Die Zuckerverteilung im Gehirn gibt Aufschluss darüber, welche Regionen besonders aktiv sind. Sterben Hirnzellen in Folge neurodegenerativer Erkrankungen ab, sinkt der Zuckerbedarf in den entsprechenden Regionen. Das lässt sich mit speziellen Hirnscans, der sogenannten FDG-Positronen-Emissions-Tomographie (FDG-PET), sichtbar machen. Dabei erhält der Patient eine Lösung mit radioaktiv markierter Glukose, die sich im Gehirn verteilt. Die Strahlung, die von den Zuckermolekülen ausgeht, wird dann von einem Scanner erfasst und bildlich dargestellt. Das Verfahren wird unter anderem zur Diagnostik bei Erkrankungen wie Demenz und Parkinson eingesetzt. Allerdings zeigen sich teils paradoxe Ergebnisse, bei denen der Zuckerbedarf zunächst ansteigt statt sinkt.
Glukose nicht nur für Nervenzellen
Ein Team um Xianyuan Xiang von der Ludwigs-Maximilians-Universität München hat nun eine Erklärung für dieses Phänomen gefunden. Bisher gingen Forscher davon aus, dass die Schwankungen der Glukoseverteilung vor allem auf einen unterschiedlichen Glukosebedarf der Nervenzellen im Gehirn zurückgehen. „Glukose ist ein Energieträger. Deshalb geht man davon aus, dass dort, wo sich Glukose im Gehirn ansammelt, der Energiebedarf und demzufolge die Hirnaktivität besonders hoch sind“, erklärt Xiangs Kollege Matthias Brendel. „Die räumliche Auflösung der FDG-PET reicht aber nicht aus, um zu erkennen, in welchen Zellen sich die Glukose anreichert. Letztlich erhält man ein Mischsignal, das nicht nur von Nervenzellen stammt, sondern auch von den Mikroglia und anderen Zelltypen, die im Gehirn vorkommen“, so Brendel.
Um herauszufinden, von welchen Zellen genau das Signal stammt, untersuchten die Forscher zunächst Mäuse, in deren Gehirn sich fehlgefaltete Proteine angelagert hatten – ähnlich wie bei einer Alzheimer-Demenz. Hirnscans dieser Mäuse zeigten im Vergleich zu gesunden Tieren eine deutlich stärkere Glukoseaufnahme. Verabreichten die Forscher den Mäusen dagegen eine Substanz, die die Mikroglia in ihrem Gehirn zerstörte, blieb das verstärkte Glukose-Signal aus. Die Glukoseaufnahme bei diesen Tieren war sogar geringer als bei gesunden, unbehandelten Mäusen. „Das deutet darauf hin, dass die FDG-PET Signalerhöhung im Wesentlichen durch Mikroglia verursacht wird“, folgern die Forscher.
Mikroglia im Frühstadium aktiv
Das Ergebnis bestätigten die Forscher, indem sie Zellen aus den Gehirnen der Mäuse entnahmen, sie im Labor nach Zelltyp sortierten und jeweils einzeln deren Zuckeraufnahme maßen. Es zeigte sich, dass die Mikroglia besonders viel von der radioaktiv markierten Glukose aufnahmen. Im nächsten Schritt wandten sich die Forscher menschlichen Patienten zu. Dazu untersuchten sie 30 Männern und Frauen, die entweder an Alzheimer oder einer anderen Form von Demenz litten. Dabei stellten sie fest, dass die Glukoseaufnahme vor allem in Hirnregionen erhöht war, die noch wenig von der Demenz geschädigt waren. „Die Daten deuten darauf hin, dass die Aktivierung der Mikroglia mit einem erhöhten FDG-PET-Signal in Regionen ohne nennenswerte neuronale Schädigung verbunden ist“, schreiben sie.
