Die Rolle von Protein und Leucin in der Nahrung bei der Regulation der Energiehomöostase im Mausmodel
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Metabolische Syndrom ist ein weltweites Gesundheitsproblem. Lebensstil und Ernährungsgewohnheiten sind grundlegende Einflussfaktoren auf dessen Begleiterscheinungen wie Übergewicht, Insulinresistenz, Dyslipidämie und Fettleber. Ziel der Arbeiten war die Untersuchung der Effekte von Diäten mit hohem Molkenproteinanteil auf die Körpergewichtsregulation, den Energieumsatz und adipositasassoziierte Erkrankungen im Mausmodell. Ein Fokus dabei war auf die Aminosäure Leucin ausgerichtet, die die Effekte von Hochproteindiäten erklären soll. Die verwendete Hochproteindiät (HP) und die leucinsupplementierte Diät (AP+L) enthielt identische Leucinkonzentrationen, um die durch hohen Proteingehalt oder durch Leucin bedingten Effekte zu relativieren. Darüber hinaus sollte die Spezifität der Leucineffekte geprüft werden, indem eine zusätzliche Kontrolldiät mit äquimolarer Alaninsupplementierung im Vergleich zu Leucin eingeführt wurde. HP führte in Mäusen nach 20-wöchiger ad libitum Fütterung von adipogenen Hochfettdiäten zu einer verminderten Gewichts- und Fettmassezunahme, zu einem erhöhten Ruheenergieumsatz, zur geringeren Leberfettakkumulation, zur erhöhten Insulinsensitivität und zu einer erhöhten Muskelmasse im Vergleich zur Kontrolldiät mit adäquatem Proteingehalt (AP). Die Supplementierung der AP-Diät mit Leucin erzeugte moderat ähnlich positive Effekte. Verminderte Körpermassezunahmen resultierten primär aus einer geringeren Energieaufnahme und weniger aus einem erhöhten Ruheenergieumsatz. Zudem wurde eine Herabregulation der Lipidtransporter der Leber in HP und AP+L gefütterten Mäusen gemessen, was auf verminderte Aufnahme von Lipiden in die Leber hinweist und eine Erklärung für die präventive Widmung hoher Proteinzufuhr auf die Entstehung diätinduzierten Fettleber sein kann. Geringere Lipogenese in der Leber und eine erhöhte basale Lipolyse im weißen Fettgewebe der HP-Tiere sind vermutlich das Resultat niedrigerer Kohlenhydratantelle in der HP-Diät. Quadriceps-Muskelmassen und 15N-Lysin-lnkorporation in den Skelettmuskel als Marker für die Muskelproteinsynthese waren in HP- und in der AP+L-Gruppe signifikant erhöht. Obwohl die Stimulierung der Muskelproteinsynthese durch Leucin über die Aktivierung von mTOR (mammalian target of rapamycin) erfolgen soll, konnten wir jedoch keine veränderten Expressionen von mTOR oder dessen Zielproteinen im Skelettmuskel der mit HP oder AP+L gefütterten Mäuse messen. Bereits nach einwöchiger Fütterung waren die metabolischen Effekte von HP oder der Aminosäuresupplementierung auf Sättigung und Hemmung der Lipogenese in der Leber manifest. Interessant war der Befund, dass die Energieaufnahme in negativer Beziehung zur Aminostickstoffaufnahme stand und das letztere streng mit dem Wasserkonsum korrelierte. Überraschend war überdies, dass auch die Supplementierung mit Alanin anstelle von Leucin vergleichbare metabolische Effekte wie HP erzeugte, was die Leucinspezifität der Effekte von HP in Frage stellt. Die Beobachtungen der Beziehung zwischen Aminostickstoffaufnahme und Höhe des Wasserkonsums betrachten wir als interessanten Ausgangspunkt weiterer Studien zum Mechanismus und zur Effizienz von proteinreichen Diäten in präventiver und therapeutischer Hinsicht auf Parameter des Metabolischen Syndroms. Letztere Ergebnisse waren auch der Inhalt einer Pressemitteilung des DlfE („Warum eine eiweißreiche Ernährung Übergewicht vorbeugen kann", vom 30.10.2012), die inzwischen sehr zahlreich von den Medien aufgegriffen wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009) Does leucine of high protein diets play a role in the regulation of energy balance in mice? Amino Acids 37 Suppl 1:107 (11th International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins, August 3-7, 2009, Vienna, Austria)
Noatsch A, Petzke KJ, Klaus S
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(2009) Is leucine responsible for the effects of high protein diets on body weight regulation and gene expression in mice? Obesity facts 2,Suppl. T3:P0.65 (17th European Congress on Obesity, 6-9 May, 2009, Amsterdam, The Netherlands)
Noatsch A, Petzke KJ, Klaus S
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(2010) Effects of high protein diets and leucine supplementation on body weight regulation and energy metabolism in mice. FASEB J 24:343.4 (Experimental Biology, April 24-28, 2010, Anaheim. CA, USA)
Noatsch A, Petzke KJ, Klaus S
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(2011) Body weight and energy homeostasis was not affected in C57BL/6 mice fed high whey protein or leucine-supplemented low-fat diets. Eur J Nutr 50:479-488
Noatsch A, Petzke KJ, Millrose MK, Klaus S
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(2012) Comparison of high-protein diets and leucine supplementation in the prevention of metabolic syndrome and related disorders in mice. J Nutr Biochem 23:1524-1530
Freudenberg A, Petzke KJ, Klaus S
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(2012) Dietary leucine and alanine supplementation have similar effects in the prevention of high fat diet induced obesity. FASEB J 26:820:7 (Experimental Biology, April 21-25, 2012, San Diego, CA, USA)
Petzke KJ, Freudenberg A, Klaus S
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(2013) Dietary L-leucine and L-alanine supplementation have similar acute effects in the prevention of high-fat diet-induced obesity. Amino Acids 44:519-528
Freudenberg A, Petzke KJ, Klaus S
