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Verringern Sie den Sauerstoffgehalt, um die Langlebigkeit zu erhöhen?

Studie an Mäusen legt nahe, dass Sauerstoffmangel die Lebensspanne verlängern könnte

Ein Mäusestamm, der mit einer anormal kurzen Lebensspanne geboren wurde, lebte entgegen den Erwartungen 50 Prozent länger als erwartet, wenn er in eine Umgebung mit geringem Sauerstoffgehalt gebracht wurde, die in etwa dem Basislager des Mount Everest entspricht, berichten Wissenschaftler der Harvard Medical School in einer neuen Studie.


Die Ergebnisse, die am 23. Mai in PLOS Biology veröffentlicht wurden, fügen sich in eine wachsende Liste von Ansätzen ein, die gezeigt haben, dass das Leben in Tiermodellen verlängert werden kann, und liefern den ersten Nachweis, dass die Sauerstoffeinschränkung die Lebensspanne in einem Mausmodell des Alterns verlängern könnte.


Epidemiologische Beobachtungen haben verlockende Hinweise auf ein merkwürdiges Phänomen geliefert: Menschen, die sich in großen Höhen aufhalten, leben tendenziell länger und scheinen weniger anfällig für bestimmte Krankheiten zu sein.


In der neuen Studie versuchten die Forscher herauszufinden, ob sich dieses Ergebnis bei Tieren wiederholen lässt.


"Epidemiologische Studien haben gezeigt, dass Menschen, die in höheren Lagen leben, länger leben und im Alter gesünder bleiben. Wir wollten testen, ob die Einschränkung des Sauerstoffs in einem kontrollierteren Umfeld in unserem Mausmodell des Alterns dasselbe bewirkt", sagte der Hauptautor der Studie, Vamsi Mootha, Professor für Systembiologie am Blavatnik Institute der Harvard Medical School.


Seit jeher versuchen die Menschen, den Tod zu überlisten oder zumindest hinauszuzögern, indem sie ihre natürliche Lebensspanne verlängern, so der Erstautor der Studie, Robert Rogers, ein Postdoktorand im Mootha-Labor.


Dieses Ziel könnte in greifbare Nähe rücken, da in den letzten Jahrzehnten immer mehr Forschungsarbeiten durchgeführt wurden, die das Leben von Zellen in Petrischalen und gewöhnlichen Labortieren wie Spulwürmern, Fruchtfliegen und Mäusen erheblich verlängern.


Zu diesen Strategien gehören Kalorienrestriktion und die Verwendung des Diabetesmedikaments Metformin, des Immunsuppressivums Rapamycin und von Aspirin - allesamt in verschiedenen Testphasen an Tiermodellen und Menschen.


Einige Studien deuten darauf hin, dass eine Sauerstoffrestriktion - d. h. die Begrenzung der Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsluft auf einen Wert, der deutlich unter dem auf Meereshöhe liegt, nämlich etwa 21 % - ebenfalls die Lebensspanne in einer Reihe von Modellen, darunter Fruchtfliegen, Würmer, Hefe und Säugetierzellen in Laborschalen, verlängern kann. Bislang wurde die Sauerstoffrestriktion bei der Alterung von Säugetieren jedoch noch nicht erforscht.


Um diese Idee zu testen, arbeiteten Mootha, Rogers und ihre Kollegen mit einem Stamm von Mäusen, die vorzeitig altern. Diese Tiere erkranken im Alter von 3 oder 4 Monaten an altersbedingten Krankheiten, während normale oder "Wildtyp"-Mäuse etwa zwei Jahre alt werden.


Nachdem die Mäuse etwa vier Wochen nach der Geburt entwöhnt worden waren, brachten die Forscher sie in eine hypoxische Kammer mit einer Sauerstoffkonzentration von nur 11 Prozent, was dem Sauerstoffgehalt am Fuß des Mount Everest entspricht.


Der niedrige Sauerstoffgehalt in der hypoxischen Kammer wurde nicht durch einen verminderten Luftdruck verursacht - der Grund für eine so niedrige Sauerstoffspannung in großen Höhen -, sondern durch die Verdünnung mit Stickstoffgas.


Die durchschnittliche Lebensdauer dieser Mäuse, die bei normalem Sauerstoffgehalt von 21 Prozent lebten, betrug knapp 16 Wochen. Tiere, die in der hypoxischen Kammer untergebracht waren, lebten jedoch im Durchschnitt 24 Wochen, also etwa 50 % länger als erwartet.


Die maximale Lebensdauer dieser Tiere erhöhte sich unter sauerstoffarmen Bedingungen ebenfalls - um etwa 30 Prozent oder etwa 31 Wochen, verglichen mit 26 Wochen bei normaler Sauerstoffkonzentration.


Die Lebensspanne war nicht das einzige Ergebnis, das sich bei den Tieren unter Sauerstoffeinschränkung veränderte, erklärte Rogers.


Die Mäuse, die in der reduzierten Sauerstoffumgebung lebten, behielten auch ihre neurologischen Funktionen länger bei, gemessen an ihrer Leistung bei einem Standardtest für Koordination und Kraft.


Um den Mechanismus hinter diesen Effekten zu verstehen, untersuchten die Forscher die Nahrungsaufnahme, um zu sehen, ob die Tiere weniger aßen, da sich die Kalorienrestriktion in mehreren Tiermodellen als wirksames Mittel zur Verlängerung der Lebensdauer erwiesen hat.


Zur Überraschung der Forscher nahmen die Mäuse, die in der hypoxischen Kammer lebten, etwas mehr Nahrung zu sich als diejenigen, die unter normalen Sauerstoffkonzentrationen lebten. Die Suche nach ungewöhnlicher Genaktivität, DNA-Schäden oder Veränderungen in den Signalwegen bei den sauerstoffarmen Mäusen erbrachte einige verlockende Hinweise, aber keine endgültigen Antworten, so Rogers.


Zukünftige Studien, so fügte er hinzu, sollten untersuchen, ob die Sauerstoffeinschränkung die Lebensspanne von Wildtyp-Mäusen in ähnlicher Weise verlängern kann, sollten versuchen zu definieren, welche Mechanismen für die lebensverlängernden Wirkungen des eingeschränkten Sauerstoffs verantwortlich sein könnten, und bestimmen, ob diese Mechanismen alle Organe betreffen.


Autorenschaft, Finanzierung, Offenlegung


Weitere Autoren waren Hong Wang, Timothy Durham, Jonathan Stefely, Norah Owiti, Andrew Markhard, Lev Sandler und Tsz-Leung To.


Diese Arbeit wurde durch eine Spende der J. Willard and Alice S. Marriott Foundation an Mootha finanziert. Mootha ist Forschungsbeauftragter des Howard Hughes Medical Institute. Rogers wird von der Parker B. Francis Family Foundation Fellowship unterstützt.


Mootha ist Mitglied des wissenschaftlichen Beirats von 5am Ventures. Er ist als Erfinder in den vom Massachusetts General Hospital angemeldeten Patenten über die therapeutische Nutzung von Hypoxie aufgeführt.


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