Tight Junctions erklärt: Wie deine Darmbarriere wirklich funktioniert

Die Darmbarriere schützt vor schädlichen Stoffen und ist gleichzeitig an Verdauung und Nährstoffaufnahme beteiligt. Tight Junctions und Darmbarriere hängen dabei eng zusammen: Die Tight Junctions sind die „Schleusen“ zwischen den Darmzellen und bestimmen mit, welche Stoffe ins Blut gelangen und welche draußen bleiben. Damit die Barriere zuverlässig arbeitet, müssen Darmzellen, Schleimschicht und Mikrobiom zusammenspielen.

Tight Junctions sind Proteinkomplexe, die benachbarte Zellen der Darmschleimhaut wie ein Band miteinander verbinden. Sie verschließen den Spalt zwischen den Zellen nicht vollständig, sondern steuern, was hindurchtreten darf. Über die Tight Junctions muss die Darmbarriere deshalb zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllen: abdichten und durchlassen.¹

• Nährstoffe wie Aminosäuren, Zucker und Fettsäuren gelangen überwiegend durch die Darmzellen hindurch ins Blut.
• Wasser und kleine Teilchen wie Natrium passieren kontrolliert den Spalt zwischen den Zellen.
• Größere Moleküle gelangen nur in geringem Umfang zwischen den Zellen hindurch.
• Ist die Schleimhaut beschädigt, können auch bakterielle Endotoxine (Zellwandbestandteile von Bakterien) passieren.

Werden die Tight Junctions gestört, steigt die Durchlässigkeit der Darmbarriere.

Kurz zusammengefasst: Die Darmzellen nehmen Nährstoffe auf, während die Tight Junctions den Weg zwischen den Zellen kontrollieren.

Ob die Schleusen eher abdichten oder durchlassen, hängt nicht allein von den Darmzellen ab. Das Mikrobiom (Gesamtheit der Darmbakterien) steht in engem Austausch mit der Schleimhaut. Einige Bakterien bilden zum Beispiel Butyrat, eine kurzkettige Fettsäure, die den Zellen des Dickdarms als Energiequelle dient. Dabei spielen drei Punkte eine Rolle:

• Butyrat bildende Bakterien versorgen die Schleimhaut mit Energie und stehen im Zusammenhang mit einer stabilen Barriereschicht.
• Eine intakte Schleimschicht hält Endotoxine und andere schädliche Stoffe von der Zelloberfläche fern.
• Ein Ungleichgewicht der Darmflora (Dysbiose) wird mit einer geschwächten Funktion der Tight Junctions in Verbindung gebracht. Diskutiert wird zudem ein Zusammenhang mit Blähungen, Reizdarm oder stillen Entzündungen.

Ob eine Dysbiose Ursache oder Folge einer durchlässigeren Barriere ist, lässt sich bisher nicht eindeutig trennen. Genauer untersucht ist dagegen, wie Immunzellen und einzelne Stoffwechselprodukte die Tight Junctions steuern.

Eine Übersichtsarbeit im Fachjournal Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology fasste 2023 den Forschungsstand zu Tight Junctions und Darmbarriere zusammen.¹ Demnach können Botenstoffe des Immunsystems die Tight Junctions gezielt öffnen:

• Der Entzündungsbotenstoff TNF lässt größere Moleküle leichter zwischen den Zellen hindurch.
• Der Botenstoff IL-13 erhöht dagegen vor allem den Durchfluss von Wasser und kleinen Teilchen. Er steigert dazu die Menge an Claudin-2, einem Protein der Tight Junctions.

Die Autoren weisen außerdem darauf hin, dass die meisten Studien einen Anstieg der Durchlässigkeit messen, der auf Schäden an der Schleimhaut beruht. Ein solcher Schaden heilt nur mit der Schleimhaut selbst. Ein Verlust an Tight-Junction-Funktion lässt sich dagegen gezielt rückgängig machen, allerdings je nach Ursache auf unterschiedliche Weise.

Wie ein solcher gezielter Eingriff aussehen kann, zeigt eine Zellkulturstudie mit Butyrat. Forschende behandelten eine Schicht menschlicher Darmkrebszellen (Caco-2-Zellen) mit den Entzündungsbotenstoffen TNF und Interferon-γ oder mit IL-13 und gaben zusätzlich Butyrat hinzu.² Butyrat verhinderte den Anstieg von Claudin-2 und milderte den Verlust an Dichtigkeit der Zellschicht, während Acetat und Propionat diesen Effekt nicht zeigten. Größere Moleküle hielt die Zellschicht mit Butyrat dagegen nicht besser zurück.

Diese Ergebnisse stammen aus Zellkulturen und lassen sich nicht direkt auf den Menschen übertragen. Die Autoren nutzten zudem nur eine Zelllinie. Der Befund zeigt aber präzise, an welcher Stelle der Tight Junctions Butyrat ansetzen kann.

Beim Menschen liegen experimentelle Daten dazu vor, wie körperliche Belastung die Barriere beeinflusst. In einer Crossover-Studie absolvierten neun trainierte Männer eine Radbelastung mit und ohne Ibuprofen sowie zwei Ruhephasen mit und ohne Ibuprofen.³ Gemessen wurde unter anderem I-FABP (intestinales Fettsäure-Bindungsprotein), ein Marker für Darmzellschäden im Blut. Die Kombination aus Belastung und zweimal 400 mg Ibuprofen erhöhte ihn auf 875 pg/mL, gegenüber 474 pg/mL nach Belastung allein. Gleichzeitig stieg die Durchlässigkeit des Dünndarms, gemessen mit einem Zuckertest im Urin.

Die Forschung zu Tight Junctions unterscheidet heute genauer, ob die Darmbarriere durch veränderte Tight Junctions oder durch einen Schaden an der Schleimhaut durchlässiger wird. Daraus können künftig gezieltere Empfehlungen für beide Fälle entstehen. Mikrobiomanalysen für zu Hause erfassen schon heute Marker, die Hinweise darauf geben, ob die Darmflora oder die Darmbarriere aus dem Gleichgewicht geraten sein könnte (Dysbiose).

¹ Horowitz A, Chanez-Paredes SD, Haest X, Turner JR. 2023. Paracellular permeability and tight junction regulation in gut health and disease. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology 20 417–432. DOI: 10.1038/s41575-023-00766-3. Zurück

² Huang X, Oshima T, Tomita T, Fukui H, Miwa H. 2021. Butyrate alleviates cytokine-induced barrier dysfunction by modifying claudin-2 levels. Biology 10 205. DOI: 10.3390/biology10030205. Zurück

³ van Wijck K, Lenaerts K, van Bijnen AA, Boonen BTC, van Loon LJC, Dejong CHC, Buurman WA. 2012. Aggravation of exercise-induced intestinal injury by ibuprofen in athletes. Medicine and Science in Sports and Exercise 44 2257–2262. DOI: 10.1249/MSS.0b013e318265dd3d. Zurück

⁴ tom Dieck H, Schön C, Wagner T, Pankoke HC, Fluegel M, Speckmann B. 2022. A synbiotic formulation comprising Bacillus subtilis DSM 32315 and L-alanyl-L-glutamine improves intestinal butyrate levels and lipid metabolism in healthy humans. Nutrients 14 143. DOI: 10.3390/nu14010143. Zurück