Evolution: Vom Langstreckenläufer zum Herzinfarktpatienten?

Ein Genverlust vor etwa zwei bis drei Millionen Jahren steigerte die Laufleistung unserer Vorfahren und machte uns zu Ausdauerjägern. Der Preis: ein höheres Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen. Warum?

Herzinfarkt – eine moderne Krankheit

Mehr als 300.000 Menschen erleiden in Deutschland jährlich einen Herzinfarkt. Trotz vieler medizinischer Verbesserungen bleiben Herzerkrankungen die Haupttodesursache in Deutschland und in anderen zivilisierten Ländern. Laut Statistischem Bundesamt (Destatis) waren 2017 37,0 % aller Sterbefälle auf Herz-/ Kreislauferkrankungen zurückzuführen.

Zu den Ursachen zählen in der Regel krankhafte Veränderungen in den Gefäßwänden der Arterien. Im Rahmen einer Arteriosklerose “verkalken” diese Gefäße mit der Zeit und den Umständen, wie es umgangssprachlich heißt. In der Folge werden betroffenen Adern immer enger und steifer, bis sie schließlich kaum noch Blut zu bestimmten Organen transportieren können.

Erfolgsmodell Langstreckenläufer

Bei unseren steinzeitlichen Vorfahren waren Herzerkrankungen noch kein Thema. Ganz im Gegenteil. Vor etwa zwei bis drei Millionen Jahren kam es zu einzelnen Genverlusten im menschlichen Erbgut, die unsere Ahnen zu besseren Langstreckenläufern machten. Dadurch konnten sie die sogenannte Ausdauerjagd entwickeln.

Hierbei hetzt eine Gruppe von Jägern die Beute so lange in der Hitze des Tages, bis das Tier erschöpft zusammenbricht. Bis heute wird diese Technik von einigen traditionell lebenden Völkern in Afrika praktiziert.

Um möglichst lange in der Hitze laufen zu können, haben diejenigen einen Vorteil, die an ihrem Körper weniger Haare und mehr Schweißdrüsen besitzen. Kommt hierzu noch ein leicht erhöhter Blutdruck, werden Organe und Muskeln besser durchblutet. Die Leistungs- und Beutefähigkeit steigt im Vergleich zu Gefährten, die mit normalem oder gar niedrigem Blutdruck unterwegs sind.

Die Evolution der Sialinsäure-Gene beim Menschen

Zu dieser Optimierung des Energiestoffwechsels trug unter anderem der Verlust des Gens bei, welches für das Enzym CMP-Neu5Ac-Hydroxylase (CMAH) codiert, wie amerikanische Forscher im Fachblatt “Proceedings of the Royal Society B” berichteten. Genetisch veränderte Mäuse, bei denen CMAH inaktiviert wurde, zeigten mehr Ausdauer und Kraft beim Laufen.

Die Mäuse mit dem Gendefekt liefen etwa 20 Prozent weiter und 12 Prozent schneller als die normalen Tiere. Auch fanden die Forscher, dass die Muskeln der Versuchstiere später ermüdeten und mehr Blutgefäße hatten. Mäuse ohne CMAH konnten offenbar den vorhandenen Sauerstoff effizienter nutzen.

Die Ergebnisse der Forschergruppe um den Molekularmediziner Ajit Varki von der University of California in San Diego deuten auf Veränderungen der Hauptstoffwechselwege hin. Denn als die ersten Menschen begannen, erfolgreich in den Steppen zu jagen, änderte sich auch ihr Zuckerstoffwechsel. Durch den Verlust von CMAH fehlte von nun an dem menschlichen Körper ein Enzym, das normalerweise die Sialinsäure N-Acetylneuraminsäure in N-Glycolylneuraminsäure (Neu5GCc) umwandelt.

Der Verlust von CMAH und des Neu5Gc-Zuckers scheint bei Mäusen die Fähigkeit der Muskeln zu verbessern, den vorhandenen Sauerstoff zu verbrauchen.

Arteriosklerose: Folge des CMAH-Verlustes?

Sialinsäuren sind Bestandteile von Zellmembranen der Schleimhäute und deren Sekreten. Durch Bindung von Bakterien und Viren beteiligen sie sich auch an der Immunabwehr. Ein Mangel der Sialinsäure Neu5Gc – wie er beim Menschen vorliegt – führt zu einem signifikanten Anstieg der Arteriosklerose.

Dies zeigten die kalifornischen Forscher Nissi und Ajit Varki nun vor kurzem in einer Studie, die in der renommierten Zeitschrift PNAS erschien. Bereits eine Dekade zuvor war den Wissenschaftlern aufgefallen, dass andere Säugetiere praktisch nie Arteriosklerose-bedingte Herzinfarkte erleiden.

Selbst bei Schimpansen, die zu unseren engsten Verwandten zählen, ist Arteriosklerose eine absolute Rarität. Sogar wenn sie unter menschenähnlichen Bedingungen in Gefangenschaft leben und “menschliche” Risikofaktoren wir Hypertonie, Bewegungsmangel, stressige Vorgesetzte und hohe Cholesterinwerte teilen. Erleiden Schimpansen einen Herzinfarkt, so geschieht dies in der Regel als Folge einer bislang noch nicht erklärbaren Vernarbung ihres Herzmuskels.

Die Varkis berichten nun, dass es bei genetisch modifizierten Mäusen mit einem Mangel an Neu5Gc – wie beim Homo sapiens – zu einem signifikanten Anstieg der Arteriosklerose kommt. Dagegen zeigten Kontrollmäuse, die noch über das Gen GMAH verfügen und somit weiterhin Neu5Gc produzieren, diesen Anstieg nicht. Die menschenähnliche Elimination von CMAH und Neu5Gc führte nahezu zur Verdopplung des Schweregrades der Arteriosklerose im Vergleich zu nicht genmodifizierten Tieren.

Die Wissenschaftler vermuten, dass mehrere Faktoren dieses erhöhte Risiko bedingen, darunter hyperaktive Leukozyten und eine Neigung zu Diabetes. Dies würde ihrer Meinung nach auch erklären, warum selbst vegetarisch lebende Menschen ohne weitere kardiovaskuläre Risikofaktoren ein hohes Risiko für Herzinfarkte und Schlaganfälle teilen.

Der “Salami-Effekt”

Allerdings scheint der Verzehr von rotem Fleisch das Risiko noch weiter zu erhöhen. Denn viel rotes Fleisch auf dem Speiseplan exponiert die Menschen immer wieder gegenüber Neu5Gc. Die Folge sind Immunreaktionen und chronische Entzündungen, eine sogenannte Xenosialitis (“Salami-Effekt”).

Dies ließ sich ebenfalls in der Studie nachweisen. Ernährten die Forscher die “menschenähnlichen” Mäuse mit einer Neu5Gc-reichen, fettreichen Diät, zeigten die so ernährten Tiere eine 2,4-fache Zunahme der Arteriosklerose.

Zukunft Evolutionäre Medizin

Offensichtlich hatte die Evolution zu Super-Langstreckenläufern ihren Preis. Der evolutionäre Verlust von CMAH beim Menschen trägt vermutlich durch verschiedene Faktoren zu einer Prädisposition gegenüber Arteriosklerose bei.

Anhand des vorgestellten Mausmodells können künftige Studien nun diese Mechanismen genauer entschlüsseln und vielleicht sogar wirksame Therapien entwickeln.

Bis dahin bleiben uns vor allem die Prävention und einmal mehr die Erkenntnis des berühmten Evolutionsforschers Theodosius Dobzhansky:

“Nichts in der Biologie ergibt einen Sinn außer im Licht der Evolution.”

Ein “kraftvolles (und m.E. zutreffendes) Zitat zur Biologie und dem Licht der Evolution”, wie mein geschätzter Blognachbar Michael Blume übrigens schon vor rund einem Jahrzehnt in seinem sehr schönen Artikel hierüber geschrieben hat.

Quellen:

Human-like Cmah inactivation in mice increases running endurance and decreases muscle fatigability: implications for human evolution. Jonathan Okerblom, William Fletes, Hemal H. Patel, Simon Schenk, Ajit Varki and Ellen C. Breen. Proceedings of the Royal Society B. Published: 12 September 2018. https://doi.org/10.1098/rspb.2018.1656