Darmgefühl: Sensorische Neuronen im Darm informieren den Vagusnerv (gelb) und das Gehirn darüber, wie es unseren Mägen und Därmen geht.
NICOLLE R. FULLER/Science Source
Der menschliche Darm ist mit mehr als 100 Millionen Nervenzellen ausgekleidet – er ist praktisch ein eigenes Gehirn. Und tatsächlich kommuniziert der Darm mit dem Gehirn, indem er Hormone in den Blutkreislauf abgibt, die uns im Laufe von etwa 10 Minuten mitteilen, wie hungrig er ist oder dass wir nicht eine ganze Pizza essen sollten. Eine neue Studie zeigt jedoch, dass der Darm eine viel direktere Verbindung zum Gehirn hat, und zwar über einen neuronalen Schaltkreis, der es ihm ermöglicht, Signale innerhalb weniger Sekunden zu übermitteln. Die Ergebnisse könnten zu neuen Behandlungsmöglichkeiten für Fettleibigkeit, Essstörungen und sogar Depressionen und Autismus führen, die alle mit einer Fehlfunktion des Darms in Verbindung gebracht werden.
Die Studie enthüllt „eine neue Reihe von Wegen, die Darmzellen nutzen, um schnell mit dem Stammhirn zu kommunizieren“, sagt Daniel Drucker, ein klinisch-wissenschaftlicher Mitarbeiter, der sich am Lünenfeld-Tanenbaum-Forschungsinstitut in Toronto, Kanada, mit Darmstörungen befasst und nicht an der Arbeit beteiligt war. Obwohl noch viele Fragen offen sind, bevor die klinischen Auswirkungen klar werden, sagt er: „Das ist ein cooles neues Teil des Puzzles.“
Im Jahr 2010 machte der Neurowissenschaftler Diego Bohórquez von der Duke University in Durham, North Carolina, beim Blick durch sein Elektronenmikroskop eine verblüffende Entdeckung. Enteroendokrine Zellen, die die Darmschleimhaut auskleiden und Hormone produzieren, die die Verdauung anregen und den Hunger unterdrücken, hatten fußähnliche Ausstülpungen, die den Synapsen ähneln, mit denen Neuronen miteinander kommunizieren. Bohórquez wusste, dass die enteroendokrinen Zellen hormonelle Botschaften an das zentrale Nervensystem senden können, aber er fragte sich auch, ob sie mit dem Gehirn über elektrische Signale „sprechen“ können, so wie es die Neuronen tun. Wenn ja, müssten sie die Signale über den Vagusnerv senden, der vom Darm zum Hirnstamm verläuft.
Er und seine Kollegen injizierten ein fluoreszierendes Tollwutvirus, das über neuronale Synapsen übertragen wird, in den Dickdarm von Mäusen und warteten darauf, dass die enteroendokrinen Zellen und ihre Partner aufleuchteten. Diese Partner entpuppten sich als vagale Neuronen, berichten die Forscher heute in Science.
In einer Petrischale reichten enteroendokrine Zellen den vagalen Neuronen die Hand und bildeten synaptische Verbindungen untereinander. Die Zellen schütteten sogar Glutamat aus, einen Neurotransmitter, der an Geruch und Geschmack beteiligt ist, den die Vagusneuronen innerhalb von 100 Millisekunden aufnahmen – schneller als ein Augenzwinkern.
Das ist viel schneller, als Hormone über den Blutkreislauf vom Darm zum Gehirn gelangen können, sagt Bohórquez. Die Trägheit der Hormone könnte der Grund für das Versagen vieler Appetitzügler sein, die auf sie abzielen, meint er. Der nächste Schritt besteht darin, zu untersuchen, ob diese Darm-Gehirn-Signalübertragung dem Gehirn wichtige Informationen über die Nährstoffe und den Brennwert der von uns verzehrten Lebensmittel liefert.
Es gibt einige offensichtliche Vorteile der superschnellen Darm-Gehirn-Signalübertragung, wie z. B. das Aufspüren von Toxinen und Giften, aber es kann auch andere Vorteile haben, den Inhalt unseres Darms in Echtzeit zu spüren, sagt er. Was auch immer das sein mag, es besteht eine gute Chance, dass die Vorteile uralt sind – die sensorischen Zellen des Darms gehen auf einen der ersten mehrzelligen Organismen zurück, ein flaches Lebewesen namens Trichoplax adhaerens, das vor etwa 600 Millionen Jahren entstand.
Weitere Hinweise darauf, wie sensorische Zellen des Darms uns heute nützen, finden sich in einer anderen Studie, die heute in Cell veröffentlicht wurde. Die Forscher stimulierten mit Hilfe von Lasern die sensorischen Neuronen, die den Darm von Mäusen innervieren, was zu belohnenden Empfindungen führte, die die Nager fleißig wiederholten. Die Laserstimulation erhöhte auch die Konzentration eines stimmungsaufhellenden Neurotransmitters namens Dopamin im Gehirn der Nagetiere, so die Forscher.
Zusammengenommen helfen die beiden Arbeiten zu erklären, warum die Stimulation des Vagusnervs mit elektrischem Strom schwere Depressionen bei Menschen behandeln kann, sagt Ivan de Araujo, ein Neurowissenschaftler an der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York City, der die Cell-Studie leitete. Die Ergebnisse könnten auch erklären, warum wir uns grundsätzlich gut fühlen, wenn wir essen. „Obwohl sich diese Neuronen außerhalb des Gehirns befinden, entsprechen sie perfekt der Definition von Belohnungsneuronen“, die die Motivation antreiben und die Freude steigern, sagt er.