Zentralnervöse und metabolische Wirkungen von intranasalem Leptin bei ernährungsbedingtem Übergewicht und Studien zur Leptinrezeptor-Signaltransduktion durch Leptinfragmente

Eines der wichtigsten Charakteristika der Adipositas ist die zentralnervöse Resistenz gegenüber Leptin, einem im weissen Fettgewebe gebildeten Hormon. Diese Leptin- Resistenz ist hauptsächlich an der Bluthimschranke (BBB) lokalisiert; Leptin behält seine Effektivität bei direkter Applikation in das Gehirn. Mit Milfe der intranasalen (i.n.) Applikation kann das Gehirn auch nicht-invasiv erreicht werden; der Transport erfolgt hierbei über und/oder entlang des Riechnervs unter Umgehung der BBB. Wir konnten kürzlich an normalgewichtigen Ratten zeigen, daß i.n. Leptin in das Gehirn aufgenommen wird und dort die Energie-Homöostase beeinflusst. Da i.n. Leptin die BBB umgeht ist zu erwarten, daß es auch bei Adipositas wirksam sein wird und so eine therapeutische Option beim Menschen sein kann. Um dies zu untersuchen, werden wir die Effekte von i.n. Leptin an Ratten mit diätinduzierter Adipositas untersuchen. Dieses Tiermodell ist am besten mit der menschlichen Adipositas vergleichbar. Wir werden die endokrinen und metabolischen Effekte des i.n. Applikationsweges und die Expression von Neuropeptiden, die dem Leptin- Rezeptor nachgeschaltet sind, im Gehirn untersuchen. Einige Fragmente des Leptins stimulieren die Leptin-Rezeptoren wie das native Molekül; es wird diskutiert, daß diese Fragmente wegen ihrer geringeren Größe leichter in das Gehirn penetrieren können. Es existieren jedoch nur wenige Daten zu ihren Effekten auf die Energie-Homöostase und auf die Leptin-Rezeptor Signaltransduktion. Diese werden wir daher in einem in-vitro Modell untersuchen. Mit den in diesem Antrag dargestellten Experimenten soll unsere Hypothese, daß i.n. Leptin auch bei der diätinduzierten Adipositas effektiv bleibt, überprüft werden. Weiterhin werden Fragmente des nativen Leptins im Hinblick auf ihre potentielle Eignung bei der i.n. Therapie der Adipositas charakterisiert werden.

Das von den Adipozyten gebildete Hormon Leptin ist nach heutigem Kenntnisstand das wichtigste afferente Signal in einem negativen feedback System, welches die Stabilität der Masse des weißen Fettgewebes reguliert. Um seine Zielstrukturen im Gehirn erreichen zu können, wird Leptin mit Hilfe eines sättigbaren Mechanismus über die Blut-Hirn-Schranke (BBB) transportiert. Adipöse Menschen und Tiere sind weniger sensitiv für Leptin. Es wird vermutet, dass an dieser sog. Leptin-Resistenz zum einen ein verminderter Transport von Leptin über die BBB, zum anderen Veränderungen der Leptin- Rezeptor (obR) Signaltransduktion in hypothalamischen Neuronen beteiligt sind. Wie wir bereits früher zeigen konnten, kann die Leptin-Resistenz an der BBB mit Hilfe der intranasalen (i.n.) Applikation von Leptin umgangen werden. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass Leptin i.n. auch bei Tieren mit einer Adipositas wirksam ist, da bei diesem Applikationsweg die Leptin-Resistenz der BBB umgangen werden und durch die im Hypothalamus erzielbaren pharmakologischen Konzentrationen die ObR-Signaltransduktion ausreichend aktiviert werden kann, um physiologisch relevante Effekte auf die Homöostase des Körpergewichtes zu erzielen. Um dies experimentell zu überprüfen, untersuchten wir im Rahmen unseres Projektes die Wirkung einer chronischen Applikation von i.n. Leptin (1x tgl., für 4 Wochen) bei Ratten mit einer diätinduzierten Adipositas (DIO) im Vergleich zu schlanken Tieren. Hierzu wurden Tiere für 25- bzw. 32-Wochen mit einer Caféteria-Diät (Schokoriegel etc.) zur Erzeugung der DIO ernährt. Es gelang uns nachzuweisen, dass i.n. Leptin bei adipösen Ratten eine vergleichbare Wirkung wie bei schlanken Tieren besitzt. So konnten wir signifikante Effekte auf das Körpergewicht und die Energieaufnahme nachweisen. Der Fettanteil des Körpers wird ebenfalls signifikant verringert. Grundlage für diese Effekte sind die Wirkungen von i.n. Leptin im zentralen Nervensystem: in unseren Experimenten wiesen wir bei DIO wie bei schlanken Tieren einen signifikanten Einfluss von i.n. Leptin auf die Expression von hypothalamischen Neuropeptiden nach, die in die Regulation der Homöostase des Körpergewichtes involviert sind. So wurden anorexigene (die Nahrungsaufnahme hemmende) Neuropeptide wie POMC und CART vermehrt gebildet, während z.B. die orexigenen (die Nahrungsaufnahme steigernden) NPY und Agrp weniger stark exprimiert wurden. In unseren Versuchen führte die i.n Gabe von Leptin nicht zu einer Erhöhung des Hormons im Serum, so dass man von einem direkten Transport von der Nase in das Gehirn ausgehen kann – der ‚Umweg’ über die Peripherie war nicht von Bedeutung. Die die Länge der Diät (im untersuchten Rahmen) hatte keinen Einfluss auf die Wirksamkeit des i.n. Leptin. Die Ergebnisse unserer experimentellen Untersuchungen belegen unsere Hypothese, dass i.n. Leptin auch bei adipösen Tieren wirksam ist, da es auf diesem Applikationsweg das Gehirn unter Umgehung der BBB erreicht und daher die bei Adipositas dort vorliegende Leptin-Resistenz vermieden wird. Die diskutierte Leptin-Resistenz auf Signaltransduktionsebene bei DIO lag bei unseren Tieren entweder nicht vor oder die hohen Wirkspiegel von Leptin im Hypothalamus, wie sie durch i.n. Gabe erzielt werden, waren in der Lage, bei DIO wie bei schlanken Tieren vergleichbare Effekte auf die Homöostase des Körpergewichtes zu erzielen. Unsere Befunde eröffnen den Weg für weitere, auch humanexperimentelle, Untersuchungen. Letztlich könnte die i.n. Applikation von Leptin z.B. als begleitende Therapie zu einer Diät mit niedrigem Energiegehalt das Therapieziel Gewichtsabnahme bei adipösen Patienten unterstützen.