Mütterliches Gehirnhormon MBH stärkt Knochen bei Mäusen

Säugetiermütter nehmen für die Versorgung ihres Nachwuchses einiges auf sich. Um Neugeborene mit Milch zu ernähren, entzieht ihr Körper sogar den eigenen Knochen Kalzium.

Seit Langem rätseln Forschende, weshalb das Skelett der Mütter unter dieser Belastung nicht zusammenbricht. Ein US-Team unter Leitung der University of California, San Francisco (UCSF) glaubt nun, dieses Rätsel gelöst zu haben.

Die Forschenden entdeckten bei weiblichen Mäusen ein bislang unbekanntes Hormon, das das Wachstum erstaunlich kräftiger und dichter Knochen fördert.

Neurowissenschaftler haben es mütterliches Gehirnhormon (MBH) genannt. Es trägt jedoch bei Mäusen jeden Alters und beider Geschlechter zum Aufbau starker, gesunder Knochen bei.

„Einer der bemerkenswerten Aspekte dieser Ergebnisse ist, dass wir diese Entdeckung vollständig hätten verpassen können, wenn wir nicht weibliche Mäuse untersucht hätten – was in der biomedizinischen Forschung leider die Regel ist“, sagt die Pharmakologin Holly Ingraham, die an der UCSF ihr eigenes Labor leitet.

„Es unterstreicht, wie wichtig es ist, männliche und weibliche Tiere über die gesamte Lebensspanne hinweg zu untersuchen, um die Biologie vollständig zu verstehen.“

Mütterliches Gehirnhormon MBH und die Knochenstärke

Bis heute stehen männliche Gehirne im Mittelpunkt der überwiegenden Mehrheit der Hirnforschung; nur 2 Prozent der veröffentlichten Neuroimaging-Studien untersuchten hormonelle Faktoren wie Sexualsteroide.

Östrogen ist ein knochenaufbauendes Sexualsteroid, das weitreichende Wirkungen im Gehirn hat. Seine Konzentration schwankt im Lauf des Lebens, nach den Wechseljahren wird es jedoch in geringeren Mengen produziert. Dadurch sind ältere Frauen den knochenschwächenden Folgen von Osteoporose besonders ausgesetzt.

Auch während der Stillzeit sinkt der Östrogenspiegel, wodurch sich das Knochenwachstum verlangsamt. Gleichzeitig entzieht der Körper der Mutter dem Skelett Kalzium oder „resorbiert“ es, um das Neugeborene weiter zu ernähren – was die Knochen zusätzlich gefährden müsste.

2019 stellte Ingrahams UCSF-Labor überraschend fest, dass das Blockieren von Östrogen in einem bestimmten Bereich des weiblichen Mausgehirns die Knochenstärke der Tiere deutlich erhöhte.

Offenbar ersetzte ein anderes knochenaufbauendes Hormon das Östrogen – und dieses Hormon haben die Forschenden nun identifiziert.

Das mütterliche Gehirnhormon, kurz MBH, ist das bereits bekannte Protein CCN3. Es wird von Neuronen in einer Hirnregion namens Nucleus arcuatus ausgeschüttet und ist an Fortpflanzung sowie Pubertät beteiligt.

Während der normalen Laktation bei Mäusen steigt die MBH-Produktion dieser Neuronen stark an, sobald der Östrogenspiegel fällt.

Im Labor regte MBH die Aktivität von Stammzellen in Knochengewebe von Mäusen und Menschen an. Bei lebenden Mäusen jedes Alters und beider Geschlechter verstärkte ein Anstieg von MBH den Knochenumbau und beschleunigte die Heilung von Brüchen.

Warum MBH für säugende Mäuse besonders wichtig ist

Für weibliche Mäuse ist das von besonderer Bedeutung. Um einen großen Wurf Neugeborener zu säugen, muss eine Nagetiermutter nahezu 30 Prozent ihrer Knochendichte opfern.

Zwar normalisieren sich diese Verluste nach dem Ende der Laktation wieder, wenn der Östrogenspiegel erneut ansteigt. Ohne die ausgleichende Wirkung von MBH würden Mutter und Jungtiere jedoch schlecht zurechtkommen. In Versuchen mit lebenden Mäusen verloren Mütter, deren MBH-Produktion künstlich gehemmt wurde, deutlich mehr Knochendichte als üblich; zudem nahmen die Jungtiere rasch ab.

Wurde jungen erwachsenen und alten Mäusen – sowohl männlichen als auch weiblichen – zusätzliches MBH verabreicht, zeigten die Tiere innerhalb weniger Wochen massive Zuwächse bei Knochenmasse und -stärke.

Bei älteren weiblichen Mäusen mit sehr niedrigen Östrogenspiegeln verdoppelte die MBH-Behandlung die Knochenmasse mehr als.

„Es gibt Situationen, in denen stark mineralisierte Knochen nicht besser sind; sie können schwächer sein und tatsächlich leichter brechen“, sagt der Stammzellbiologe Thomas Ambrosi von der University of California Davis.

„Doch als wir diese Knochen untersuchten, erwiesen sie sich als viel stärker als gewöhnlich. Mit keiner anderen Strategie konnten wir jemals eine solche Mineralisierung und ein solches Heilungsergebnis erreichen.“

MBH-Pflaster fördert die Heilung von Knochenbrüchen

Damit endet die gute Nachricht nicht. Die Forschenden verpackten MBH in ein Hydrogel-Pflaster und brachten es direkt auf einen gebrochenen Knochen einer älteren Maus auf. Dadurch wurde das Knochenwachstum an der Bruchstelle gefördert.

Nun sind weitere Untersuchungen erforderlich, um zu klären, wie gut sich diese Ergebnisse auf Menschen übertragen lassen. Während der Stillzeit verlieren Menschen vorübergehend rund 10 Prozent ihrer Knochendichte, also deutlich weniger als Mäuse.

„Knochenverlust tritt nicht nur bei Frauen nach den Wechseljahren auf, sondern häufig auch bei Brustkrebsüberlebenden, die bestimmte Hormonblocker einnehmen, bei jüngeren, hochtrainierten Elite-Sportlerinnen und bei älteren Männern, deren relative Überlebensrate nach einem Hüftbruch schlechter ist als die von Frauen“, erklärt Ingraham.

„Es wäre unglaublich spannend, wenn [MBH] die Knochenmasse in all diesen Situationen steigern könnte.“

Die Studie wurde in Nature veröffentlicht.