Ob wir morgens eher Kohlenhydrate oder Fette essen, könnte mitbestimmen, wie unser Stoffwechsel arbeitet. Prof. Olga Ramich vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) und der Charité – Universitätsmedizin Berlin hat gemeinsam mit ihrem Team nun erstmals am Menschen gezeigt:
Die zeitliche Verteilung der Aufnahme von Kohlenhydraten und Fetten verändert die Aktivität von mehr als tausend Genen im Fettgewebe über den Tag hinweg. Darunter Gene, die den Zucker- und Fettstoffwechsel sowie Entzündungsprozesse steuern.
Stoffwechsel und innere Uhr
Der menschliche Stoffwechsel wird von der inneren Uhr gesteuert und folgt sogenannten zirkadianen Rhythmen. Viele Prozesse wie die Zuckeraufnahme, Fettverbrennung oder Hormonfreisetzung oszillieren im Tagesverlauf. Das bedeutet, sie schwanken und weisen charakteristische 24-stündige Rhythmen auf. Wenn Nährstoffe außerhalb der für die inneren Rhythmen optimalen Zeitfenster konsumiert werden, könnte das langfristig Stoffwechselstörungen begünstigen.
Das Forschungsgebiet der Chrononutrition untersucht die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen, um Essenszeiten optimal zu timen, die Stoffwechselgesundheit zu steigern und chronische Erkrankungen zu verhindern.
Fette zum Frühstück oder zum Abendbrot?
Prof. Olga Ramich vom DIfE und ihr Team untersuchten erstmalig an Menschen, ob der Zeitpunkt der Aufnahme von Kohlenhydraten und Fetten die tageszeitliche Genexpression im Unterhautfettgewebe unabhängig von der Kalorienaufnahme verändert.
Dafür nutzten sie Daten aus einer kontrollierten Ernährungsstudie im Crossover-Design, an der 29 übergewichtige Männer ohne Diabetes teilnahmen. Die Probanden folgten jeweils 4 Wochen lang 2 unterschiedlichen Ernährungsplänen, die hinsichtlich ihrer Kalorienmenge identisch (isokalorisch) waren. Während einer Ernährungsintervention nahmen sie morgens viele Kohlenhydrate und abends viel Fett auf, bei der zweiten Intervention war es genau anders herum.
Aufgrund des verwendeten Crossover-Ansatzes erhielten alle Teilnehmer beide Interventionen, sodass individuelle Unterschiede in der Stoffwechselantwort besser isoliert werden konnten.
Das Studienteam entnahm den Teilnehmern vor und nach jeder Ernährungsintervention zu verschiedenen Tageszeiten jeweils 3 Proben aus dem Unterhautfettgewebe. In Kooperation mit Prof. Achim Kramer vom Arbeitsbereich Chronobiologie der Charité wurde daraufhin das Transkriptom analysiert. Das Transkriptom stellt ein dynamisches Abbild der Genaktivität dar.
Deutliche Unterschiede im Fettgewebe
Ramich und ihr Team charakterisierten die Genrhythmen im Unterhautfettgewebe und konnten feststellen: Die tageszeitliche Nährstoffverteilung veränderte das oszillierende und nicht-oszillierende Transkriptom.
Die Analysen zeigten, dass 1386 Gene im untersuchten Fettgewebe tageszeitlichen Oszillationen unterliegen. Viele dieser Gene sind mit dem Glukose- und Fettstoffwechsel oder mit Entzündungsprozessen assoziiert. Die Wissenschaftler*innen stellten fest, dass der Zeitpunkt der Makronährstoffaufnahme die tageszeitliche Genexpression von fast einem Drittel der oszillierenden Gene im Fettgewebe beeinflusste. Manche Gene wiesen veränderte Rhythmenparameter auf, andere stellten die Oszillation ein oder, umgekehrt, nicht-oszillierende Gene wurden zu oszillierenden.
- Der Verzehr von fettreicher Kost am Morgen und kohlenhydratreicher Nahrung am Abend führte zu einer Verbesserung der Marker für die Insulinsensitivität im untersuchten Fettgewebe.
- Eine Verschiebung der Fettaufnahme in den Abend hingegen erhöhte die Aktivität von Entzündungsgenen. Das könnte ein Hinweis auf einen frühen proinflammatorischen Zustand im Fettgewebe sein. Dieser gilt als Risikofaktor für die Entstehung metabolischer Erkrankungen wie Adipositas und Typ-2-Diabetes gilt.
Neuer Ansatz für Prävention
„Unsere Ergebnisse bestätigen erste Erkenntnisse, dass die Verschiebung der Makronährstoffverteilung über den Tag die metabolischen Prozesse im Fettgewebe messbar beeinflusst“, sagt Ramich. „Späte, fettreiche Mahlzeiten könnten vielleicht ungünstige molekulare Prozesse anstoßen, die möglicherweise langfristig Entzündungen und Stoffwechselprobleme fördern.“
Die Forschenden sehen in ihren Ergebnissen neue Ansatzpunkte für die Prävention von Übergewicht und Typ-2-Diabetes. „Neben Kalorienmenge und Nährstoffzusammensetzung könnte zukünftig auch das Mahlzeiten-Timing ein wichtiger Bestandteil personalisierter Ernährungsempfehlungen sein“, erklärt Ramich.
Allerdings betonen die Wissenschaftler*innen, dass größere und langfristige Interventionsstudien nötig sind, um gesundheitliche Auswirkungen oder gar Empfehlungen für unterschiedliche Bevölkerungsgruppen, wie z. B. Frauen und/oder Menschen mit Diabetes, abzuleiten. Auch mechanistische Studien in Zellkultur- oder tierexperimentellen Modellen könnten helfen, den Zusammenhang zwischen zirkadianen Änderungen im Fettgewebe und dem Gesamtstoffwechsel genauer zu untersuchen.
Hintergrund: Studiendesign
In der kontrollierten Crossover-Studie wurden übergewichtige, nicht-adipöse männliche Probanden ohne Diabetes randomisiert 2 isokalorischen 4-wöchigen Diäten zugewiesen:
- kohlenhydratreiche (65 Energieprozent (EN %) Kohlenhydrate, 20 EN % Fett und 15 EN % Protein) Mahlzeiten zwischen 6:00 Uhr und 13:30 Uhr und fettreiche (35 EN % Kohlenhydrate, 50 EN % Fett und 15 EN % Protein) Mahlzeiten zwischen 16:30 Uhr und 22:00 Uhr gegenüber
- der umgekehrten Reihenfolge der Mahlzeiten.
Innerhalb jeder Diät wurde die Energiezufuhr gleichmäßig auf den Vormittag und den Nachmittag verteilt. Auf die 4-wöchigen Interventionen folgten 12-stündige Untersuchungstage mit kohlenhydratreichen und fettreichen Mahlzeitentoleranztests. Die Proben aus dem Unterhautfettgewebe wurden drei Mal während des Untersuchungstags – morgens, mittags und abends – entnommen.
Transkriptom
Gesamtheit aller Transkripte (RNA-Moleküle) in einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt. Das Transkriptom umfasst sowohl kodierende als auch nicht-kodierende RNAs. Im Gegensatz zum statischen Genom (DNA) stellt es ein dynamisches Bild der aktiven Genexpression dar.
Quelle: Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke
