigen, dass bereits in sehr frühen Stadien der Erkrankung, also lange bevor es zu den typischen Symptomen der Alzheimer Demenz kommt, die Mikrobiota von Darm- und Mundschleimhaut im Vergleich zu Kontrollpersonen verändert ist“, erklärt Professor Thorsten Bartsch von der Medizinischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Kiel. Dabei unterschieden sich die Befunde von Stuhl- und Mundschleimhautproben deutlich. Während im Darm die Vielfalt der Mikrobiota verringert war, war sie im Mund erhöht. „Die Ergebnisse geben Aufschluss über die mikrobielle Zusammensetzung von Menschen in verschiedenen Stadien der Krankheit und könnten zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien führen, die auf die Darm-Hirn-Achse bei Alzheimer abzielen“, sagt der Leiter der Demenzambulanz an der Klinik für Neurologie am UKSH, Campus Kiel. Er ist gemeinsam mit Professorin Daniela Berg, Direktorin der Klinik für Neurologie, Sprecher des Else-Kröner Forschungskollegs zur Erforschung der Darm-Gehirn-Achse.

Annahme: Ungleichgewicht im Mikrobiom triggert über Entzündungsprozesse den Abbau von Nervenzellen

Der Darm ist zwar anatomisch weit entfernt vom Gehirn, dennoch gibt es einen regen Austausch von Information. Durch den Vagusnerv sind beide direkt miteinander verbunden. Und auch Hormone, Botenstoffe sowie Stoffwechselprodukte von Darmbakterien können das Gehirn erreichen. Bartsch: „Man nimmt an, dass eine mikrobielle Dysbiose im Darm, also ein Ungleichgewicht in der Zusammensetzung der Mikroben, Entzündungsvorgänge im Körper mit sich bringt. Diese können sich auf das Gehirn auswirken. Hinzukommt, dass die Blut-Hirn-Schranke, die normalerweise das Gehirn vor negativen Einflüssen abschirmt, mit dem Alter und gerade auch im Rahmen der Alzheimererkrankung durchlässiger wird.“

Da sich die Alzheimererkrankung über einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren entwickelt und lange Zeit unbemerkt verläuft, interessiert sich die Forschung insbesondere auch dafür, wie sich das Fortschreiten der Erkrankung aufhalten lässt. Umweltfaktoren wie Ernährung und Bewegung oder eben auch das Mikrobiom können den Krankheitsverlauf in einem frühen Stadium beeinflussen. „Daher haben wir das Mikrobiom nicht nur bei Patientinnen und Patienten mit Alzheimer analysiert, sondern auch Personen in der Vorläuferphase, die noch keine klinischen Symptome haben, aber ein erhöhtes Risiko in sich tragen“, erklärt Dr. Sarah Philippen von der Klinik für Neurologie, eine der Erstautorinnen der Studie.

Alzheimer verläuft lange Zeit unbemerkt

Konkret wurden in der aktuellen Kieler Studie vier Gruppen hinsichtlich des Mikrobioms miteinander verglichen: Alzheimer-Patientinnen und -Patienten, Personen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung, bei denen bereits die Alzheimer typischen Eiweißpartikel (Amyloid-β-Plaques und Tau-Fibrillen) im Nervenwasser nachgewiesen wurden, Personen, die aufgrund genetischer Veränderungen ein erhöhtes Alzheimer-Risiko haben, und gesunde Kontrollpersonen. Aus Stuhlproben und Abstrichen der Mundschleimhaut wurde die Mikrobiota molekularbiologisch analysiert. „Eine Besonderheit in der Studie war die Untersuchung des oralen Mikrobioms von Alzheimer-Patienten, zu dem es bisher kaum Daten gibt“, erklärt Dr. Corinna Bang, Leiterin des Mikrobiomlabors am IKMB. Die Auswertung ergab deutliche Unterschiede zwischen dem Mikrobiom in Stuhlproben und dem im Mundraum. Während im Darmmikrobiom die Diversität bei Personen mit Alzheimer etwas geringer ist, war die Diversität im oralen Mikrobiom erhöht, und zwar nicht nur bei bereits Erkrankten, sondern auch schon bei Risikopersonen. So wurden etwa vermehrt Bakterienstämme gefunden, die an Zahnfleischerkrankungen beteiligt sind. Diese Veränderungen gehen mit den typischen Eiweißmarkern der Alzheimererkrankung im Nervenwasser einher. Für Dr. Alba Troci, Postdoktorandin am IKMB und ebenfalls Erstautorin der Studie, ist das ein Indiz dafür, „dass möglicherweise ein verändertes orales Mikrobiom der Treiber für Entzündungsvorgänge auch im Gehirn ist“.

Parodontitis-Bakterien scheinen mit Alzheimer assoziiert zu sein

Die orale Mikrobiota kann die Entzündungsvorgänge im Gehirn direkt begünstigen, etwa durch das Einwandern bakterieller Stoffwechselprodukte in das Gehirn, oder indirekt, indem sie die die Blut-Hirn-Schranke schwächen und damit den Durchtritt von Entzündungsstoffen fördern. „Ob und wie Mikroben aus dem Mundraum zum Fortschreiten der Alzheimererkrankung beitragen, muss jedoch noch weiter erforscht werden“, so Bang und Bartsch weiter. Ziel von weiteren Arbeiten ist außerdem, die genauen Mechanismen der Entzündungsvorgänge aufzuklären, die ausgehend vom Mikrobiom über das Immunsystem auf das Gehirn wirken. „Wenn das Mikrobiom ursächlich oder zumindest mechanistisch an der Entstehung und dem Fortschreiten der Alzheimererkrankung beteiligt ist, dann könnte mit gezielten Eingriffen ins Darmmikrobiom, etwa durch Ernährungsmaßnahmen, Probiotika oder eine gezielte Beeinflussung des Mikrobioms im Mundraum, das Voranschreiten der Alzheimer Demenz verzögert werden. Diese Hoffnung steckt hinter unseren Forschungsarbeiten“, so Bartsch. Die Besonderheiten des Mikrobioms bei erkrankten Personen könnten außerdem zur verbesserten Frühdiagnostik beitragen.  

Originalpublikation:
Troci A, Philippen S, Rausch P, Rave J, Weyland G, Niemann K, Jessen K, Schmill LP, Aludin S, Franke A, Berg D, Bang C, Bartsch T. Disease- and stage-specific alterations of the oral and fecal microbiota in Alzheimer's disease. https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgad427

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Vorbereitung der Stuhlproben für die Analyse des Darmmikrobioms
© Ines Wulf, IKMB

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