Metabolisches Syndrom in Verbindung mit Kältetoleranz

15. Februar 2008

Forscher der University of Chicago haben entdeckt, dass viele der genetischen Variationen, die es der menschlichen Bevölkerung ermöglicht haben, kälteres Klima zu tolerieren, auch ihre Anfälligkeit für das metabolische Syndrom beeinflussen können, eine Ansammlung verwandter Anomalien wie Fettleibigkeit, erhöhter Cholesterinspiegel, Herzerkrankungen und Diabetes.

Vor mehr als 100 Jahren stellten Wissenschaftler fest, dass Menschen in kälteren Regionen sperriger waren und relativ kürzere Arme und Beine hatten. In den 1950er Jahren fanden Forscher Korrelationen zwischen kälteren Klimazonen und einem erhöhten Body-Mass-Index (BMI), einem Maß für Körperfett, basierend auf Größe und Gewicht.

Nun haben Wissenschaftler in einer Studie, die in der Februar-Ausgabe der Open-Access-Zeitschrift PLoS Genetics veröffentlicht wurde, eine starke Korrelation zwischen dem Klima und mehreren der genetischen Variationen gefunden, die das Risiko des metabolischen Syndroms zu beeinflussen scheinen, im Einklang mit der Idee, dass diese Varianten eine entscheidende Rolle bei der Anpassung an die Kälte spielten. Die Forscher berichten, dass einige Gene, die mit Kältetoleranz assoziiert sind, eine schützende Wirkung gegen die Krankheit haben, während andere das Krankheitsrisiko erhöhen.

“Unsere frühesten menschlichen Vorfahren lebten in einem heißen, feuchten Klima, in dem die Wärmeverteilung eine wichtige Rolle spielte”, sagte Anna Di Rienzo, Professorin für Humangenetik an der Universität von Chicago. “Da einige Bevölkerungsgruppen aus Afrika in viel kühlere Klimazonen ausgewandert sind, hätte es Druck gegeben, sich an ihre neuen Einstellungen anzupassen, indem die Prozesse, die Wärme erzeugen und speichern, verstärkt wurden.”

“Tausende von Jahren später”, sagte sie, “in einer Zeit, die eine weit verbreitete Zentralheizung mit einem Überangebot an Nahrungsmitteln kombiniert, haben diese genetischen Veränderungen eine andere Bedeutung erlangt. Sie verändern unsere Anfälligkeit für eine ganze Reihe neuer Krankheiten wie Fettleibigkeit, koronare Herzkrankheit und Typ-2-Diabetes.”

Die Forscher suchten nach Korrelationen zwischen der Häufigkeit genetischer Variationen im Zusammenhang mit dem metabolischen Syndrom und Klimavariablen in weltweiten Bevölkerungsstichproben.

Sie wählten 82 Gene aus, die mit dem Energiestoffwechsel assoziiert sind – viele von ihnen waren zuvor mit dem Krankheitsrisiko verbunden – und suchten nach klimabedingten Variationen in diesen Genen. Sie untersuchten die genetische Variation bei 1.034 Menschen aus 54 Populationen und fanden weit verbreitete Korrelationen zwischen der Häufigkeit bestimmter genetischer Variationen und kälteren Klimazonen, gemessen nach Breitengrad sowie Sommer- und Wintertemperaturen.

Eines der stärksten Selektionssignale kam vom Leptinrezeptor, einem Gen, das an der Regulierung des Appetits und der Energiebilanz beteiligt ist. Eine Version dieses Gens ist in Gebieten mit kälteren Wintern zunehmend verbreitet. Diese Version des Leptinrezeptors ist mit einem erhöhten Atmungsquotienten verbunden – der Fähigkeit, Sauerstoff aufzunehmen und Kohlendioxid freizusetzen -, der eine wichtige Rolle bei der Wärmeerzeugung spielt. Dieses Allel wurde auch mit einem niedrigeren BMI, weniger Bauchfett und einem niedrigeren Blutdruck in Verbindung gebracht und schützt somit vor dem metabolischen Syndrom.

Andere Gene, die je nach Klima variierten, umfassten mehrere, die an der Wärmeproduktion, dem Cholesterinstoffwechsel, dem Energieverbrauch und der Blutzuckerregulation beteiligt waren.
Nicht alle kältetoleranzbedingten Genvarianten schützen vor dem metabolischen Syndrom. Ein erhöhter Blutzuckerspiegel könnte beispielsweise jemanden vor Kälte schützen, indem Kraftstoff für die Wärmeerzeugung leichter verfügbar gemacht wird, erhöht jedoch das Risiko für Typ-2-Diabetes. Die Version eines Gens, bekannt als FABP2, die häufiger wurde, als die Temperaturen fielen, verursacht einen erhöhten BMI, fördert die Fettspeicherung und erhöht den Cholesterinspiegel. Dies würde vor Kälte schützen, aber die Anfälligkeit für Herzerkrankungen und Diabetes erhöhen.

“Alle diese Gene sind wahrscheinlich an metabolischen Anpassungen an kaltes Klima beteiligt”, sagte Di Rienzo, “aber sie haben entgegengesetzte Auswirkungen auf das Risiko des metabolischen Syndroms. Wir vermuten, dass sie sich schnell ausbreiten, wenn sich die Populationen in immer kälteren Klimazonen in höheren Breiten niederlassen, aber in der Neuzeit haben sie eine ganz neue Bedeutung erlangt, da die Kalorienzufuhr aus der Nahrung in die Höhe geschossen ist und der Überlebensvorteil der Wärmeerzeugung durch die Technologie minimiert wurde.”

Die Autoren schlagen vor, dass die Suche nach Genen, die je nach Klima variieren, zusätzliche Hinweise auf das Auftreten von Stoffwechselerkrankungen liefern könnte.

“Die biologischen Prozesse, die die Toleranz gegenüber klimatischen Extremen beeinflussen”, folgern die Autoren, “spielen wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Pathogenese häufiger Stoffwechselstörungen… Unsere Ergebnisse sprechen für eine Rolle der Klimaanpassungen in den biologischen Prozessen, die dem metabolischen Syndrom und seinen Phänotypen zugrunde liegen.”

Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health finanziert. Weitere Autoren sind Angela Hancock, David Witonsky, Adam Gordon, Gidon Eshel, Jonathan Pritchard und Graham Coop von der University of Chicago.