Forscher haben festgestellt, dass die Länge der Tageslichtstunden den Gehalt an Opioidrezeptoren im braunen Fettgewebe beeinflusst. Wenn die Tageslichtstunden kürzer werden, steigt die Rezeptoraktivität an. Ein ähnliches Phänomen tritt auch im Gehirn auf. Beide Phänomene helfen Menschen und Tieren dabei, sich an saisonale Veränderungen anzupassen.

Die Bedeutung von braunem Fett

Wenn die Jahreszeit dunkler und kälter wird, beginnt das braune Fett der Tiere zu wachsen. Dieses Gewebe erzeugt effizient und schnell Wärme und reguliert den Appetit. Auch beim Menschen kommt braunes Fett vor. Braunes Fett hat die Aufgabe, Energie zu verbrennen und in Wärme umzuwandeln. Dieser Prozess wird als Thermogenese bezeichnet und hilft dem Körper insbesondere dabei, die Körpertemperatur bei Kälte zu regulieren. Braunes Fett enthält besonders viele Mitochondrien – die „Kraftwerke“ der Zellen –, die ihm seine charakteristische dunkle Farbe verleihen. Beim Menschen ist braunes Fett vor allem bei Neugeborenen stark ausgeprägt, da diese ihre Körpertemperatur noch nicht selbst gut regulieren können. Bei Erwachsenen ist es nur in geringeren Mengen vorhanden, spielt jedoch weiterhin eine Rolle im Stoffwechsel und Energieverbrauch.

Braunes Fettgewebe spielt nicht nur eine wichtige Rolle bei der Wärmeproduktion, sondern scheint auch eng mit den biologischen Rhythmen des Körpers verknüpft zu sein. Studien zeigen, dass seine Aktivität von äußeren Zeitgebern wie Licht, Temperatur und Tageslänge beeinflusst wird. Diese Faktoren steuern den circadianen Rhythmus – die innere Uhr des Körpers, die Schlaf, Hormonproduktion, Stoffwechsel und Energieverbrauch reguliert. Braunes Fett besitzt eigene molekulare Uhrenmechanismen und folgt tageszeitlichen Schwankungen, die seine Fähigkeit zur Wärmeproduktion und Energienutzung beeinflussen. Forschende vermuten daher, dass das Gewebe Teil eines komplexen Netzwerks ist, über das sich der Organismus an tägliche und saisonale Veränderungen anpasst. Veränderungen der Tageslichtdauer könnten nicht nur die Aktivität des braunen Fetts beeinflussen, sondern auch Auswirkungen auf Stoffwechsel, Appetit, Körpergewicht und möglicherweise sogar auf Stimmung und Wohlbefinden haben. Damit rückt braunes Fett zunehmend in den Fokus der Chronobiologie, die untersucht, wie biologische Prozesse durch innere und äußere Zeitstrukturen gesteuert werden.

Neue Therapien gegen Adipositas

Die Bedeutung des braunen Fettgewebes für die Gesundheit rückt zunehmend in den Fokus der Forschung. Anders als das weiße Fettgewebe, das überschüssige Energie speichert und bei Übergewicht vermehrt vorkommt, verbrennen braune Fettzellen Energie zur Wärmeproduktion. Dadurch tragen sie nicht nur zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur bei, sondern beeinflussen auch den gesamten Energiehaushalt des Körpers. Wissenschaftler vermuten daher, dass eine stärkere Aktivierung des braunen Fetts dazu beitragen könnte, Übergewicht und damit verbundene Stoffwechselerkrankungen zu bekämpfen.

Wie groß das Interesse an diesem Gewebe inzwischen ist, zeigt eine Studie des Universitätsklinikums Bonn. Die Forscher identifizierten das Protein EPAC1 als einen wichtigen Regulator für Wachstum und Aktivität des braunen Fettgewebes. In Experimenten zeigte sich, dass EPAC1 die Bildung von braunen Fettzellen fördert und sogar dazu beitragen kann, dass sich im weißen Fettgewebe sogenannte beige Fettzellen entwickeln. Diese besitzen ähnliche Eigenschaften wie braune Fettzellen und können ebenfalls Energie verbrennen. Die Wissenschaftler konnten zudem nachweisen, dass dieser Signalweg nicht nur bei Mäusen, sondern auch in menschlichen Fettzellen aktiv ist.

Langfristig hoffen die Forscher, auf Basis dieser Erkenntnisse neue Therapien gegen Adipositas entwickeln zu können. Da Diäten und Bewegung allein häufig nicht ausreichen, um dauerhaft Gewicht zu verlieren, suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, den Energieverbrauch des Körpers gezielt zu erhöhen. Braunes Fett gilt dabei als besonders vielversprechender Ansatz, da es überschüssige Energie in Form von Wärme freisetzen kann. Die Bonner Ergebnisse verdeutlichen somit, dass braunes Fett weit mehr ist als ein Gewebe zur Wärmeregulation – es könnte künftig auch eine wichtige Rolle bei der Behandlung von Stoffwechselerkrankungen spielen. Vor diesem Hintergrund wächst auch das Interesse an den biologischen Faktoren, die die Aktivität des braunen Fetts steuern. Dazu zählen nicht nur Temperatur und Ernährung, sondern offenbar auch die Tageslichtdauer und die inneren biologischen Rhythmen des Körpers.

Wie Tageslicht das braune Fett beeinflusst

Genau dieser Frage widmete sich die Studie des Turku PET Centre in Finnland. Die Untersuchung knüpft an Erkenntnisse der Chronobiologie an, wonach zahlreiche Stoffwechselprozesse von inneren biologischen Uhren gesteuert werden. Diese Uhren orientieren sich unter anderem an äußeren Signalen wie Licht und Dunkelheit und helfen dem Organismus dabei, sich an tägliche und saisonale Veränderungen anzupassen. Da braunes Fett eine wichtige Rolle bei der Wärmeproduktion und dem Energieverbrauch spielt, vermuteten die Forscher, dass auch seine Aktivität durch jahreszeitliche Veränderungen beeinflusst werden könnte. Von besonderem Interesse waren dabei die Mu-Opioidrezeptoren, die vor allem für ihre Bedeutung bei Schmerzverarbeitung, Belohnungsempfinden und emotionalen Prozessen bekannt sind, zunehmend aber auch mit der Regulation von Stoffwechselvorgängen in Verbindung gebracht werden.

Die Forscher beobachteten, dass kürzere Tageslichtstunden die Signalübertragung der Opioidrezeptoren im braunen Fett von Tieren beeinflussen. Wenn die Lichtmenge abnimmt, steigt die Konzentration der Opioidrezeptoren an. Die Beobachtung erfolgte an Ratten, die in einer künstlichen Umgebung lebten, in der die jahreszeitlichen Veränderungen der Tageslichtdauer nachgeahmt wurden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das braune Fettgewebe empfindlich auf saisonale Veränderungen reagiert und möglicherweise Teil eines umfassenderen biologischen Systems ist, das den Energiehaushalt an unterschiedliche Umweltbedingungen anpasst.

Neuer Durchbruch in der Opioidrezeptorforschung

Die Ergebnisse sind aus Sicht der Forscher besonders bemerkenswert, weil Mu-Opioidrezeptoren bislang vor allem im Zusammenhang mit Gehirnfunktionen untersucht wurden. Dass saisonale Veränderungen dieser Rezeptoren nun auch im braunen Fettgewebe nachgewiesen werden konnten, eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Stoffwechsel, Energiehaushalt und biologischen Rhythmen. Da das braune Fettgewebe eine zentrale Rolle bei der Wärmeproduktion und dem Kalorienverbrauch spielt, könnte die Aktivität der Opioidrezeptoren dazu beitragen, den Organismus an unterschiedliche Umweltbedingungen und Jahreszeiten anzupassen.

Professorin Anne Roivainen vom Turku PET Centre erklärt, dass dies das erste Mal ist, dass die Konzentrationen von Mu-Opioidrezeptoren in peripheren Körperregionen mithilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) untersucht wurden. „Der Befund unterstreicht, dass Mu-Opioidrezeptoren die saisonale Aktivität des braunen Fettgewebes beeinflussen. Zukünftige Studien sollten weiter untersuchen, ob Mu-Opioidrezeptoren im braunen Fettgewebe in direktem Zusammenhang mit dem Energieverbrauch des Gewebes stehen“, so Roivainen.

Opioidrezeptoren sind Andockstellen auf Zellen, über die körpereigene Opioide wie Endorphine ihre Wirkung entfalten. Diese Botenstoffe sind unter anderem an der Regulierung von Schmerzempfinden, Belohnung, Motivation und emotionalem Wohlbefinden beteiligt. In den vergangenen Jahren hat die Forschung jedoch zunehmend Hinweise darauf gefunden, dass das Opioidsystem nicht nur das Gehirn beeinflusst, sondern auch wichtige Funktionen im Stoffwechsel und bei der Energiebalance übernimmt. Die nun beobachteten saisonalen Veränderungen könnten daher Teil eines umfassenderen Anpassungsmechanismus sein, mit dem sich Säugetiere an die wechselnden Anforderungen von Sommer und Winter anpassen.

Darüber hinaus vermuten Wissenschaftler seit längerem, dass Veränderungen im Opioidsystem mit saisonalen Stimmungsschwankungen zusammenhängen könnten. Störungen der Opioidrezeptorfunktion wurden bereits mit Depressionen, Angststörungen und Essstörungen in Verbindung gebracht. Auch die saisonale affektive Störung, die sich häufig durch Winterdepression, erhöhten Appetit und veränderte Schlafmuster äußert, könnte teilweise mit Veränderungen in diesen Signalwegen zusammenhängen. Ob die nun nachgewiesenen saisonalen Schwankungen der Mu-Opioidrezeptoren im Gehirn und im braunen Fettgewebe tatsächlich zu solchen Stimmungseffekten beitragen, ist jedoch noch unklar und muss in weiteren Studien untersucht werden.