Darmentzündungen und andere Erkrankungen, die das Immunsystem betreffen, sind häufiger bei Menschen mit unregelmäßigen Schlafgewohnheiten, einschließlich derjenigen, die Nachtschichten haben. Nun hat die neue Forschung an Mäusen einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, der helfen könnte, den Zusammenhang zu erklären.

Der Mechanismus betrifft die Gruppe 3 angeborene lymphatische Zellen (ILC3s). Diese Immunzellen haben eine starke Rolle bei der Kontrolle von Stoffwechsel, Entzündungen und anderen biologischen Prozessen.

In einem kürzlich erschienenen Nature Paper erklären die Wissenschaftler, wie sie Mäuse verwendeten, um die Rolle von ILC3s im Darm besser zu verstehen.

„Diese Zellen“, sagt der leitende Studienautor Henrique Veiga-Fernandes, „erfüllen wichtige Funktionen im Darm – sie bekämpfen Infektionen, kontrollieren die Integrität des Darmepithels und weisen die Lipidaufnahme an“.

Veiga-Fernandes arbeitet im Champalimaud Centre for the Unknown in Lissabon, Portugal. Er leitet eine Gruppe, die die Kommunikation auf zellulärer Ebene zwischen dem Nervensystem und dem Immunsystem untersucht.

Schlafrhythmus, Gesundheit und Uhrengene

„Schlafentzug oder veränderte Schlafgewohnheiten können dramatische gesundheitliche Folgen haben, was zu einer Reihe von Krankheiten führt, die häufig eine Immunkomponente haben, wie z.B. Darmentzündungen“, erklärt Veiga-Fernandes.

Untersuchungen haben gezeigt, dass Menschen, die im Schichtbetrieb arbeiten, eher bestimmte langfristige Gesundheitsprobleme entwickeln.

Wer zum Beispiel lange Zeit in Nachtschichten arbeitet, hat ein höheres Risiko für Erkrankungen wie Geschwüre, einige Krebsarten, Stoffwechselerkrankungen, Fettleibigkeit und Magen-Darm-Erkrankungen.

„Um zu verstehen, warum das so ist“, fährt Veiga-Fernandes fort, „haben wir zunächst gefragt, ob Immunzellen im Darm von der zirkadianen Uhr beeinflusst werden.“

Er und seine Kollegen fanden heraus, dass ILC3s besonders empfindlich auf Veränderungen in ihren Uhrengenen reagieren, den Genen, die rhythmische Zellprozesse steuern.

Sie deckten auch einen Schaltkreis auf, der die zirkadiane oder 24-Stunden-Uhr im Gehirn mit ILC3s im Darm verbindet.

Es scheint, dass Störungen dieses Schaltkreises, der Veränderungen im Umgebungslicht wahrnimmt, die ILC3-Uhrgene verändern können. Diese genetischen Veränderungen können die Fähigkeit der Immunzellen zur Regulierung der Darmgesundheit beeinträchtigen.

Das Team demonstrierte diesen Effekt, indem es die 24-Stunden-Uhr im Gehirn der Mäuse störte.

Die Autoren schreiben, dass „chirurgisch oder genetisch induzierte Deregulierung der Hirnrhythmizität zu gestörten zirkadianen ILC3-Schwingungen, einem deregulierten Mikrobiom und einem veränderten Lipidstoffwechsel führte“.

Die Unterbrechung der Hirntaktung reduziert Darm-ICC3s

Fast alle Zellen im Körper haben Taktergene, die ihnen helfen, einem 24-Stunden-Zyklus zu folgen.

Uhrengene sagen der Zellmaschinerie, wie spät es ist, damit sich die Biologie des Körpers auf zyklus-sensitive Aktivitäten wie Essen oder Schlafen vorbereiten kann.

Während die Uhrengene jeder Zelle die Zeit unabhängig voneinander halten können, verlassen sie sich auf die Hauptuhr im Gehirn, um sie synchron zu halten.

Da die Uhrenschaltung des Gehirns empfindlich auf Fremdlicht reagiert, hilft die Verbindung mit den Uhrengenen im Rest des Körpers, die Körperfunktionen mit den Tag- und Nachtzyklen synchron zu halten.

Das Team stellte fest, dass die Störung der Uhrgene der ILC3s ihre Präsenz im Darm drastisch reduziert hat.

„Dies führte zu schweren Entzündungen, dem Durchbrechen der Darmbarriere und einer erhöhten Fettansammlung“, sagt Veiga-Fernandes.

Gestörte Hirnzeit löscht Zielcode ab

Weitere Untersuchungen ergaben den Grund für den dramatischen Rückgang der ILC3s im Darm. Es scheint, dass eine Unterbrechung des zirkadianen Stromkreises des Gehirns ein wichtiges Signal daran hindert, die ILC3-Uhrgene zu erreichen.

Der Verlust des Signals wirkt sich auf ein Protein aus, das den transienten ILC3-Zellen sagt, wohin sie gehen sollen. Das Protein funktioniert wie eine Ziel-Postleitzahl in einem Navigationsgerät, und ohne das Signal des zirkadianen Schaltkreises des Gehirns kann es die Postleitzahl nicht einrichten.

Veiga-Fernandes sagt, dass er und sein Team von diesen Ergebnissen sehr begeistert sind, weil sie erklären, warum Menschen, die nachts aktiv sind, eher schlechtere Darmgesundheit haben und entzündliche Erkrankungen haben.

Er schlägt vor, dass sich der Körper so entwickelt hat, dass bei Tageslicht, wenn die Ernährung überwiegt, die zirkadiane Uhr im Gehirn ILC3s sagt, sie sollen den Darm verlassen. Dies reduziert die ILC3-Aktivität im Darm, was den Fettstoffwechsel anregt.

Die Verringerung der ILC3-Aktivität macht den Darm jedoch auch anfällig für Schäden. Nachts, wenn die Ernährung nicht dominiert, sagt die Uhr des Gehirns den ILC3s, sie sollen zurück in den Darm gehen und Abwehr- und Reparaturarbeiten durchführen.