Zeigt sich M. Alzheimer lange vor kognitiven Beeinträchtigungen im Darmmikrobiom?

Ein verändertes Darmmikrobiom kann den klinischen Zeichen einer Alzheimer-Erkrankung vorausgehen. Kann das Darmmikrobiom als früher Biomarker genutzt werden?

Darmmikrobiom scheint sich früh im Krankheitsprozess zu verändern 

Der Magen-Darm-Trakt beherbergt etwa 500 Millionen enterische Neuronen, 70% der Immunzellen des Körpers und über 100 Billionen Mikroben.4 Obwohl das Profil der Mikrobiota jedes Menschen unterschiedlich ist, sind die relative Häufigkeit und Verteilung der bakteriellen Phylotypen im Darm bei gesunden Menschen ähnlich. Die beiden wichtigsten sind Firmicutes und Bacteroides, die mindestens drei Viertel des Mikrobioms ausmachen. Diese mikrobielle Gemeinschaft hat wichtige metabolische und physiologische Funktionen für den Wirt und trägt zu seiner Homöostase während des Lebens bei.5

Eine kürzlich in Science Translational Medicine erschienene Querschnittsstudie untersuchte die Zusammensetzung und die Funktion des Darmmikrobioms in einer Kohorte von 164 kognitiv unauffällig getesteten Personen im Alter von 68 bis 94 Jahren, von denen 49 Biomarker für eine präklinische Alzheimererkrankung aufwiesen. Klinische Einflussfaktoren und die Ernährung wurden ebenfalls berücksichtigt. 

Die Mikrobiome der Personen mit Hinweisen auf präklinischen Alzheimer in der zerebralen Bildgebung unterschieden sich in vielen der vorhandenen Bakterienarten von den restlichen Teilnehmern. Dies deutete darauf hin, dass ihre Mikrobiome auf metabolischer Ebene wahrscheinlich auch anders funktionieren würden. Eine veränderte Zusammensetzung des Darmmikrobioms korrelierte mit Amyloid-β-Plaques und Tau-Akkumulation im Gehirn, nicht aber mit Biomarkern der Neurodegeneration, was dafür spricht, dass sich das Darmmikrobiom in einem frühen Stadium des Krankheitsprozesses verändert. 

Mögliche Nutzung des Darmmikrobioms als früher Biomarker und therapeutischer Angriffspunkt

Die Einbeziehung dieser Mikrobiom-Merkmale verbesserte die Genauigkeit, Sensitivität und Spezifität eines Modells zur Vorhersage des präklinischen Alzheimer-Status. Überraschenderweise ist es die bislang erste Studie, die das Darmmikrobiom von Menschen in den frühesten Stadien der Krankheit untersucht.

"Die Wissenschaft hat noch einen weiten Weg vor sich, bevor wir wissen, ob spezifische Ernährungsumstellungen das Darmmikrobiom verändern und seinen Einfluss auf das Gehirn in der richtigen Weise modifizieren können", heißt es im Director's Blog des Nationalen Gesundheitsinstitutes der USA (NIH), welches die Studie finanziert hat.6 Das Spannende an diesem Ergebnis sei die Möglichkeit, eines Tages anhand einer Stuhlprobe untersuchen zu können, ob das Darmmikrobiom eines Patienten mit einem erhöhten Risiko für eine Alzheimer-Demenz korreliert. Ein solcher Test könnte helfen, Alzheimer früher zu erkennen und früher einzugreifen, um die Krankheit aufzuhalten.

Die Darm-Gehirn-Achse ist bidirektional

Das Team führt nun eine Längsschnittstudie über 5 Jahre durch, um genauer herauszufinden, ob die im Darmmikrobiom beobachteten Unterschiede eine Ursache oder eine Folge der bei Alzheimer beobachteten Neuropathologien sind. Denn die Darm-Gehirn-Achse verbindet emotionale und kognitive Zentren des Gehirns bidirektional mit peripheren Darmfunktionen: Die Mikroorganismen im Darm und deren Metaboliten senden neurale, endokrine, immunologische und humorale Signale an das Gehirn, aber auch vom Gehirn fließen Impulse zum enteralen Nervensystem und Mikrobiom. Das zentrale Nervensystem und insbesondere die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA) können als Reaktion auf Umweltfaktoren wie Emotionen oder Stress aktiviert werden. Über afferente und efferente autonome Bahnen werden diese Signale an verschiedene Ziele im Darm weitergegeben, wie das enterische Nervensystem, die Muskelschichten und die Darmschleimhaut, wodurch Motilität, Immunität, Permeabilität und Schleimsekretion moduliert werden.5

Die Rolle dieser Interaktionen rückt auch bei anderen neurologischen Erkrankungen zunehmend in den Fokus der Forschung. So wurden Dysbiosen bereits in Verbindung gebracht mit M. Parkinson, Autismus, Ängsten, Depressionen und dem Reizdarmsyndrom.Ein besseres Verständnis dieser Veränderungen könnte neue gezielte Therapien ermöglichen. Sollte es sich bei der veränderten Darmflora um eine Ursache für M. Alzheimer handeln, könnte ein vielversprechender therapeutischer Angriffspunkt in Ernährungsinterventionen und speziell formulierten Probiotika oder Fäkaltransplantaten liegen, welche das Wachstum "guter" Bakterien gegenüber "schlechten" Bakterien im Darm fördern.6
 

Quellen:
  1. 2020 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimer’s & Dementia 16, 391–460 (2020).

  2. Vogt, N. M. et al. Gut microbiome alterations in Alzheimer’s disease. Sci Rep 7, 13537 (2017).

  3. Ferreiro, A. L. et al. Gut microbiome composition may be an indicator of preclinical Alzheimer’s disease. Science Translational Medicine 15, eabo2984 (2023).

  4. Yu, C. D., Xu, Q. J. & Chang, R. B. Vagal sensory neurons and gut-brain signaling. Curr Opin Neurobiol 62, 133–140 (2020).

  5. Carabotti, M., Scirocco, A., Maselli, M. A. & Severi, C. The gut-brain axis: interactions between enteric microbiota, central and enteric nervous systems. Ann Gastroenterol 28, 203–209 (2015).

  6. Ph.D, L. T., D. D. S. Changes in Human Microbiome Precede Alzheimer’s Cognitive Declines. NIH Director’s Blog https://directorsblog.nih.gov/2023/06/27/changes-in-human-microbiome-precede-alzheimers-cognitive-declines/ (2023).