Die süße Wahrheit: Das Gehirn von Huntington-Patienten verarbeitet Zucker anders

Das Gehirn ist ein sehr hungriges Organ, aber verbraucht es bei der Huntington-Krankheit Energie anders? Ein Team um David Eidelberg vom Feinstein Institute for Medical Research hat die Muster des Energieverbrauchs im Gehirn von Menschen mit der HD-Mutation untersucht. Veränderungen in der Zuckermenge, die das Gehirn verbraucht, werden bereits vor den ersten physischen Veränderungen des Gehirns festgestellt, was darauf hindeutet, dass dies eine nützliche Sache sein könnte, um sie in klinischen HD-Studien zu verfolgen.

Warum wollen wir frühe Veränderungen im HD-Gehirn finden?

Wir alle möchten Medikamente testen, um den Ausbruch der Huntington-Krankheit zu verzögern oder aufzuhalten. Aber die Entwicklung von HD-Symptomen dauert so lange – in der Regel Jahrzehnte –, dass es schwierig ist, klinische Studien zu konzipieren.

Um klinische Studien effizienter zu gestalten, sind HD-Wissenschaftler auf der Suche nach Biomarkern. Ein Beispiel für einen erfolgreichen Biomarker ist die Messung des Blutdrucks, die es Ärzten ermöglicht, das Risiko von Herzinfarkt und Schlaganfall abzuschätzen.

Wir wissen jetzt, dass Medikamente, die den Blutdruck senken, helfen, Herzinfarkte und Schlaganfälle zu verhindern. Das beschleunigt die Entwicklung neuer Medikamente, weil man nicht warten muss, bis die Menschen tatsächlich einen Herzinfarkt erleiden.

Wir hätten gerne eine ähnliche Messung bei HD-Patienten. Anstatt einer großen Gruppe von Menschen Medikamente zu geben und viele Jahre zu warten, um zu sehen, ob das Fortschreiten von HD langsamer ist, möchten wir Messungen haben, mit denen wir schnell testen können, ob eine HD-Therapie positive Auswirkungen hat.

Untersuchung des lebenden HD-Gehirns

Viele Menschen mit der Huntington-Krankheit haben die eine oder andere Art von „Gehirnscan“ gehabt, entweder im Rahmen der Forschung oder um ihrem Arzt zu helfen, zu verfolgen, was mit ihrem Gehirn geschieht. Alle Gehirnscans haben das Ziel, ein Bild des Gehirns zu erstellen, aber sie verwenden unterschiedliche Technologien, um unterschiedliche Merkmale des Hirngewebes zu sehen. Das ist ein bisschen so, wie ein Foto und eine Tuschezeichnung desselben Dings unterschiedlich aussehen können, obwohl es sich um Bilder desselben Objekts handelt.

Am häufigsten werden Menschen mit HD Gehirnscans mit einem Gerät namens Magnetresonanztomographie oder MRT-Gerät durchführen lassen. Die MRT verwendet starke Magnete, um die genaue Form und Struktur des Gehirns zu zeigen. Bei HD wollen wir dies tun, damit wir das Gehirn von HD-Patienten mit dem von Menschen ohne die Mutation vergleichen können oder um die Scans von jemandem vor und nach einer medikamentösen Behandlung zu vergleichen. Dies könnte uns helfen, Medikamente zu finden, die den Verlust von Hirngewebe, der im Verlauf von HD beobachtet wird, verlangsamen oder stoppen.

Viele Wissenschaftler glauben, dass diese Formveränderungen, die mit der MRT festgestellt werden, zu unseren größten Hoffnungen gehören, HD-Biomarker zu produzieren. Aber es gibt auch andere Arten von Scans, die das Bild ergänzen könnten.

Das Gehirn hat eine Vorliebe für Süßes

Das Gehirn ist das hungrigste Organ in unserem Körper. Obwohl es nur etwa 2 % unseres Körpergewichts ausmacht, verbraucht es etwa 20 % des Zuckers, den wir jeden Tag essen. Das bedeutet, dass der Zucker, den Ihr Gehirn jeden Tag isst, etwa so viel wiegt wie eine volle Dose Limonade!

All diese Energie fließt in die Kommunikation zwischen den Gehirnzellen. Jede unserer 100 Milliarden Gehirnzellen ist mit Tausenden anderer Zellen an etwa 100 Billionen Synapsen verbunden. Synapsen sind einfach die Verbindungspunkte zwischen zwei Gehirnzellen. Es ist die Energie, die für diese unglaublich große Menge an Geplapper zwischen Gehirnzellen benötigt wird, die den größten Teil des Zuckers verbraucht, den das Gehirn verbraucht.

Überraschenderweise arbeitet unser Gehirn selbst dann, wenn wir uns ausruhen und es sich anfühlt, als würden wir nicht viel tun, fast mit maximaler Kapazität. Wenn wir anfangen, intensiv über ein Problem nachzudenken oder eine bestimmte Aufgabe zu erledigen, werden verschiedene Teile unseres Gehirns beansprucht, aber da oben ist immer viel los.

Wissenschaftler können diesen riesigen Zuckerfluss ins Gehirn für eine andere Art von Gehirnscan nutzen, die Positronen-Emissions-Tomographie oder PET-Scans genannt wird. PET-Scans sind toll, weil sie es uns ermöglichen, mit einem Tracer-Molekül die chemische Aktivität bestimmter Teile des Gehirns zu betrachten, während wir den Rest des Gehirns ignorieren.

Einer der einfachsten Tracer, die Wissenschaftler bei PET-Scans verwenden, wird ’18FDG‘ genannt (18-Fluorodeoxyglucose, für die Geeks). 18FDG ist fast identisch mit Glukose, der Art von Zucker, die von unserem Gehirn gegessen wird, mit dem Zusatz eines chemischen Tags, der es Wissenschaftlern ermöglicht, zu sehen, wohin er geht.

Das Experiment ist also ziemlich einfach. Man nehme einige Menschen, die die HD-Mutation tragen, gibt ihnen eine IV-Injektion mit 18FDG-Zucker und steckt sie in einen PET-Scanner. Betrachten Sie die Bilder, die aus dem Scanner kommen, und suchen Sie insbesondere nach bestimmten Regionen des Gehirns, die bei HD-Patienten mehr oder weniger Zucker verbrauchen.

Keine Gehirnzelle ist eine Insel

Die Wissenschaftlergruppe um Eidelberg beschloss, dieses Experiment durchzuführen, und zwar auf sehr intelligente Weise. Sie begannen mit 12 Personen, die die HD-Mutation hatten, aber noch keine Symptome der Krankheit zeigten. Jede Person wurde zunächst gescannt und dann nach anderthalb, vier und sieben Jahren erneut. Dies ermöglicht es ihnen, zu untersuchen, wie sich das Gehirn von Einzelpersonen im Laufe der Zeit verändert, genau wie in einer Arzneimittelstudie. Nach Abschluss der ersten Studie wurde eine separate Gruppe von Mutationsträgern untersucht, um die Ergebnisse der ersten Studie zu validieren.

Zusätzlich zur Durchführung von 18FDG-Scans zur Untersuchung des Zuckerverbrauchs untersuchten die Wissenschaftler Veränderungen der Gehirnform sowie andere PET-Tracer, von denen bekannt ist, dass sie sich im Gehirn von HD-Patienten verändern.

Alle Zellen des Gehirns arbeiten, indem sie sich gegenseitig Nachrichten senden. Dies geschieht in kleinem Maßstab – ein Nachbar flüstert einem anderen etwas zu –, aber auch in größerem Maßstab. Tatsächlich ist das gesamte Gehirn mit ‚weißen Substanz‘-Autobahnen ausgestattet, die einen Gehirnbereich mit einem anderen verbinden.

Angesichts der Bedeutung der Kommunikation im Gehirn beschloss dieses Wissenschaftlerteam, sich nicht nur auf Veränderungen in einem bestimmten Bereich zu konzentrieren, sondern auf das gesamte Netzwerk von Veränderungen im Gehirnscan. Sie argumentierten, dass keine Hirnregion von selbst arbeitet und dass wir durch die Betrachtung des gesamten Gehirns interessante Muster erkennen könnten.

Hoffnung auf Kompensation

Wie erwartet beobachtete das Team weit verbreitete Veränderungen im Gehirn von HD-Mutationsträgern. Ihr Gehirn schrumpfte, und die PET-Scans zeigten im Laufe der Jahre auch robuste Veränderungen, als sie sich dem Auftreten von Symptomen näherten.

Überraschenderweise beobachtete das Team, dass, während viele Hirnregionen bei HD-Mutationsträgern im Laufe der Zeit weniger Zucker verbrauchen, andere Regionen des Gehirns tatsächlich mehr verbrauchen. Wir sind uns noch nicht sicher, warum, aber eine aufregende Möglichkeit ist, dass diese anderen Hirnregionen möglicherweise die laufenden Schäden in anderen Teilen des Gehirns kompensieren und härter arbeiten, um die Lücke zu schließen, damit die Person einigermaßen normal funktioniert.

Das ist hoffnungsvoll, denn wenn das Gehirn tatsächlich Wege findet, Schäden bei HD zu kompensieren, können wir ihm vielleicht helfen, indem wir die Schäden verlangsamen und ihm mehr Zeit geben, gut zu arbeiten. Diese Studie beweist nicht, dass dies möglich ist, aber sie sagt uns, wo wir suchen müssen.

Der von den Wissenschaftlern gewählte ‚Netzwerk‘-Ansatz der Analyse des gesamten Gehirns erwies sich als leistungsfähiger als die bloße Betrachtung von Veränderungen in einzelnen Hirnregionen. Sie argumentieren, dass die Betrachtung des Netzwerks von Veränderungen des Zuckerverbrauchs im Gehirn die frühesten jemals beobachteten Veränderungen im Gehirn von HD-Patienten aufzeigt und Veränderungen zeigt, bevor offensichtliche Veränderungen der Gehirnform aufgetreten sind.

Die Suche nach Biomarkern geht weiter, aber diese Studie ist eine großartige Ergänzung der Waffenkammer von Gehirnveränderungen, die Arzneimittelentwickler verwenden können, um ihre Produkte zu testen.

Mehr erfahren

• Artikel im Journal of Clinical Investigation vom Team Eidelberg (Open Access)