Eine Körpertemperatur von etwa 37°C ist für die meisten Säugetiere kritisch. Aber wie wird dieses empfindliche Gleichgewicht angepasst – zum Beispiel, wenn wir uns in sehr kalten oder sehr heißen Umgebungen befinden? Jetzt untersucht ein Forscherteam diese Frage bei Mäusen. Demnach spielen die sogenannten EP3-Neuronen eine Schlüsselrolle im präoptischen Bereich des Gehirns. Sie sorgen für die richtige Reaktion des Körpers auf Hitze und Kälte und tragen auch zu Fieber bei.
Die Körpertemperatur der meisten Säugetiere liegt bei etwa 37 Grad Celsius. Weicht die Körpertemperatur um wenige Grad vom Normalbereich ab, sind viele Vitalfunktionen gestört. Sowohl Unterkühlung als auch Hitzschlag können schwerwiegende Folgen haben, einschließlich des Todes. Um solche Situationen zu vermeiden, verfügt unser Körper über ein komplexes Temperaturkontrollsystem. Wenn das Wetter heiß ist, erhöht sich die Durchblutung der Haut, um die Wärme abzuleiten, und unser Körper kühlt sich mithilfe des Schwitzens ab. Andererseits verengen sich bei kaltem Wetter oberflächliche Blutgefäße und die Fettverbrennung zur Wärmeerzeugung nimmt zu. Diese Reaktionen werden vom sogenannten präoptischen Bereich des Gehirns, einem Teil des Hypothalamus, gesteuert. Wie genau diese Regelungen funktionieren, war jedoch bisher unklar.
Maus bei Hitze und Kälte
Ein Team um Yoshiko Nakamura von der Universität Nagoya in Japan hat nun die Nervenzellen identifiziert, die für die Regulierung der Körpertemperatur verantwortlich sind, und ihre Funktionsprinzipien entdeckt. Dazu setzten sie Mäuse unterschiedlichen Umgebungstemperaturen aus. Sie setzten die Tiere jeweils zwei Stunden lang in einen Käfig, der auf vier Grad Celsius gekühlt oder auf 36 Grad Celsius oder eine für die Mäuse angenehme Raumtemperatur von 24 Grad Celsius geheizt wurde.
Die Forscher beobachteten die Aktivität von Neuronen im präoptischen Bereich des Gehirns von Mäusen. Sie konzentrierten sich auf sogenannte EP3-Neuronen. Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass diese eine Rolle bei der Thermoregulation spielen können. Sie reagieren unter anderem bei Infektionen auf den Botenstoff Prostaglandin E2 und verursachen in diesem Fall Fieber. Es gibt jedoch noch keine Beweise dafür, dass sie bei der normalen Regulierung der Körpertemperatur eine Rolle spielen, oder einen Einblick in ihre Funktionsweise.
Kontrolle durch Zurückhaltung
Die aktuelle Studie zeigt, dass EP3-Neuronen tatsächlich eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur spielen. „Wurden Mäuse Hitze ausgesetzt, erhöhte dies die Aktivität von EP3-Neuronen deutlich“, berichten Nakamura und Kollegen. Aber bei Raumtemperatur und Kälte war das nicht so. Weitere Untersuchungen ergaben, dass EP3-Neuronen Signale über den Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure (GABA) an andere Neuronen senden, darunter Bereiche des Hypothalamus, die das sympathische Nervensystem aktivieren.
GABA ist einer der wichtigsten Inhibitoren der Nervenstimulation. Wenn also EP3-Neuronen aktiviert werden und GABA freisetzen, hemmt es das sympathische Nervensystem. Während der Sympathikus unter anderem eine Verengung oberflächlicher Blutgefäße bewirkt, führt eine Hemmung dazu, dass sich diese Gefäße erweitern und mehr Wärme abgeben. Auf diese Weise reduziert unser Körper das Risiko eines Hitzschlags.
Die Temperatureinstellung wird künstlich manipuliert
Die Forscher fanden auch heraus, dass EP3-Neuronen bei Raumtemperatur eine gewisse Grundaktivität aufweisen, wodurch das sympathische System anhaltend und leicht gehemmt wird. “Es ist wahrscheinlich, dass EP3-Neuronen im präoptischen Bereich die Signalstärke feinabstimmen können, um die Körpertemperatur fein abzustimmen”, sagt Nakamura. In einer kalten Umgebung wird die Signalstärke reduziert, wodurch das sympathische Nervensystem aktiver werden kann. „Das erhöht die Wärmeproduktion im braunen Fettgewebe und anderen Organen, um einer Unterkühlung vorzubeugen“, erklärt Nakamura. Auch die Aktivität von EP3-Neuronen wird mit Hilfe von Prostaglandin E2 während einer Infektion reduziert, sodass der Sympathikus die Körpertemperatur erhöhen kann.
Die Forscher bestätigten ihre Ergebnisse, indem sie die Aktivität von EP3-Neuronen künstlich veränderten. Und tatsächlich: Die künstliche Aktivierung dieser Neuronengruppe aktiviert auch Mechanismen, die die Körpertemperatur senken, während die Hemmung von EP3-Neuronen zu einem Anstieg der Körpertemperatur führt. Aus Sicht der Forscher können diese Erkenntnisse helfen, Technologien zu entwickeln, die die Körpertemperatur regulieren können. Theoretisch könnte man sich vorstellen, die Körpertemperatur etwas höher als normal einzustellen, um die Fettverbrennung anzukurbeln. „Darüber hinaus könnte diese Technologie zu neuen Strategien für das menschliche Überleben in wärmeren globalen Umgebungen führen, die weltweit zu einem ernsthaften Problem werden“, sagte Nakamura.
Quelle: Yoshiko Nakamura (Nagoya University, Japan) et al., Science Advances, doi:10.1126/sciadv.add5463
