Übergewichtige Kinder: Neue Studien zeigen Diabetes-Risiko und mögliche epigenetische Ursachen

Übergewichtige und adipöse Kinder weisen bereits ab einem Alter von sechs Jahren krankhafte Veränderungen des Fettgewebes auf. Dies zeigte sich in Untersuchungen des Integrierten Forschungs- und Behandlungszentrums (IFB) AdipositasErkrankungen in Leipzig an Kindern und Jugendlichen im Alter bis zu 18 Jahren. Die Studienergebnisse machen deutlich, wie wichtig die frühe Prävention gegen Übergewicht für die kindliche Gesundheit ist. In der Erforschung möglicher Ursachen für Übergewicht entdeckten Forscher vom Freiburger Max-Planck-Institut, dass Änderungen des Stoffwechsels epigenetisch vom Vater auf den Sohn vererbt werden können.

In einem aktuellen Forschungsprojekt untersuchte die IFB-Arbeitsgruppe an der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin am Universitätsklinikum Leipzig das Fettgewebe von schlanken und übergewichtigen Mädchen und Jungen bis 18 Jahre auf Anzeichen krankhafter Veränderungen. Bereits bei Sechsjährigen mit Übergewicht zeigten sich deutliche Symptome, die auf eine ungesunde Entwicklung hindeuten. So haben übergewichtige Kinder und Jugendliche im Vergleich zu schlanken fast doppelt so viele und auch deutlich größere Fettzellen. Mit zunehmender Fettmasse und Größe der Fettzellen bei übergewichtigen Kindern wandern Makrophagen, sogenannte Fresszellen, ins Fettgewebe ein. Diese Zellen erkennen erkrankte und abgestorbene Zellen im Gewebe und beseitigen diese. Ihr verstärktes Vorhandensein sehen die Forscher als Beweis für eine ablaufende Entzündungsreaktion im Fettgewebe von übergewichtigen Kindern und Teenagern.

Adipositas wirkt sich erwiesenermaßen auch auf den Hormonhaushalt aus. Die Bildung von Botenstoffen in den Fettzellen wird verändert. Betroffen sind zum Beispiel die Fettgewebshormone Leptin und Adiponektin, die das Hungergefühl und den Stoffwechsel beeinflussen. Im Blut der übergewichtigen jungen Probanden wurden veränderte Mengen dieser Hormone nachgewiesen – ein deutliches Signal für eine krankhafte Umbildung des Stoffwechsels.

Prävention muss früh beginnen

Das veränderte dysfunktionale Fettgewebe spielt eine wichtige Rolle bei den Folgeerscheinungen der Adipositas, die sich bereits im Kindesalter zu zeigen beginnen. Prof. Antje Körner, Leiterin der IFB-Arbeitsgruppe, betont: „Diese Ergebnisse unterstreichen, dass präventive Maßnahmen für eine gesunde Gewichtsentwicklung bei Kindern sehr früh beginnen müssen. Denn erste Veränderungen im Fettgewebe und damit einhergehende negative Auswirkungen auf den Stoffwechsel liegen bereits ab dem Schulalter vor.“

In der im Fachjournal „Diabetes“ der American Diabetes Association erschienenen Studie konnte erstmals bei Kindern gezeigt werden, dass die Fettgewebsveränderungen bereits in jungen Jahren im Zusammenhang mit einer beginnenden Insulinresistenz stehen. Dies ist eine Zuckerstoffwechselstörung und Vorstufe zu einem Typ-2-Diabetes.

Übergewicht – wie der Vater so der Sohn

Doch was sind die Ursachen für krankhaftes Übergewicht, das bereits in den frühen Lebensjahren entsteht? Allgemein gilt Adipositas in der Forschung als eine Erkrankung mit vielen unterschiedlichen Ursachen. Dazu gehören genetische, biologische, neurobiologische, psychologische und soziale Faktoren ebenso wie bestimmte Umweltbedingungen.

In einer aktuellen Studie haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg gemeinsam mit Forschern aus Spanien und Schweden nun einen Mechanismus identifiziert, der die Entstehung von Übergewicht durch das Zusammenspiel von Vererbung und Umweltbedingungen befördert. Die Forscher entdeckten, dass bei Fruchtfliegen Änderungen des Stoffwechsels vom Vater auf den Sohn vererbt werden. So kann bei Fruchtfliegen ein zuckerreiches Festmahl vor dem Sex ungeahnte Folgen für den Nachwuchs haben. Die Fliegenkinder werden dann nämlich anfälliger für Übergewicht. Die Wissenschaftler wiesen nach, dass dafür schon eine kurze Umstellung der Ernährung ausreicht.

Das internationale Forscherteam hat zudem das erste Gen-Netzwerk für eine generationsübergreifende Veränderung des Stoffwechsels identifiziert. Die Ernährung der Väter aktiviert Gene, die das Erbgut epigenetisch verändern können. Diese Veränderungen werden vererbt und steuern in der nächsten Generation die Aktivität von Genen für den Fettstoffwechsel. Ein derartiges Gen-Netzwerk, das die Anfälligkeit für Übergewicht erhöht, konnten die Forscher auch bei Menschen und Mäusen identifizieren.

Ausgewogene Ernährung schützt vor Übergewicht

Um zu ermitteln, auf welche Weise die Ernährung von Fruchtfliegen-Männchen das Körpergewicht ihrer Nachkommen beeinflussen kann, fütterten die Forscher ausgewachsene Fliegenmännchen zwei Tage vor der Paarung mit Futter mit verschiedenem Zuckergehalt. Die aus den Eiern geschlüpften Fliegen erhielten dann entweder normale oder zuckerhaltige Nahrung. Untersucht wurden aus technischen Gründen ausschließlich männliche Fliegen, die Ergebnisse wären aber wahrscheinlich bei den weiblichen Tieren in vergleichbarer Weise zu erzielen.

Auf Söhne, die selbst nur ausgewogene Nahrung zu sich nahmen, hatte die Ernährung ihrer Väter keinen Einfluss. Ganz anders entwickelte sich das Körpergewicht, wenn der Fliegennachwuchs besonders zuckerreiche Nahrung gegessen hatte: Die Jungtiere, deren Väter Nahrung mit sehr wenig Zucker oder viel Zucker zu sich genommen hatten, neigten dann zu Übergewicht. Sie wiesen einen höheren Anteil an Körperfett auf und aßen auch mehr als die Söhne von Vätern mit ausgewogenem Futter. „Es ergibt sich also ein U-förmiger Effekt – extreme Zuckerwerte in der Nahrung der Väter, seien sie hoch oder niedrig, haben die stärksten Konsequenzen für die nächste Generation“, erklärt Projektmitarbeiterin Anita Öst, die inzwischen an der Linkoeping Universität in Schweden forscht. Noch weiter vererbt sich die Wirkung auf das Körpergewicht augenscheinlich nicht – in der Enkelgeneration konnten die Wissenschaftler den Effekt nicht mehr beobachten.

Ähnliches Gen-Netzwerk bei Menschen, Mäuse und Fruchtfliegen

Offenbar ist die Vererbung des Ernährungsstatus der Väter vom Methylierungsmuster der Verpackung ihres Erbguts abhängig. Diese Anhängsel, kleine chemische Gruppen, kontrollieren, wie kompakt die DNA verpackt ist. Davon hängt es ab, wie stark ein Gen abgelesen wird. Gentechnisch veränderte Fliegen, bei denen verschiedene Methylierungsenzyme teilweise blockiert sind, vererben ihren Ernährungsstatus nicht an ihre Söhne. „Wir haben unterschiedliche Fliegenmutanten getestet und dabei sieben Gene identifiziert, die die Verpackung der DNA kontrollieren“, sagt Adelheid Lempradl vom Freiburger Max-Planck-Institut. Bei zuckerreicher Ernährung der Väter lockert sich bei ihren Söhnen die Verpackung der DNA, so dass Fettstoffwechselgene vermehrt abgelesen werden können. Ein Effekt, der das ganze Fliegenleben lang anhält.

Einen Hinweis auf einen ähnlichen Mechanismus gibt es auch bei Menschen. Die Forscher haben die Daten von Untersuchungen an Pima-Indianern – einem Stamm nordamerikanischer Ureinwohner, die häufig unter Übergewicht leiden – sowie Untersuchungsdaten von eineiigen Zwillingen ausgewertet. Die beiden Studien aus den Jahren 2005 und 2008 vergleichen jeweils übergewichtige mit normalgewichtigen Personen und ihre Gen-Ausstattung. „Die Daten zeigen, dass übergewichtige Menschen dieselbe Gen-Signatur besitzen wie die Fruchtfliegen. Die Anfälligkeit für ein hohes Körpergewicht steigt also auch beim Menschen, wenn bestimmte Methyltransferasen inaktiv sind“, erklärt J. Andrew Pospisilik, Gruppenleiter am Freiburger Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik. Dieselben Gene regulieren den Forschern zufolge auch bei Mäusen das Gewicht.

Miriam Buchmann-Alisch

Weiterführende Informationen:

IFB AdipositasErkrankungen
Das IFB AdipositasErkrankungen ist eines von acht Integrierten Forschungs- und Behandlungszentren, die in Deutschland vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden. Es ist eine gemeinsame Einrichtung der Universität Leipzig und des Universitätsklinikums Leipzig (AöR).

Studie: „Evidence of early alterations in adipose tissue biology and function and its association with obesity-related inflammation and insulin resistance in children“

Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik

Studie: „Paternal diet defines offspring chromatin state and intergenerational obesity“ (Cell)

Bildnachweise Startseite: Pixabay Public Domain License

Publikation

Günter Stock, Hans Bertram,
Alexia Fürnkranz-Prskawetz,
Wolfgang Holzgreve, Martin Kohli,
Ursula M. Staudinger (Hg.):

Zukunft mit Kindern Fertilität und gesellschaftliche Entwicklung in Deutschland, Österreich und der Schweiz
kartoniert, 473 Seiten,
div. Abbildungen und Tabellen
Frankfurt am Main, New York:
Campus Verlag 2012
ISBN 978-3-593-39753-5