Intermittierendes Fasten: Ist Autophagie der Schlüssel für ein langes, gesundes Leben?

Wer sich ernsthaft mit dem Thema intermittierendes Fasten oder Fasten allgemein beschäftigt, der wird früher oder später über den Begriff der "Autophagie" beziehungsweise Autophagozytose stolpern. Dabei handelt es sich um einen Prozess, in dem die Zellen eigene Bestandteile abbauen und direkt zum Aufbau neuer Strukturen wieder verwerten, um sich zu regenerieren. Entsprechend wurde der Begriff zu einem heißen Thema, der in der Gesundheits- und Fitnessindustrie dazu verwendet wurde, spezielle Produkte und Diäten zu vermarkten, die die Gesundheit fördern und das Leben verlängern sollen. Doch was ist dran an diesen Behauptungen? Wie wichtig ist die Autophagie und lohnt es sich, sie durch spezielle Maßnahmen zu fördern?

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Was ist Autophagie überhaupt?

Unter dem Begriff der Autophagie verstehen wir einen zellulären Prozess, in dem fehlerhafte Proteine, geschädigte Organellen und manchmal auch ganze Zellen in ihre Einzelteile zerlegt werden, um diese zum Aufbau und zur Regeneration der Zellen zu recyclen oder nutzbare Energie daraus zu gewinnen [1]. Der Begriff stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie "sich selbst verzehrend". Wenngleich das Thema erst seit Kurzem in der Gesundheits- und Fitnessindustrie heiß debattiert wird, kennen Wissenschaftler diesen Prozess bereits seit Jahrzehnten [2]. Genau genommen geht die Entdeckung auf den französischen Wissenschaftler Christian de Duve zurück, der ebenfalls das Lysosom entdeckte und sich damit 1974 einen Nobelpreis verdiente.

Um den Begriff zu verstehen, müssen wir zunächst betrachten, wie eine Zelle funktioniert. Um Energie herstellen zu können, müssen spezielle Zellorganellen, die Mitochondrien, Nährstoffe in Adenosintriphosphat, abgekürzt ATP, umwandeln. ATP wiederum ist die Form der Energie, die universelle Energieform des Körpers, die in allen Stoffwechselvorgängen verwendet wird und uns am Leben erhält. Deshalb werden die Mitochondrien auch als "Kraftwerke der Zellen" bezeichnet. Wie jedes andere Kraftwerk auch produzieren die Mitochondrien Abfallprodukte, von denen sich die Zelle reinigen muss. In diesem Fall bestehen sie aus geschädigten oder abgestorbenen Zellteilen und ungenutzten Proteinen.

Autophagie
Das Phagophore beginnt sich zu aktivieren und auszudehnen, um ein Autophagosom zu bilden und Abfallprodukte sowie fehlerhafte Bestandteile innerhalb der Zelle einzusammeln. Das ausgereifte Autophagosom fusioniert mit einem Lysosom, welches den Inhalt des Autophagosoms in Aminosäuren und Fettsäuren zerlegt [3].
Die Beseitigung der Abfallprodukte ist wichtig, da sie sich sonst ansammeln und die Zelle in ihrer Funktion behindern [4]. Zu diesem Zwecke patrouillieren Lysosomen innerhalb der Zelle, welche Verdauungsenzyme enthalten, um die Abbauprodukte aufzunehmen und in Aminosäuren und Fettsäuren zu zerlegen. Ebenso attackieren sie Bakterien und Viren und sind so an der Immunabwehr beteiligt [5, 6]. Man kann sich Lysosomen vorstellen wie zelluläre Hausmeister und Autophagie als die Art und Weise, wie sie ihren Job machen. Doch sie machen mehr, als nur aufräumen und putzen. Wenn eine Zelle infiziert, kanzerogen oder so sehr geschädigt ist, dass sie nicht mehr repariert werden kann, zerstören Lysosomen die gesamte Zelle und recyclen ihre Bestandteile.

Wie der Prozess die Gesundheit beeinflusst

Autophagie ist nicht nur gesund, sie ist absolut essenziell für unser Überleben. Sie findet in jeder Zelle des Körpers statt und wenn sie gehemmt wird, steigt das Risiko für eine Vielzahl von Erkrankungen. Forscher können den Prozess bei Mäusen durch Medikamente ausschalten. Dabei hat man beobachtet, dass die Tiere zahlreiche Probleme wie Krebs, Dysfunktionen von Herz und Leber, eingeschränktes Wachstum, Anämie und Übergewicht entwickelten [7].

Die meisten Studien zur Autophagie wurden zwar an isolierten Zellen oder Tieren durchgeführt, allerdings ist man sich heute einig darüber, dass der Prozess auch beim Menschen eine wichtige Rolle in der Abwehr von Krankheiten und Dysfunktionen spielt. Aus diesem Grund behaupten manche Personen, Autophagie würde den Alterungsprozess rückgängig machen, gegen neurodegenerative Krankheiten schützen und das Risiko für Krebs und Herzerkrankungen senken. 

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Autophagie und der Alterungsprozess

Der Begriff der Alterung beschreibt einen progressiven Rückgang der körperlichen Funktionen. Diese können sich auf viele Wege manifestieren, darunter eine verminderte Regeneration nach dem Training, eine reduzierte Insulinsensitivität, ein Verlust der Gelenkfunktion und mehr. Ebenso geht der Alterungsprozess mit einem gesteigerten Risiko für viele Erkrankungen wie Krebs, Herzkrankheiten und Demenz einher [8]. Ältere Zellen enthalten mehr Abfallprodukte und zumindest bei Mäusen, Würmern und Fruchtfliegen ist die Alterung mit einem Rückgang der Autophagie assoziiert [9, 10].

Einige Menschen glauben daher, dass jegliche Erscheinungen des Alters, egal ob Falten oder Kraftverlust, durch die Steigerung der Autophagie geheilt werden könnten. Ob diese Annahme korrekt ist oder nicht, können wir zum aktuellen Zeitpunkt nicht durch Studien feststellen. Die Evidenz bestätigt jedoch, dass Autophagie den Alterungsprozess beim Menschen beeinflusst [11]. Allerdings gibt es bisher keine verlässliche Möglichkeit, diesen Prozess zu regulieren.

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Die gesamte Annahme, dass eine gesteigerte Autophagie zu einer gehemmten Alterung führt, geht auf den Hype rund um die Telomere vor einigen Jahren zurück. Forscher fanden heraus, dass die Lebensspanne unserer Zellen zu einem großen Teil durch fingerförmige Strukturen am Ende unserer DNA-Stränge bestimmt wird, den Telomeren [12]. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, werden die Telomere ein wenig kürzer, wodurch die Theorie entstand, dass es möglich sei, den Alterungsprozess zu verlangsamen, indem man das Schrumpfen der Telomere rückgängig macht [13].

Durch diese Beobachtungen und Annahmen wurde Mitte der 1970er Jahre eine ganze Reihe von Untersuchungen ausgelöst. Fast fünf Jahrzehnte später wissen wir bereits deutlich mehr über die Funktion dieser Strukturen, doch haben wir bis heute keine verlässliche Möglichkeit, ihre Länge zu messen, ihr Schrumpfen zu hemmen oder sie sogar zu verlängern [14, 15]. Mit anderen Worten: Die Wissenschaft zu diesem Thema ist uns bisher genauso nützlich wie das Bild eines Wasserglases für einen Menschen in der Wüste und ähnlich sieht es mit der Autophagie aus.

Autophagie
Als Telomere bezeichnet man die fingerförmigen Enden der DNA-Stränge, welche sich bei jeder Zellteilung verkürzen und entsprechend einen Alterungsprozess anzeigen.

Autophagie und neurodegenerative Erkrankungen

Der Begriff "Neurodegenerative Erkrankungen" beinhaltet jede Art von Krankheiten, die den Verlust der Struktur und Funktion des Nervensystems, insbesondere des Gehirns, umfasst [16]. Bekannte Beispiele dafür sind Parkinson, Alzheimer und Multiple Sklerose. Man geht davon aus, dass fehlerhaft gefaltete Proteine, die sich in den Nervenzellen ansammeln, zur Entstehung dieser Krankheiten beitragen können [17]. Da diese Proteine im Prozess der Autophagie abgebaut werden, nimmt man an, dass eine reduzierte Autophagie eine Ursache für diese Krankheiten darstellen könnte [18, 19].

Autophagie und Krebs

Krebs ist eine Erkrankung, die aufgrund von unkontrollierten Gruppen abnormaler Zellen in einem Teil des Körpers hervorgerufen wird. Wenn sich diese fehlerhaften, kanzerogenen Zellen unkontrolliert vermehren, können sie sich in eine Masse namens Tumor formieren. Über die Zeit kann dieser dann zahlreiche körperliche Funktionen beeinträchtigen und eventuell zum Tode führen. Tatsächlich hat jeder von uns Krebszellen im Körper, doch in den meisten Fällen können diese erkannt und zerstört werden, bevor sie problematisch werden. Dies geschieht durch den Prozess der Autophagie [19, 20].

Können wir die Autophagie durch intermittierendes Fasten steigern?

Bisher sind wir nicht in der Lage, den Prozess der Autophagie direkt zu messen. Allerdings haben Forscher beobachtet, dass bestimmte Biomarker dieses Prozesses im Fastenzustand ansteigen [21]. Die genauen Mechanismen würden den Rahmen dieses Artikels sprengen, doch im Kern kann man sagen, dass die Autophagie, gemessen anhand dieser Parameter, sinkt, wenn der Spiegel an Insulin und Aminosäuren im Blut ansteigt [22]. Andersherum steigt der Prozess, wenn der Insulin- und Aminosäurenspiegel fällt.

Die genauen Gründe dafür sind bisher nicht abschließend geklärt, doch Forscher gehen aktuell von mehreren Erklärungsansätzen aus. Zum einen könnte die Notwendigkeit der Autophagie für die Zelle sinken, wenn genügend neue Bausubstanz und Energie über die Nahrung zur Verfügung stehen. Außerdem könnte die Autophagie eine Nebenwirkung anderer biologischer Prozesse sein. Beispielsweise steigt im Fastenzustand die Aktivität von AMPK, einem Signalmolekül, welches für die Bereitstellung von Energie verantwortlich ist und zeitgleich die Autophagie steigert [23, 24].

Wie bereits erwähnt, basieren diese Beobachtungen und Annahmen bisher nur auf der Messung von Biomarkern, von denen die Forschung annimmt, dass sie mit der Autophagie zusammenhängen [25]. Das ist ein wichtiger Punkt, denn viele selbsternannte Experten verkaufen diese bisherigen Annahmen als sichere Erkenntnisse. Zwar ist die Interaktion zwischen dem Fasten und der Autophagie ein interessantes Thema, doch ist an dieser Stelle noch eine Menge Forschung nötig, um die verbleibenden Fragen zu klären. Dennoch preisen zahlreiche Internet-Gurus das Intervallfasten als essenzielle Maßnahme an, den Alterungsprozess zu hemmen und vor Krankheiten zu schützen.

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Um ihre Thesen zu stützen, werden oftmals dubiose Studien gezeigt, wie die von Junya Yamamoto und Kollegen, in der man Mäuse für ein bis zwei Tage fasten ließ und zu der Schlussfolgerung kam, dass man quasi jedem Organ des Körpers neues Leben eingehaucht habe [26]. Tatsächlich stützen sich viele Berichte im Internet auf diese Ergebnisse. Wenn wir sie uns jedoch genauer ansehen, sollten uns die Methoden stutzig machen. Tatsächlich nahmen die Forscher acht Mäuse und gaben der Hälfte von ihnen unlimitierten Zugang zu Futter, während man die andere Gruppe über zwei Tage hungern ließ. Anschließend schläferte man die Mäuse ein und analysierte ihr Blut, um die Autophagie über bestimmte Marker zu messen.

Allerdings gibt es einige Probleme mit dieser Studie. Einerseits ist sie mit acht Tieren und zwei Tagen nicht repräsentativ, um auf die menschliche Gesundheit zu schließen. Weiterhin verloren die fastenden Mäuse nach einem Tag 17 Prozent ihres Körpergewichts und nach zwei Tagen insgesamt 23 Prozent. Müssten Menschen genauso viel Gewicht verlieren, um eine signifikante Steigerung der Autophagie zu erfahren? Würden die Vorteile verschwinden, sobald man das Ausgangsgewicht wieder erreicht hat? Würde man die gleichen Effekte erhalten, wenn man das Gewicht über einen längeren Zeitraum hinweg verliert? Keine der bisherigen Studien, inklusive dieser, bieten eine Antwort. Zu guter Letzt sind die angesprochenen Blutmarker bisher nicht vollständig verlässlich, um die Autophagie zu beurteilen.

Daher sind Studien wie diese zwar interessanter Input für zukünftige Untersuchungen, doch stellen noch lange keinen Beweis dafür dar, dass intermittierendes Fasten eine effektive und wissenschaftlich bestätigte Möglichkeit darstellt, länger und gesünder zu leben. Zumal wir bisher zu wenig darüber wissen, wie Autophagie den Alterungsprozess beim Menschen beeinflusst.

Tatsächlich ist bisher sogar unklar, ob eine gesteigerte Autophagie überhaupt gesund wäre, wenn wir dazu in der Lage wären, sie zu verstärken. Obwohl der Prozess notwendig ist, um die Zellen von Abbauprodukten zu befreien, umfasst er ebenfalls die Zerstörung von Zellen. Ein gutes Beispiel dafür, wie wenig wir über das Thema wissen, bietet eine Studie, die gemessen an Blutmarkern eine höhere Autophagie in übergewichtigen Menschen beobachtete als in normalgewichtigen Probanden sowie einen höheren Grad dieses Prozesses in größeren Fettzellen mit einer geringeren Insulinsensitivität als in kleinen Fettzellen mit hoher Insulinsensitivität [27]. Mit anderen Worten: Die Autophagie scheint in weniger gesunden Menschen und Zellen höher zu sein als in gesunden. Dies versetzt der Annahme, eine höhere Autophagie sei automatisch gesund, einen Dämpfer.

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Die Forscher waren sich selbst nicht einig, warum dies der Fall war. Eventuell steigert der Körper den Prozess, um mit dem gesteigerten Einstrom von Proteinen fertig zu werden. Ebenfalls zogen die Forscher die Möglichkeit in betracht, dass die gesteigerte Autophagie einem Prozess angehört, der dem gesteigerten Zelltod von vergrößerten Fettzellen unterliegt, wenn sie durch die Fettspeicherung so stark angeschwollen sind, dass sie zu bersten drohen. Diese Ergebnisse wurden durch eine weitere Studie bestätigt, die eine gesteigerte Autophagie der Fettzellen bei übergewichtigen Menschen und Mäusen beobachtete [28].

Menschen benötigen einen gewissen Grad der Autophagie für die optimale Funktion der Zellen. Der Körper scheint diesen Prozess je nach Bedarf zu steigern oder zu senken. Zu versuchen, die Autophagie zusätzlich zu steigern, ist nicht zwangsweise besser, als einen gesunden Lebensstil zu pflegen und den Körper selbst das Tempo angeben zu lassen. Basierend auf den bisherigen Erkenntnissen ist es möglich, dass wir durch eine gute Ernährung und Bewegung bereits genügend unternehmen, um die Vorteile der Autophagie auch ohne intermittierendes Fasten voll auszuschöpfen.

Mehrere Studien haben beobachtet, dass körperliche Aktivität die Expression von Genen steigert, die für die Autophagie verantwortlich sind [29, 30, 31]. Weitere Daten deuten darauf hin, dass die Autophagie ebenfalls mit den Schlafzyklen verbunden ist [32, 33]. Wie wir bereits in unserem Artikel über den Einfluss von Schlaf auf die kognitive Leistung erläutert haben, werden im Schlaf Stoffwechselprodukte im Sinne der Autophagie abgebaut. Wenn dieser Prozess durch Schlafmangel gestört ist, können diese zu Ablagerungen an den Nervenzellen im Gehirn führen und zur Entstehung von Demenz beitragen.

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Fazit und Zusammenfassung

Autophagie ist ein zellulärer Prozess, in dem verschiedene Stoffwechselprodukte oder ganze Zellen recycelt werden. Er ist essenziell für die Funktion des Körpers und wenn er beeinträchtigt wird, steigt das Risiko zahlreicher Erkrankungen. Oftmals wird behauptet, dass eine Steigerung der Autophagie den Alterungsprozess verlangsamen oder rückgängig machen kann, gegen neurodegenerative Erkrankungen schützt sowie das Risiko für Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen reduziert.

Es ist sehr gut möglich, dass Autophagie in all diesen Prozessen eine Rolle spielt. Allerdings ist unklar, ob die bewusste Steigerung durch spezielle Maßnahmen wie Fasten oder spezielle Supplements die Gesundheit und Lebensspanne steigert. Stattdessen sollte man sich auf eine ausgewogene Ernährung, einen aktiven Lebensstil und ausreichend Schlaf fokussieren, um den Körper die besten Umstände zur Verfügung zu stellen, die Autophagie von selbst auf den zellulären Bedarf anzupassen und zu regulieren.


Primärquelle: Michael Matthews: "Is Autophagy the Secret to Health and Longevity? What 36 Studies Say", www.legionathletics.com

Literaturquellen:

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  2. Ohsumi, Yoshinori. "Historical landmarks of autophagy research." Cell research 24.1 (2014): 9-23.
  3. Li, Faping, et al. "Autophagy modulation in bladder cancer development and treatment." Oncology reports 42.5 (2019): 1647-1655.
  4. Jiang, Peidu, and Noboru Mizushima. "Autophagy and human diseases." Cell research 24.1 (2014): 69-79.
  5. Chiramel, Abhilash I., Nathan R. Brady, and Ralf Bartenschlager. "Divergent roles of autophagy in virus infection." Cells 2.1 (2013): 83-104.
  6. Casanova, James E. "Bacterial autophagy: offense and defense at the host–pathogen interface." Cellular and molecular gastroenterology and hepatology 4.2 (2017): 237-243.
  7. Kuma, Akiko, Masaaki Komatsu, and Noboru Mizushima. "Autophagy-monitoring and autophagy-deficient mice." Autophagy 13.10 (2017): 1619-1628.
  8. Niccoli, Teresa, and Linda Partridge. "Ageing as a risk factor for disease." Current biology 22.17 (2012): R741-R752.
  9. Levine, Beth, and Guido Kroemer. "Autophagy in the pathogenesis of disease." Cell 132.1 (2008): 27-42.
  10. Martinez-Vicente, Marta, and Ana Maria Cuervo. "Autophagy and neurodegeneration: when the cleaning crew goes on strike." The Lancet Neurology 6.4 (2007): 352-361.
  11. Rubinsztein, David C., Guillermo Mariño, and Guido Kroemer. "Autophagy and aging." Cell 146.5 (2011): 682-695.
  12. Corey, David R. "Telomeres and telomerase: from discovery to clinical trials." Chemistry & biology 16.12 (2009): 1219-1223.
  13. Shammas, Masood A. "Telomeres, lifestyle, cancer, and aging." Current opinion in clinical nutrition and metabolic care 14.1 (2011): 28.
  14. Starkweather, Angela R., et al. "An integrative review of factors associated with telomere length and implications for biobehavioral research." Nursing research 63.1 (2014): 36.
  15. Gotlib, I. H., et al. "Telomere length and cortisol reactivity in children of depressed mothers." Molecular psychiatry 20.5 (2015): 615-620.
  16. Gitler, Aaron D., Paraminder Dhillon, and James Shorter. "Neurodegenerative disease: models, mechanisms, and a new hope." (2017): 499-502.
  17. Gitler, Aaron D., Paraminder Dhillon, and James Shorter. "Neurodegenerative disease: models, mechanisms, and a new hope." (2017): 499-502.
  18. M Ashraf, Ghulam, et al. "Protein misfolding and aggregation in Alzheimer’s disease and type 2 diabetes mellitus." CNS & Neurological Disorders-Drug Targets (Formerly Current Drug Targets-CNS & Neurological Disorders) 13.7 (2014): 1280-1293.
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  20. Yun, Chul Won, and Sang Hun Lee. "The roles of autophagy in cancer." International journal of molecular sciences 19.11 (2018): 3466.
  21. Longo, Valter D., and Mark P. Mattson. "Fasting: molecular mechanisms and clinical applications." Cell metabolism 19.2 (2014): 181-192.
  22. Ribeiro, M., et al. "Insulin decreases autophagy and leads to cartilage degradation." Osteoarthritis and Cartilage 24.4 (2016): 731-739.
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  24. Kim, Joungmok, et al. "AMPK and mTOR regulate autophagy through direct phosphorylation of Ulk1." Nature cell biology 13.2 (2011): 132-141.
  25. Yoshii, Saori R., and Noboru Mizushima. "Monitoring and measuring autophagy." International journal of molecular sciences 18.9 (2017): 1865.
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  30. He, Congcong, Rhea Sumpter, Jr, and Beth Levine. "Exercise induces autophagy in peripheral tissues and in the brain." Autophagy 8.10 (2012): 1548-1551.
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