Die funktionelle Medizin betrachtet den Körper als ein ganzheitliches, komplexes System, in dem verschiedene Faktoren wie Genetik, Umwelt, Ernährung, Psyche, Stress und Lebensstil zusammenwirken. Alle äußeren, aber auch inneren Einflussfaktoren wirken sich auf die biochemischen und physiologischen Prozesse des Körpers aus und entscheiden, je nach Funktionalität, über den Erhalt von Gesundheit oder die Entstehung von Krankheiten.

Der Begriff „oxidativer Stress” bezeichnet einen Zustand, der durch die übermäßige Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und die Beeinträchtigung der körpereigenen antioxidativen Abwehrsysteme gekennzeichnet ist. ROS, zu denen unter anderem Superoxid-Anionen (O2•−) und Hydroxyl-Radikale (OH•) gehören, sind hochreaktive Moleküle, die durch normale Zellatmung in den Mitochondrien entstehen. Während ROS auf niedrigem Niveau eine physiologische Rolle in intrazellulären Signalwegen spielen, führt ihre übermäßige Produktion zu Schäden an Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren, was letztlich zu Zell- und Gewebeschäden führt. Diese Schäden können die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigen und zum Zelltod beitragen, was wiederum die Entwicklung verschiedener Krankheiten begünstigt.

Die Hauptquelle freier Radikale, welche oxidativen Stress verursachen, ist die mitochondriale Atmung. Neben endogenen Quellen wie dem Stoffwechsel von Sauerstoff können exogene Faktoren wie ionisierende Strahlung, UV-Strahlung, Umweltverschmutzung, Zigarettenrauch und bestimmte Medikamente oxidativen Stress auslösen. Chronische Entzündungsprozesse verstärken diesen Stress zusätzlich und fördern die Bildung von ROS.

Die folgende Studie präsentiert die wesentlichen Erkenntnisse zur Rolle des mitochondrialen oxidativen Stresses bei einer Vielzahl von Krankheiten, darunter neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson sowie autoimmune Erkrankungen wie Typ-1-Diabetes. Des Weiteren werden therapeutische Ansätze zur Reduktion von oxidativem Stress erörtert, um neue Behandlungsmöglichkeiten zu eröffnen.

Urolithin A, ein Metabolit, der aus Ellagsäure und Ellagitanninen durch die Darmmikrobiota nach dem Verzehr von Früchten wie Granatäpfeln oder Erdbeeren gebildet wird, hat in den letzten Jahren zunehmende wissenschaftliche Aufmerksamkeit erlangt. Zahlreiche Studien haben die potenziellen gesundheitlichen Vorteile von Urolithin A untersucht, darunter seine Rolle bei der Verbesserung der Herz-Kreislauf-Funktion, der Verringerung von Triglyzeridbildung und der Insulinresistenz sowie seine mögliche krebspräventive Wirkung. Diese vorteilhaften Effekte sind größtenteils auf die antioxidativen Eigenschaften von Urolithin A zurückzuführen, die eine zentrale Rolle bei der Minderung von oxidativem Stress spielen. Oxidativer Stress ist ein wesentlicher Faktor bei der Pathogenese vieler neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und anderen.

Die vorliegende Studie zielt darauf ab, die zytoprotektiven und antioxidativen Eigenschaften von Urolithin A in Neuro-2a-Zellen, einer Maus-Neuroblastom-Zelllinie, zu untersuchen. Diese Zelllinie wird häufig als Modell für neuronale Studien verwendet, da sie in der Lage ist, Mikrotubuli-Proteine zu produzieren und somit als geeignetes Modell für die Untersuchung von neuroprotektiven Mechanismen dient. Speziell wurde untersucht, ob Urolithin A die mitochondriale Aktivität, die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und die Lipidperoxidation in Zellen, die oxidativem Stress ausgesetzt sind, verbessern kann. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen von Urolithin A auf die Aktivität antioxidativer Enzyme sowie auf die Expression von Peroxiredoxinen analysiert. Schließlich wurde die Fähigkeit von Urolithin A, als Radikalfänger zu wirken und die Aktivität zentralnervöser Enzyme zu hemmen, untersucht.

Die Mitophagie, ein spezialisierter Prozess der Autophagie, spielt eine entscheidende Rolle in der zellulären Homöostase durch den Abbau beschädigter Mitochondrien. Diese Funktion ist von fundamentaler Bedeutung, um die Energieeffizienz der Zellen aufrechtzuerhalten und die Akkumulation potenziell schädlicher mitochondrialer Abfallprodukte zu verhindern. In den vergangenen Jahren hat die Erforschung der molekularen Mechanismen, die die Mitophagie steuern, erheblich an Bedeutung gewonnen, insbesondere im Kontext neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson. Ein wesentlicher Faktor in diesem Prozess ist die Aktivität des Proteins TBK1 (Tank-binding kinase 1), welches eine Serin/Threonin-Kinase ist und in zahlreiche zelluläre Prozesse involviert ist, darunter die angeborene Immunität, den Zellzyklus und die Apoptose. Des Weiteren ist TBK1 an der Phosphorylierung von Autophagie-Adaptoren beteiligt, welche eine entscheidende Rolle bei der selektiven autophagischen Entfernung beschädigter Mitochondrien einnehmen. Die aktuelle Studie fokussiert auf die Interaktion zwischen TBK1 und dem Autophagie-Adapter Optineurin (OPTN), welcher als zentrale Plattform für die Aktivierung von TBK1 fungiert.

Die Photobiomodulation (PBM) ist ein wachsendes Forschungsfeld in der biomedizinischen Wissenschaft. Es beschäftigt sich mit der Nutzung spezifischer Lichtwellenlängen zur Modulation zellulärer Funktionen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Anwendung von Licht im roten bis nahinfraroten Bereich (650 nm bis 900 nm) signifikante Effekte auf mitochondriale Aktivitäten hat. Dazu zählen eine Steigerung der Adenosintriphosphat (ATP)-Produktion und eine Verringerung der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies. Angesichts des wachsenden Interesses an nicht-invasiven Therapieverfahren könnte die PBM-Technologie ein vielversprechendes Werkzeug in der Behandlung und Prävention von Stoffwechselerkrankungen sein. Die vorliegende Studie untersucht die Hypothese, dass die PBM mit 670 nm Licht dazu beitragen kann, den Blutzuckerspiegel nach Mahlzeiten zu senken. Dies könnte potenziell schädliche Schwankungen der Glukosekonzentration im Blut reduzieren.

Die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas und ihren assoziierten metabolischen Komplikationen wie Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen hat weltweit in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Es ist daher notwendig, die zugrundeliegenden molekularen und zellulären Mechanismen besser zu verstehen, um wirksame Präventions- und Behandlungsstrategien zu entwickeln. Ein Schlüsselelement in der Pathogenese der Fettleibigkeit und ihrer Begleiterkrankungen ist die mitochondriale Dysfunktion. Mitochondrien sind für die Energieversorgung der Zellen verantwortlich und spielen eine zentrale Rolle im Stoffwechsel. Ihre Funktion und Dynamik sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der zellulären Energiehomöostase und der metabolischen Gesundheit.

Die vorliegende Studie untersucht die Rolle der mitochondrialen Dysfunktion bei der Entstehung von Übergewicht und Adipositas und den damit einhergehenden metabolischen Komplikationen. Dabei wird insbesondere die Aktivierung von RalA in weißen Fettzellen betrachtet. RalA, eine kleine GTPase, wurde als wichtiger Regulator der mitochondrialen Fragmentierung und Funktion identifiziert. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Aktivierung von RalA in weißen Adipozyten zu mitochondrialer Fragmentierung und Beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion führt. Dies kann die Entwicklung von Adipositas und metabolischen Störungen begünstigen.