Wie Adipositas über NOX2 Vorhofflimmern fördern kann

Vorhofflimmern, auch A-Fib genannt, bezeichnet einen unregelmäßigen Herzrhythmus, der das Risiko für Schlaganfall, Herzinsuffizienz und sogar einen vorzeitigen Tod erhöht.

Zwar tragen zahlreiche Risikofaktoren zu A-Fib bei, doch einer gewinnt weltweit zunehmend an Bedeutung: Adipositas.

Ich forsche in der Kardiologie. Mein Team und ich haben zentrale Mechanismen aufgedeckt, über die Adipositas die Herzfunktion schädigt. Diese Prozesse gezielt zu beeinflussen, könnte neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen.

Wie Adipositas das Herz belastet

Adipositas ist weit mehr als ein Problem des Körpergewichts – sie verändert die Biochemie des Körpers grundlegend. Dadurch wandelt sich auch der Stoffwechsel, also die Gesamtheit chemischer Reaktionen, die das Funktionieren des Körpers ermöglichen.

Vor allem die erhöhte Konzentration von Fettsäuren, ein typisches Merkmal von Adipositas, setzt die Herzzellen zusätzlich unter Druck.

Fettsäuren können Herzzellen unmittelbar schädigen, indem sie die verstärkte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies auslösen. Diese bestimmten Moleküle können Gewebe beschädigen und normale Zellfunktionen beeinträchtigen.

In der Folge geraten die elektrischen Signale des Herzens aus dem Gleichgewicht, wodurch es unregelmäßig schlägt.

Eine wesentliche Quelle reaktiver Sauerstoffspezies ist NOX2, ein Enzym, das bei Menschen mit Adipositas aktiver ist. NOX2 beeinflusst die Aktivität mehrerer wichtiger Proteine, welche den Herzrhythmus steuern. Zudem fördert es oxidativen Stress in den Vorhöfen, den oberen Herzkammern, und verändert dadurch deren Größe, Form und Funktion. Dieser Umbau des Herzens ist ein entscheidender Auslöser für unregelmäßige Herzrhythmen.

Ein zweigleisiger Ansatz

Mein Team und ich wollten genauer untersuchen, wie NOX2 auf das Herz einwirkt und ob eine gezielte Hemmung das Risiko unregelmäßiger Herzrhythmen bei Menschen mit Adipositas senken könnte.

Dafür verfolgten wir zwei Ansätze.

Zunächst fütterten wir Mäuse mit einer fettreichen Ernährung, um eine mit der beim Menschen vergleichbare Adipositas hervorzurufen. Eine Gruppe dieser Mäuse konnte funktionsfähiges NOX2 bilden, während die andere dazu nicht in der Lage war. Wir prüften Medikamente, die NOX2 gezielt hemmen, und untersuchten, wie anfällig die oberen Herzkammern für unregelmäßige elektrische Rhythmen waren.

Parallel dazu erzeugten wir menschliche Herzmuskelzellen aus den Vorhöfen aus Stammzellen und behandelten sie mit Fettsäuren, um die Folgen von Adipositas nachzubilden. Während das Mausmodell die Auswirkungen von Adipositas auf den gesamten Körper erfassen sollte, ermöglichte das Zellmodell die Untersuchung ihrer Effekte auf das Herz auf zellulärer Ebene.

Wir stellten fest, dass eine erhöhte NOX2-Aktivität sowohl bei adipösen Mäusen als auch in behandelten menschlichen Herzzellen deutliche Veränderungen der elektrischen Eigenschaften des Herzens verursachte. Bei adipösen Mäusen ohne NOX2 fiel das Vorhofflimmern weniger schwer aus als bei adipösen Mäusen mit NOX2.

Auch adipöse Mäuse, die NOX2-Hemmer erhielten, zeigten eine Verbesserung der Schwere ihrer unregelmäßigen Herzrhythmen, wenn auch in geringerem Ausmaß. Darüber hinaus machte die Blockierung von NOX2 in Fettsäuren ausgesetzten Herzzellen die durch die Fettsäurebehandlung ausgelösten Zellveränderungen rückgängig.

Sowohl bei Mäusen als auch in menschlichen Herzzellen verringerte die Hemmung von NOX2 den oxidativen Stress und normalisierte die elektrische Aktivität des Herzens. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass NOX2 eine zentrale Rolle bei der Entstehung von durch Adipositas ausgelösten unregelmäßigen Herzrhythmen spielt.

Bemerkenswert ist, dass NOX2 die Aktivität eines Gens namens PITX2 deutlich erhöht, das mit Veränderungen der elektrischen Herzfunktion verbunden ist.

Unsere Daten zeigten eine verstärkte PITX2-Aktivität sowohl bei adipösen Mäusen als auch in menschlichen Herzzellen. Eine Verringerung der NOX2-Aktivität senkte jedoch unmittelbar die PITX2-Werte. Diese Befunde legen nahe, dass oxidativer Stress und genetische Faktoren an der Entstehung unregelmäßiger Herzrhythmen beteiligt sind.

Vorhofflimmern behandeln

Die bisherigen Behandlungen von Vorhofflimmern, insbesondere bei Patientinnen und Patienten mit Adipositas, konzentrieren sich eher auf die Kontrolle von Beschwerden als auf die physiologischen Veränderungen, die es verursachen.

Unsere Forschung ist noch weit von einer Anwendung in der klinischen Praxis entfernt. Dennoch lässt sie erkennen, dass eine gezielte Hemmung von NOX2 eine neue Behandlungsstrategie bieten könnte, um unregelmäßige Herzrhythmen zu verhindern oder ihre Schwere zu verringern.

Ein weitergehendes Verständnis der an Vorhofflimmern beteiligten genetischen Signalwege, etwa PITX2, könnte künftig stärker personalisierte Therapien ermöglichen.

Indem Forschende die molekularen Mechanismen hinter unregelmäßigen Herzrhythmen genauer entschlüsseln, können sie gezieltere Ansätze entwickeln. Diese könnten die Ursachen direkt angehen und die Behandlungsergebnisse für Menschen verbessern, die sowohl mit Adipositas als auch mit Herzerkrankungen leben.

Arvind Sridhar, Postdoktorand für Kardiologie, University of Illinois Chicago

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz erneut von The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.