Coenzym Q10 kann der Entwicklung von Insulinresistenz und damit Typ-2-Diabetes entgegenwirken

Do, 15.02.2018 - 13:07 — Inge Schuster

Inge SchusterIcon MedizinVon der Presse praktisch unbeachtet, wirft eine eben im Journal eLife erschienene Studie ein neues Licht auf die Entstehung von Insulinresistenz und in Folge von Typ2 Diabetes [1]. An Hand aussagekräftiger Modelle zeigen die Forscher, dass Insulinresistenz mit einer reduzierten Biosynthese und einem daraus resultierendem Mangel an Coenzym Q10 einhergeht. Coenzym Q10 , eine essentielle Komponente in der Energieproduktion der Mitochondrien, macht - sofern ausreichend vorhanden /supplementiert- die in diesem Prozess entstehenden reaktiven Sauerstoffspezies unschädlich und kann damit die Entwicklung von Insulinresistenz verhindern. Diese Befunde bieten auch eine mögliche Erklärung für das offensichtliche Diabetes- Risiko, das mit der Anwendung von Statinen zur Senkung des Cholesterinspiegels einhergeht: Statine können Coenzym Q10 Mangel erzeugen, da sie den ersten Schritt in einem Vielstufenprozess blockieren, der zu Cholesterin und einige Schritte zuvor auch zu Coenzym Q10 führt.

Glukose ist in unserem Organismus zentraler Energielieferant und Baustein für die Biosynthese physiologisch wichtiger Verbindungen. Seine Konzentration im Blut - der sogenannte Blutzuckerspiegel - wird durch ein Zusammenspiel von Hormonen in einem engen Bereich konstant gehalten. Wenn nach dem Essen, vor allem nach kohlehydratreicher Nahrung, der Blutzuckerspiegel ansteigt, schüttet das Pankreas Insulin aus, ein Hormon, welches den Spiegel senkt, indem es die Aufnahme der Glukose aus dem Blut in Körperzellen (von Muskel, Fett, und Leber) und seine Überführung in eine Speicherform initiiert. Bestimmte Voraussetzungen, beispielsweise das Vorliegen einer Adipositas, können zu Störungen in diesem Prozess führen, zur sogenannten Insulinresistenz. Die Insulinresistenz erhöht das Risiko für eine Reihe von Erkrankungen, darunter Diabetes Typ II.

Diabetes, eine globale Epidemie

Diabetes ist Folge zu hoher Blutzuckerspiegel, weil ungenügend oder gar kein Insulin ausgeschüttet wird - Typ- 1-Diabetes -, oder weil die Körperzellen auf Insulin nicht in der richtigen Weise reagieren - Typ-2-Diabetes. Bestehen zu hohe Blutzuckerspiegel aber über längere Zeit, so können Schäden an Organen auftreten und diverse lebensgefährdende Komplikationen hervorrufen, beispielsweise Nierenschäden, Herz/Kreislauferkrankungen, Neuropathien oder auch Retinopathien bis hin zur Erblindung.

Diabetes ist eines der größten Gesundheitsprobleme unseres Jahrhunderts, von dem alle Länder betroffen sind. In der 2017-Ausgabe ihres Diabetes Atlas schätzt die International Diabetes Federation (IDF) die Zahl Erkrankten im Erwachsenenalter (20 - 79 Jahre) auf 425 Millionen, wobei es sich bei mehr als 90 % um Typ-2- Diabetes handelt, und auf rund 4 Millionen Personen, die an den Folgen der Erkrankung starben [2]. Abgesehen von dem Leid der Betroffenen beliefen sich die Kosten der Behandlungen von Diabetes und seinen Folgeschäden laut IDF auf 727 Milliarden US $ [2].

Diese Zahlen werden aber noch weiter steigen: nach Schätzungen des IDF werden im Jahr 2045 bereits 629 Millionen Erwachsene erkrankt sein. Eine besonders hohe Zunahme - z.T auf mehr als das Doppelte- wird dabei für Länder in Afrika und Südostasien erwartet. Abbildung 1. Der Grund dafür liegt im Bevölkerungswachstum und der steigenden Lebenserwartung. Von Typ II Diabetes werden ja Menschen mit steigendem Alter in zunehmendem Maß betroffen: ist im globalen Durchschnitt nur rund 1 % der 20 - 24-Jährigen an Diabetes II erkrankt, so sind es bei 40 - 44 Jährigen bereits rund 8 % und bei Personen um und plus 65 rund 19 %. [2]

Abbildung 1. Diabetes ist eines der größten globalen Gesundheitsprobleme. Schätzungen der International Diabetes Federation für Personen im Erwachsenenalter (20 - 79 Jahre) in 221 Ländern. Die zugrundeliegenden Daten wurden von den einzelnen Ländern zur Verfügung gestellt; bei Ländern mit unzureichender Qualitätskontrolle wurden Daten aus Regionen mit vergleichbarem ethnischen, sozialen und geographischen Hintergrund herangezogen. Die Angaben für Europa (57 Länder) schließen die russische Föderation, Türkei und Grönland mit ein, die Region Südostasien besteht neben einigen kleinen Staaten im wesentlichen aus Indien, der westpazifische Raum (39 Staaten) ist die populationsreichste Region (enthält vor allem China, Indonesien Philippinen, Japan, Australien). (Grafik basiert auf Daten von [2]).

Wie entsteht Insulinresistenz?

Mitochondrien, die Kraftwerke unserer Zellen, spielen offensichtlich eine Schlüsselrolle in der Entwicklung der Insulinresistenz. Mitochondrien erzeugen aus Nährstoffen - Fetten und Zuckern - über die sogenannte Atmungskette das energiereiche Molekül ATP (Adenosintriphosphat), das als universeller Energieträger für die essentiellen energieverbrauchenden Prozesse in unseren Zellen dient. Im Zuge der ATP-Produktion können aber auch potentiell schädliche Produkte erzeugt werden, die unter "reaktive Sauerstoffspezies" (reactive oxygen species - ROS: das sind Sauerstoff-enthaltende instabile radikalische und stabile Oxydantien) subsummiert werden. Bereits frühere Studien hatten darauf hingewiesen, dass ein Zuviel an diesen Oxydantien in Mitochondrien die Insulinresistenz verursachen könnte.

Wodurch entsteht aber das Zuviel an reaktiven Sauerstoffspezies?

Dies analysierte eine neue Studie von australischen Wissenschaftern [1]. Die Forscher haben dazu in insulinresistentem Fett- und Muskelgewebe von Maus und Mensch und in diversen robusten Zellmodellen für Insulinresistenz die Konzentration aller Proteine (auf der Basis des Proteoms und Transkriptoms) und Oxydantien bestimmt. Dabei zeigte sich, dass in allen insulinresistenten Geweben/Modellen die Konzentration des sogenannten Coenzym Q10 deutlich erniedrigt war. Coenzym Q10 ist eine körpereigene, in allen Zellen vorkommende Substanz (Biosynthese und Struktur in Abbildung 2), die essentieller Bestandteil in der Atmungskette der Mitochondrien ist. Wie bereits erwähnt dient diese zur ATP-Gewinnung. Coenzym Q10 fungiert dabei als mobiler Elektronen- und Protonenüberträger zwischen den membrangebundenen Proteinkomplexen I , II und III. Darüber hinaus ist Coenzym Q10 auch in die Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies involviert und kann bei ausreichender Konzentration ein Zuviel davon "abfangen" und unschädlich machen.

Dies bestätigten Versuche, in denen Coenzym Q10 in den insulinresistenten Mäusen und in den Zellmodellen supplementiert und seine Konzentration auf normale Werte angehoben wurde: es normalisierten sich die Spiegel der Oxydantien und in Folge wurde die Entwicklung der Insulinresistenz verhindert [1].

Coenzym Q10 Mangel und Statine

Wie die Versuche zeigten, war der Mangel an Coenzym Q10 in allen untersuchten Modellen auf seine deutlich reduzierte Biosynthese zurückzuführen. Wurden einzelne Schritte in diesem Syntheseweg spezifisch blockiert, so reichte das aus, um verstärkt Oxydantien zu bilden und Insulinresistenz zu erzeugen.

Der Zusammenhang zwischen Mangel an Coenzym Q10 und Insulinresistenz erscheint in Hinblick auf die sogenannten Statine von besonderem Interesse. Statine(beispielsweise Simvastatin, Atorvastatin, Rosuvastatin, etc.) werden weltweit von Millionen Menschen geschluckt, um Cholesterinspiegel und das Risiko für kardiovaskuläre Probleme zu senken. Zu den Nebenwirkungen dieser Verbindungsgruppe zählt u.a. allerdings ein erhöhtes Risiko an Diabetes zu erkranken. Betrachtet man den Wirkungsmechanismus der Statine, so findet man eine plausible Erklärung: Die Cholesterinsynthese ist ein Vielstufenprozess, den Statine bereits in einem frühen Schritt (auf der Stufe der Mevalonsäure) blockieren. Damit blockieren sie aber auch das Ausgangsmaterial für alle Zwischenprodukte, die auf dem Weg zum Cholesterin gebildet werden. Aus einem dieser Zwischenprodukte - dem Farnesyl-pyrophosphat - wird in mehreren Schritten Coenzym Q10 erzeugt. Abbildung 2.

Abbildung 2. Die Synthese von Cholesterin und Coenzym Q10 verlaufen über viele Stufen auf einem gemeinsamen Weg, den Statine in einem frühen Schritt blockieren. Vom Lanosterol, dem ersten cyclisierten 4-Ring-Molekül zum Cholesterin sind 19 Schritte. Stark vereinfachte Darstellung.

Versuche an Kulturen von Fettzellen bestätigten die Hypothese: wurden die Zellen mit Statinen (Simvastatin oder Atorvastatin) behandelt, so führte dies in den Zellen zu reduzierten Coenzym Q10 Spiegeln (natürlich auch zu reduziertem Cholesterin) und in Folge zur Insulinresistenz, die durch Zugabe von Coenzym Q (oder auch des Vorläufers Mevalonsäure) wieder aufgehoben wurde [1].

Ausblick

Coenzym Q10 scheint eine zentrale Rolle in der Prävention und Rückbildung von Insulinresistenz und damit von Typ2 Diabetes zu spielen. Strategien, die zur Erhöhung des Coenzym Q10 Spiegels in Mitochondrien führen, könnten daher wünschenswerte Behandlungsmethoden darstellen. Prinzipiell steht dem nichts entgegen - Coenzym Q ist ein populäres Nahrungsergänzungsmittel und findet sich in Form verschiedenster Kapseln und Tabletten auf den Regalen von Apotheken und Drogeriemärkten. Allerdings wird die Substanz nach oraler Gabe in nur sehr geringem und dazu stark schwankendem Ausmaß in unseren Organismus aufgenommen. Der Grund für die mangelnde Aufnahme aus dem Darm ist das hohe Molekulargewicht (M : 863 D) und der enorm lipophile (fettlösliche) Charakter, der die Substanz in wässrigem Milieu - mit 0.00019 mg/ml - praktisch unlöslich macht ( https://www.drugbank.ca/drugs/DB09270). Hinsichtlich geeigneter Formulierungen zur Verbesserung der Resorption, sind also noch wesentliche Aufgaben zu lösen.

[1] Daniel D. Fazakerley et al., Mitochondrial CoQ deficiency is a common driver of mitochondrial oxidants and insulin resistance. eLife 2018;7:e32111 doi: 10.7554/eLife.32111. https://doi.org/10.7554/eLife.32111.002. (open access, cc-by) [2] IDF Diabetes Atlas 2017 (8th edition) : http://www.diabetesatlas.org (open access)

Weiterführende Links

Coenzym Q10, Video 3,27 min. https://www.youtube.com/watch?v=XR-UutorZeM, Standard-YouTube-Lizenz

Was ist Coenzym Q10? Ubiquinol oder Coenzym Q10 und seine Wirkung. Video 2,05 min. https://www.youtube.com/watch?v=7dO1mXQEBRs

Artikel zu Diabetes/Adipositas im ScienceBlog:

 

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