Etwas drastisch ließe sich Autophagie mit „Von-sich-selbst-Ernähren“ übersetzen. Was versteht man darunter?

Die Bezeichnung Autophagie stammt aus dem Griechischen von „auto-“ für selbst- oder eigen- und „-phagie“ für Verzehr und Ernährung („phagein“: „essen“, „fressen“). Gelegentlich ist auch der Begriff „Autophagozytose“ in Gebrauch, der etwas genauer beschreibt, worum es geht: die Selbstversorgung innerhalb einer Zelle nämlich. Autophagie ist der Gegenpol zur Heterophagie, der Nahrungsaufnahme von außen.

Autophagie – was ist das?

Fast jedes höhere Lebewesen jenseits von Bakterien betreibt Autophagie. Ob Einzeller, Pilz, Regenwurm, Insekt, Fisch oder Säugetier, jede Pflanze und jeder Vogel tut es. Obendrein ist Autophagie nicht nur so selbstverständlich wie nützlich, sondern schlicht unverzichtbar für gesunde, voll funktionsfähige Lebensvorgänge. Und genau das ist es, was diesen bisher eher unbekannten Vorgang innerhalb der kleinsten Lebenseinheiten aktuell besonders ins Rampenlicht rückt. Denn wer hohe Autophagieaktivität seiner Zellen aufweist, ist gesünder und lebt länger als seine Artgenossen. Der essenzielle Selbstreinigungsprozess von Zellen, welchen wir Autophagie nennen, lässt unsere Zellen somit besser funktionieren indem Zellschrott beseitigt wird.

Aufbauphase im Zell-Stoffwechsel

Solange ein Organismus genügend Nährstoffe in seinem Verteilsystem zirkulieren hat, sprich: unser Blut alle unsere Zellen gut versorgen kann, sind die Zellen mit Aufbauarbeiten (Anabolismus) beschäftigt. Sie nehmen, je nach ihrer Aufgabe im Körper, die benötigten Stoffe auf und stellen körpereigene Substanzen daraus her. Dies gilt insbesondere für Proteine und Peptide, welche sie nach genetischem Programm aus Aminosäuren synthetisieren. Es entstehen so wichtige Enzyme und Strukturproteine.

Auch Fette und Kohlenhydrate synthetisieren Zellen aus Einzelbausteinen. Solange Insulin außen an der Zelle andockt und Zucker einschleust, wird mit dem Brennstoff die Energieproduktion in Mitochondrien gefüttert. Mitochondrien liefern als Zellkraftwerke die notwendige chemische Energie für alle Lebensvorgänge, ebenfalls Teil des Ausbaustoffwechsels [1].

Abbauphase im Zell-Stoffwechsel

Sobald Engpässe auftreten oder verschiedene Stressoren diese Aktivitäten stören, stellen Zellen ihre Tätigkeit um auf Stoffabbau (Katabolismus). Sie beginnen, Bestandteile des Zellinneren zu verwerten [1].

Die Autophagie wird eingeleitet zum Beispiel bei Aminosäuremangel oder Sauerstoffknappheit. Was während der anabolen Phase an Abfallprodukten entstand und liegenblieb, beschädigte Mitochondrien, missglückte Proteine, nicht genutzte Zwischenprodukte, all das wird nun verwertet – tatsächlich im Sinne von recycelt. Das Ergebnis dieses sehr komplexen Mechanismus ist ein von nicht mehr funktionsfähigen Molekülen und Zellorganellen gereinigtes Zellinneres, aufgeräumt und bereit für den nächsten Aufbauzyklus [2].

Zellen entschlacken sich innerlich im Verlauf der Autophagie, entsorgen Verbrauchtes, entschärfen hochreaktive Sauerstoffradikale aus verletzten Mitochondrien, machen Eindringlinge wie Viren oder Bakterien unschädlich und verdauen diesen Cocktail.

Wie genau sie das im Einzelnen bewerkstelligen, ist trotz intensiver Forschung seit etwa 30 Jahren noch lange nicht vollständig entschlüsselt. Doch das bisher schon Bekannte offenbart eine ausgeklügelte Stoffwechselfunktion, die in ihren vielschichtigen Steuerungsmechanismen und Einzelschritten dem Biosyntheseprozess wohl in nichts nachsteht.

Zwei Nobelpreisträger, der Autophagie verschrieben

Der belgische Zytologe (Zellbiologe) und Biochemiker Christian René de Duve prägte 1963 den Begriff Autophagie. Er bewies damals, dass bestimmte Zellorganellen, die Lysosomen (Lyse bedeutet Auflösung), daran maßgeblich beteiligt sind und wurde dafür 1974 mit dem Nobelpreis geehrt. Lysosomen sind – auch im Zellmaßstab – kleine Bläschen aus einer Biomembranhülle und saurer Flüssigkeit im Inneren: ein zellulärer Magen und Darm sozusagen, denn die Säure enthält zahlreiche Verdauungsenzyme (saure Hydrolasen) zum Spalten verschiedenster Strukturen und Substanzen in kleinste Grundbausteine [3].

In den 90er Jahren ist das Forschungsinteresse über Autophagie nur langsam gestiegen, denn ihre fundamentale Bedeutung war bis dahin keineswegs klar. Erst 2016 erhielt ein langjähriger Grundlagenforscher auf diesem Gebiet einen Nobelpreis, gerade weil er genau diese Ignoranz dramatisch ändern konnte: der Japaner Yoshinori Ohsumi. Er entschlüsselte viele Autophagie-Gene an Bierhefezellen und legte dar, wie essenziell Selbstreinigung für eine, nein für jede Zelle ist [4].

Das Zellgeschehen während einer Autophagie

Insgesamt drei verschiedene Grundarten von Autophagie werden heute unterschieden:

  1. Makroautophagie
  2. Mikroautophagie und
  3. Chaperon-vermittelte Autophagie

Die überwiegend genutzte Form der Zellen ist die Makroautophagie. Ein spezielles Membranorganell (Phagophore) nähert sich dabei einem Bereich des Cytoplasmas, in dem sich größere abgenutzte oder beschädigte Zellmaterialien befinden. Diese Phagophore wächst und umschließt die Abfälle mit ihrer Doppelmembran vollständig: ein Autophagosom, oder bildhafter, ein zweischichtiger zellulärer Abfallbeutel. Damit sind potenziell schädliche Stoffe im ersten Schritt schon einmal isoliert vom übrigen Treiben in der Zelle.

Anschließend begibt sich das Autophagosom in die Nähe eines Lysosoms. Die Hülle des Autophagosoms verschmilzt mit der Membran des Lysosoms und entlässt seinen Inhalt in dessen Verdauungsflüssigkeit, ein Autolysosom ist entstanden. Nach der Aufspaltung der Partikel in nutzbare Einzelmoleküle löst sich auch das Autolysosom auf und setzt seine Inhalte zur Wiederverwertung im Zellplasma frei [3].

Autophagie: Sinn und Nutzen verstehen

Dies ist nur ein Teil der autophagischen Prozesse, verdeutlicht jedoch den geradezu nachhaltigen und ökonomischen Charakter des Zellhaushaltes. Einerseits wird nichts verschwendet, andererseits wird Platz gemacht und Schädliches entsorgt. Nur so kann eine Zelle eine Balance zwischen Auf- und Abbau-Stoffwechsel aufrechterhalten. Im Extremfall wird eine ganze dysfunktionale Zelle via autophagischem Selbstmordprogramm ausgeschaltet, um ein Organ gesund zu erhalten.

Von dieser Zellenreinigung profitiert die Zelle ebenso wie in letzter Instanz der gesamte Organismus. Zelle, Organ, Lebewesen: Sie sind vitaler, aktiver und eindeutig langlebiger als solche, bei denen Hungerperioden, Belastungen oder andere Stressoren weitestgehend ausfallen. Diese Effekte sind vielfach wissenschaftlich bewiesen an Bierhefezellen, Fruchtfliegen, Mäusen – und Menschen, ganz besonders in Bezug auf Hirnfunktionen.

Ursachen und Folgen von Störungen des Reyclingsystems Autophagie

Immer mehr Erkenntnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen zu viel, zu häufigem Essen und Bewegungsarmut auf der einen Seite und degenerativen, chronisch entzündlichen oder Autoimmun-Erkrankungen auf der anderen hin.

Der Organismus hat nicht genügend Gelegenheit, seine intrazelluläre Schlacke aufzuräumen und einer Wiederverwertung zuzuführen, er vermüllt geradezu.

Zwecklose Proteine lagern sich ab, Zellen „vergiften“, Entzündungen ohne ersichtlichen Auslöser setzen sich fest, Infektionen machen sich breit, auch Nieren- oder Gallensteine drohen. All das steht einer gesunden Zell-, Organ- und Körperfunktion langfristig im Weg und löst energieaufreibende Reparaturmechanismen aus – ohne Aussicht auf dauerhaften Erfolg und Heilung aus eigener Kraft.

Störungen in der Autophagie sind klar beteiligt am Entstehen von Morbus Alzheimer, Multipler Sklerose, ALS, Morbus Crohn, Colitis ulcerosa, Lupus erythematodes und weiteren chronischen Krankheiten. Erhöhte Infektanfälligkeit kann ebenfalls damit assoziiert sein. Autophagie wirkt präventiv gegen Krebs, unterstützt ihn jedoch bei der Streuung (Metastasierung), sobald ein Tumor schon besteht [5].

Wirksame Mittel gegen Fehlfunktionen

Menschen dagegen, die regelmäßig fasten, sind weniger häufig depressiv und seltener infektanfällig oder von chronisch-entzündlichen Erkrankungen betroffen. Ganz zu schweigen von Gefäßerkrankungen auf der Basis von Arteriosklerose und Stoffwechselstörungen wie Diabetes.

Damit nicht genug, können bereits Erkrankte durch Fastenkuren, Intervallfasten oder intermittierendes Fasten nachweislich Depressionen entgegenwirken, ihre Immunabwehr bessern, Entzündungserscheinungen und Blutzucker-Entgleisungen reduzieren. Eine wirksame Prophylaxe und Heilmittel zugleich [6]!

Mit zunehmendem Zellalter nimmt die Autophagie ab. Dem lässt sich jedoch aktiv entgegenwirken: durch Fasten und auch Sport.

Fasten kurbelt die Autophagie massiv an

Effekte von Fasten und Sport

Schon 12 bis 17 Stunden ohne Nahrungsaufnahme genügen, um seine Autophagie massiv anzukurbeln. So berichtet einer der heute führenden Autophagie-Forscher, Biochemie-Professor Frank Madeo in Graz. Zwei bis drei weitere Tage Nahrungskarenz steigern den Effekt auf ein Maximum, danach folgen tiefer greifende Stoffwechsel-Umstellungen [7].

Sport ist schon deswegen gesund, weil die Belastung und kurzzeitige Brenn- und Sauerstoffdefizite den Aufräumtrupp der Zellen auf den Plan rufen. Zum Nachweis schalteten US-Forscher um Beth Levine in Dallas bei Mäusen bestimmte Autophagie-Gene aus. Anschließend verglichen sie die Auswirkungen sportlicher Betätigung im Laufrad mit denen bei nicht manipulierten Mäusen. Beide Versuchsgruppen erfreuten sich wurden übrigens üppiger und fettreicher Ernährung. Das Ergebnis: Sportliche Mäuse ohne Autophagie stabilisieren weder ihren Blutzuckerspiegel noch bessern sie ihre Ausdauer, stattdessen wurden sie übergewichtig. Ganz im Gegensatz zu Normalmäusen [8].

Sport fördert den Prozess der Autophagie

Ob Intervallfasten, leicht unterkalorische Ernährung (nur bis 80 Prozent Sättigung zum Beispiel), erschöpfende körperliche Aktivität oder alles zusammen: Es gibt noch weitere Möglichkeiten, seine Selbstreinigungskräfte aktiv zu halten beziehungsweise zu reanimieren.

Hemmende und aktivierende Nahrungsmittel

So wie es hemmende Substanzen wie Zucker (Insulinausschüttung) und einige tierische Proteine zum Beispiel in Milch gibt, stehen genügend Alternativen bereit, die geradezu Autophagie-Booster darstellen.

Dazu gehören folgende Polyphenole:

  • Kaffee (auch entkoffeiniertem)
  • Resveratrol aus roten Weinbeeren oder
  • Das Polyamin Spermidin.

Alle drei aktivieren die Zellensäuberung sogar unter Hemmung durch Insulin beim und nach dem Essen. Entschlacken ohne Hungern und Mühen also?

Diese Wirkung von Spermidin ist noch nicht lange bekannt. Die Grazer Forschungsgruppe um Madeo entdeckte sie zufällig und belegte sie bei Organismen wie Hefezellen, Regenwürmern, Fruchtfliegen und Mäusen: Alle hatten wesentlich längere Lebensspannen als Vergleichsgruppen. Die Zellalterung verlangsamte sich und Autophagie-fördernde Proteine aus der Signalkette waren erhöht. [7] Auch altersbedingte Herzschwäche durch einen übermäßig dicken Herzmuskel verringert Spermidin hin zu nahezu jugendlichen Verhältnissen – bei Mäusen zumindest. Besonders alte gesunde Menschen haben übrigens bemerkenswert hohe Spermidinspiegel.

Spermidin ist nicht nur Bestandteil der männlichen Samenflüssigkeit, es ist in fast allen Zellen vorhanden. Auch in Lebensmitteln. Allgegenwart ist meist ein Zeichen für Bedeutsamkeit in der Biologie. Auch Spermidin lässt uns mit dem Alter zunehmend im Stich, lässt sich jedoch supplementieren. Besonders hohe Gehalte finden sich zum Beispiel in Weizenkeimen, fermentierten Sojabohnenprodukten wie japanischem Natto, in gereiftem Käse, Nüssen und vielen anderen Leckereien. Mehr zu dem speziellen Polyamin ist nachzulesen in unserem Magazinartikel „Was ist Spermidin".

Weizenkeime haben einen besonders hohen Spermidingehalt

Autophagie kurzgefasst

Als Quintessenz handelt es sich bei Autophagie um einen allgegenwärtigen, lebenserhaltenden Mechanismus jeder Zelle. Das Grundprinzip besteht in einer von der Natur vorgesehenen regelmäßigen Zellreinigung und Wiederverwertung von zellulären Abfällen. Autophagie findet in Zellen verstärkt unter Mangel- oder Belastungssituationen statt. Sie schalten dann vom Aufbaumodus in den ebenso wichtigen Abbaumodus um: Not- und Reinigungsprogramm in einem.

Ständige Nahrungszufuhr, noch dazu im Übermaß, gepaart mit körperlicher Inaktivität sabotieren diesen revitalisierenden Prozess. Wir werden schneller alt, wahrscheinlicher chronisch krank und sterben früher.

Doch lassen sich die Heilungskräfte der Autophagie aktiv fördern und vor allem selbst in die Hände nehmen. Durch Fasten, Sport und bestimmte Nahrungsmittel oder Inhaltsstoffe: Kaffee, Resveratrol und Spermidin zum Beispiel. Jede dieser Maßnahmen hat das Potenzial, den Prozess abzubremsen, teils sogar umzukehren – das sind doch gute Aussichten!

Quellen:

[1] Udo M. Spornitz: Anatomie und Physiologie. Springer Verlag, Berlin 2002, S. 4.

[2] Petra Bracht: Intervallfasten. Gräfe und Unzer Verlag GmbH, München 2019, S. 23.

[3] Artikel spektrum.de: Kein Leben ohne geregelte Selbstzerstörung. Download vom 11.03.2020 von [Quelle]

[4] Artikel Ärzteblatt: Medizinnobelpreis für Entdecker der Autophagozytose. Download vom 11.03.2020 von [Quelle]

[5] Fîlfan M. et al. Autophagy in aging and disease (2017). Download vom 11.03.2020.

[6] Ekmekcioglu C. Nutrition and longevity - From mechanisms to uncertainties (2019) Download vom 11.03.2020.

[7] Carmona-Gutierrez et al. (2019) The flavonoid 4,4′-dimethoxychalcone promotes autophagy-dependent longevity across species. Download vom 11.03.2020.

[8] Artikel wissenschaft.de: Fasten für ein langes Leben. Download vom 11.03.2020 von [Quelle]