Old, but new: Der Vagusnerv in der Gehirn-Körper-Kommunikation
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Nadine KretschmerDie Kommunikation zwischen Gehirn und Körper ist ein komplexes Zusammenspiel, das für die Erhaltung der Gesundheit und die Bewältigung von Krankheiten essenziell ist. In einem gesunden Zustand erfolgt dieser Austausch über verschiedene Systeme wie das Nervensystem, das Hormonsystem und das Immunsystem, die gemeinsam für Koordination und Gleichgewicht sorgen. Wird diese Kommunikation gestört – etwa bei neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen sowie Autoimmunstörungen – kann dies vielfältige Symptome hervorrufen. Solche Störungen können zu erheblichen gesundheitlichen Beeinträchtigungen und Komplikationen führen (1).
Die Rolle des Vagusnervs in der Gehirn-Körper-Kommunikation
Der Vagusnerv, auch als 10. Hirnnerv bekannt, überträgt sensorische Signale von den Organen zum Gehirn und motorische Signale in die entgegengesetzte Richtung. Er ist zudem ein zentraler Bestandteil der Darm-Hirn-Achse, die eine wechselseitige Kommunikation zwischen Verdauungstrakt und Gehirn ermöglicht. Darüber hinaus reguliert der Vagusnerv Entzündungen über den cholinergen anti-entzündlichen Signalweg und beeinflusst das Immunsystem. Neue Forschungsergebnisse aus dem Jahr 2024 zeigen, dass bestimmte Neuronen im Hirnstamm auf Immunreaktionen reagieren und über den Vagusnerv das Immunsystem steuern. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung des Vagusnervs für entzündungsbedingte Erkrankungen und eröffnen neue Forschungsansätze (2).
Altbekannte Schlüsselverbindung zwischen Gehirn und Körper
Als längster Hirnnerv ist der Vagusnerv Teil des parasympathischen Nervensystems und reguliert unwillkürliche Körperfunktionen wie Herzschlag, Atmung und Verdauung. Er verläuft vom Hirnstamm bis in den Bauchraum und versorgt zahlreiche Organe, darunter Herz, Lunge, Leber und Magen-Darm-Trakt. Bereits in der Antike beschrieben griechische und römische Ärzte wie Galen seine Bedeutung für die Verbindung zwischen Gehirn und Organen. Im 19. Jahrhundert entdeckten Forscher wie Claude Bernard seinen Einfluss auf Herzfrequenz und Verdauung. Bis ins 20. Jahrhundert blieb das autonome Nervensystem jedoch rätselhaft, bevor die Rolle des Vagusnervs als Schlüsselstruktur des parasympathischen Systems klar wurde.
Anatomie des Vagusnervs
Der Vagusnerv besteht aus sensorischen und motorischen Fasern, wobei etwa 80% der Fasern sensorisch und 20% motorisch sind. Im Hirnstamm, insbesondere in der Medulla oblongata, befinden sich mehrere Kerngebiete, die die Funktionen des Vagusnervs steuern. Der dorsale Vaguskern verarbeitet sensorische Informationen aus den inneren Organen, während der Nucleus ambiguus die motorische Steuerung von Kehlkopf, Rachen und Speiseröhre übernimmt. Der Solitariuskern integriert sensorische Reize, darunter Geschmack und viszerale Signale, und reguliert autonome Funktionen wie Blutdruck und Magen-Darm-Motilität. Diese Komplexität erklärt auch, warum Störungen des Vagusnervs oder seiner Hirnstammkerne zu erheblichen gesundheitlichen Problemen führen können.
Der Vagusnerv als Regulator der Entzündungsreaktion
Der Vagusnerv steuert auch systemische Entzündungen über den sogenannten entzündlichen Reflex. Bei Infektionen oder Gewebeschäden setzen Immunzellen proinflammatorische Zytokine frei, die eine Entzündungsreaktion auslösen. Über seine efferenten Fasern beeinflusst der Vagusnerv Organe wie Milz, Leber und Darm, um diese Reaktion zu modulieren und die Homöostase aufrechtzuerhalten. Eine zentrale Rolle spielen dabei die α7-nikotinerge Acetylcholinrezeptoren (α7 nAChRs), die durch vagale Signale aktiviert werden und die Freisetzung entzündungsfördernder Zytokine hemmen. Im Jahr 2000 entdeckte eine Forschergruppe, dass die Stimulation des Vagusnervs die Produktion von TNF-α und IL-1β in einem Sepsis-Modell unterdrücken kann. Diese Erkenntnisse führten zur Identifikation des cholinergen anti-entzündlichen Signalwegs, der den Vagusnerv als entscheidenden Regulator von Entzündungen bestätigte.
Die Rolle von α7 nAChRs in der Immunregulation
Die α7 nAChRs sind auf Immunzellen wie Makrophagen, dendritischen Zellen und Lymphozyten exprimiert. Die Aktivierung dieser Rezeptoren durch Acetylcholin aus dem Vagusnerv hemmt die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine wie TNF-α, IL-1β und IL-6 über Signalwege wie den JAK2-STAT3-Pfad. Studien zeigen, dass die pharmakologische Stimulation von α7 nAChRs durch Agonisten wie GTS-21 entzündungshemmende Effekte hat und vor Erkrankungen wie Sepsis, rheumatoider Arthritis und entzündlichen Darmerkrankungen schützen kann. Zudem fördern α7 nAChRs die Funktion regulatorischer T-Zellen, die übermäßige Immunreaktionen unterdrücken. Untersuchungen an Chrna7-Knockout-Mäusen zeigten eine verstärkte systemische Entzündung sowie depressionsähnliche Verhaltensweisen, die durch eine Durchtrennung des Vagusnervs verhindert wurden. Diese Ergebnisse zeigen, dass α7 nAChRs eine Schlüsselrolle in der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn spielen und potenzielle Angriffspunkte für neue entzündungshemmende Therapien darstellen können.
Der Nucleus Tractus Solitarius als Schlüsselzentrum der Gehirn-Körper-Kommunikation
Der Nucleus Tractus Solitarius (NST) im Hirnstamm ist ein zentrales Schaltzentrum für Signale, die über den Vagusnerv zwischen Körper und Gehirn vermittelt werden. Er verarbeitet viszerale sensorische Informationen und spielt eine entscheidende Rolle in der Regulation der Immunantwort, der Nahrungsaufnahme und der Entzündungshemmung. Studien haben gezeigt, dass spezifische Neuronen im caudalen NST durch Immunreize aktiviert werden und über den Vagusnerv Entzündungsreaktionen modulieren können. Zudem sind NST-Neuronen in die Regulation des Essverhaltens eingebunden, etwa durch Orexin- und Endocannabinoid-vermittelte Mechanismen oder durch die Wirkung von GLP-1-Rezeptor-Agonisten. Neue Erkenntnisse weisen darauf hin, dass der NST auch in der Steuerung allergischer Reaktionen und der Atemwegsregulation eine Rolle spielt.
Die Rolle des Vagusnervs bei der Fettaufnahme
Der dorsale motorische Vagusnervkern (DMV) im Hirnstamm steuert zentrale Funktionen des Verdauungstrakts und beeinflusst die Fettaufnahme. Neue Forschungen zeigen, dass der DMV über den Vagusnerv die Fettabsorption im Jejunum reguliert und somit das Körpergewicht beeinflusst. Eine Durchtrennung des Vagusnervs führte zu einer verringerten Fettaufnahme, erhöhter Fettausscheidung und weniger Gewichtszunahme. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass eine Inaktivierung der DMV-Neuronen die Fettaufnahme reduziert und Gewichtsverlust fördert, während eine Aktivierung den gegenteiligen Effekt hat. Der Naturstoff Puerarin unterdrückt die DMV-vagale Signalübertragung über den GABAA1-Rezeptor und könnte als therapeutischer Ansatz zur Gewichtsreduktion dienen.
Vagotomie als Behandlung entzündungsbedingter Erkrankungen
Die Vagotomie, eine chirurgische Durchtrennung des Vagusnervs, wurde im frühen 20. Jahrhundert zur Behandlung von peptischen Ulzera entwickelt. Sie reduzierte die Magensäureproduktion und verhinderte so die Bildung von Geschwüren. In der Mitte des 20. Jahrhunderts war die Vagotomie eine weit verbreitete Behandlungsmethode, wurde jedoch durch die Entwicklung von H₂-Rezeptor-Antagonisten und Protonenpumpenhemmern weitgehend ersetzt. Später erkannte man die Rolle des Vagusnervs in der Regulation von Entzündungen, was zu Untersuchungen über seine Bedeutung für entzündliche Erkrankungen führte. Aufgrund der invasiven Natur der Vagotomie wurden jedoch alternative Methoden wie die Vagusnervstimulation bevorzugt.
Vagotomie und ihr Einfluss auf neuropsychiatrische Erkrankungen
Eine Vagotomie kann das Risiko für Parkinson beeinflussen kann, wobei eine trunkale Vagotomie möglicherweise einen schützenden Effekt hat. Andere Forschungen legen nahe, dass der Vagusnerv über die Darm-Hirn-Achse zur Entstehung neuropsychiatrischer Erkrankungen beitragen könnte. Eine dänische Studie fand einen leichten Anstieg des Demenz- und Alzheimer-Risikos nach einer trunkaler Vagotomie, während andere Studien keinen Zusammenhang mit Demenz oder Multipler Sklerose (MS) zeigten. Eine schwedische Studie ergab jedoch, dass eine trunkale Vagotomie das Schizophrenie-Risiko um fast 70% erhöhte, während eine selektive Vagotomie keinen Einfluss hatte. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der Vagusnerv neurodegenerative und psychiatrische Erkrankungen unterschiedlich beeinflusst.
Vagotomie und das Risiko entzündlicher Erkrankungen
Klinische Studien haben die Vagotomie auch mit anderen entzündungsbedingten Erkrankungen in Verbindung gebracht. Eine schwedische Kohortenstudie zeigte ein erhöhtes Risiko für Morbus Crohn nach trunkaler Vagotomie, jedoch keinen Zusammenhang mit Colitis ulcerosa. In Taiwan wurde ein erhöhtes Risiko für benigne Prostatahyperplasie bei männlichen Patienten ohne Helicobacter-pylori-Infektion festgestellt, während das Risiko für Leberkrebs durch eine Vagotomie gesenkt wurde. Weitere Untersuchungen ergaben, dass Patient:innen mit komplizierten Ulzera nach einer Vagotomie ein geringeres Risiko für ischämische Schlaganfälle und Herzerkrankungen hatten. Zudem zeigte sich ein reduziertes Diabetesrisiko bei Patient:innen mit oberen Magen-Darm-Erkrankungen nach einer Vagotomie, was die zentrale Rolle des Vagusnervs in Entzündungsprozessen unterstreicht.
Die Rolle des Vagusnervs bei psychiatrischen Erkrankungen
Bei psychiatrischen Erkrankungen wie Depressionen und Angststörungen wurden Störungen in der Kommunikation zwischen dem Darm und dem Gehirn beobachtet, wobei der Vagusnerv eine Schlüsselrolle bei der Vermittlung dieser Interaktionen spielt. Der Vagusnerv hilft, Immunantworten im Darm zu modulieren, wobei seine entzündungshemmenden Effekte auch die psychische Gesundheit beeinflussen. Tierstudien zeigten, dass die Stimulation des subdiaphragmatischen Vagusnervs das Auftreten von depressionsähnlichen Verhaltensweisen und das Ungleichgewicht der Darmmikrobiota nach systemischer Entzündung verringern konnte. Zusätzlich wurde festgestellt, dass die orale Verabreichung von SSRI-Medikamenten die vagale Aktivität von enterischen Neuronen erhöhte, was darauf hinweist, dass der Vagusnerv eine zentrale Rolle in den antidepressiven Effekten spielt.
Einfluss von Mikrobiota und Vagusnerv auf Depressionen
Studien zeigten außerdem, dass die Transplantation von Darmmikrobiota aus Mäusen mit depressionsähnlichem Verhalten Depressionen auch bei gesunden Mäusen induzierte, wobei der subdiaphragmatische Vagusnerv eine Blockade der depressiven Symptome und systemischer Entzündungen ermöglichte. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Darm-Hirn-Achse, insbesondere des Vagusnervs, bei der Entstehung von Depressionen. Weiterhin wurde in einer Studie gezeigt, dass die Einnahme von bestimmten Darmbakterien Depressionen auslösen konnte, aber auch hier konnte der Vagusnerv diese Auswirkungen verhindern. Diese Studien zeigen, dass das Mikrobiom des Darms über die Vagusnerv-Achse das zentrale Nervensystem beeinflusst und Depressionen auslösen kann, wenn diese Achse gestört ist. Der Vagusnerv scheint also ein maßgeblicher Faktor für die Modulation der Stressantwort und der Entstehung von depressiven Symptomen zu sein.
Therapeutisches Potenzial des Vagusnervs bei psychischen Erkrankungen
Die gezielte Beeinflussung des Vagusnervs kann damit auch therapeutisches Potenzial bei der Behandlung von Depressionen und Angststörungen haben. Bei Mäusen mit chronischem Stress zeigte eine chronische Vagusnervstimulation positive Effekte auf Verhaltensweisen, die mit Depressionen und Angstzuständen verbunden sind. Auch neuere Ansätze wie die Verwendung von MDMA und Arketamin, die auf den Vagusnerv wirken, haben in Tiermodellen die Resilienz gegen Stress verbessert. Allerdings sind weitere Studien erforderlich, um die genauen Mechanismen zu verstehen, durch die der Vagusnerv die psychische Gesundheit beeinflusst und welche therapeutischen Ansätze am vielversprechendsten sind.
Der Vagusnerv und neurologische Erkrankungen
Der Vagusnerv spielt auch eine zentrale Rolle bei neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und MS, indem er die Kommunikation zwischen dem Darm und dem Gehirn vermittelt. Störungen in dieser Darm-Hirn-Achse können zur Entstehung und Verschlechterung dieser Erkrankungen beitragen, wie etwa die Ansammlung von Amyloid-β (Aβ) im Darm, die neuroinflammatorische Reaktionen im Gehirn auslöst und so frühe AD-Symptome imitiert. Bei Parkinson wurde gezeigt, dass α-Synuclein von der Darmwand über den Vagusnerv ins Gehirn übertragen werden kann, was zur Degeneration von Dopaminneuronen führt. Interessanterweise blockiert eine Truncusvagotomie diese Übertragung und die damit verbundene neurodegenerative Entwicklung.
Dysbiose und der Vagusnerv bei MS und weiteren Erkrankungen
Eine Dysbiose des Mikrobioms im Darm trägt ebenfalls zur Entstehung von MS bei, und die Stimulation des subdiaphragmatischen Vagusnervs hat entzündungshemmende und schützende Effekte in Mausmodellen gezeigt. In Modellen für experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis, einer MS-ähnlichen Erkrankung, verbesserte eine linksseitige Zervikalis-Vagotomie die klinischen und pathologischen Parameter, was auf die Bedeutung des Vagusnervs in der MS-Entwicklung hinweist. Weitere Studien haben gezeigt, dass die Verbindung zwischen dem Darmmikrobiom und dem Gehirn über den Vagusnerv auch die Demyelinisierung im Gehirn beeinflusst. Allerdings innerviert der Vagusnerv nicht direkt den distalen Kolon, sodass alternative Mechanismen wie das enterische Nervensystem und humorale Wege für die Kommunikation zwischen dem Gehirn und dem distalen Kolon verantwortlich sein könnten.
Traditionelle Vagusnerv-Stimulation
Die Vagusnerv-Stimulation (VNS) hat ihren Ursprung im späten 19. Jahrhundert und wurde in den 1980er und 1990er Jahren zunehmend als Behandlungsmethode für Epilepsie und therapieresistente Depressionen (TRD) bekannt. 1997 erhielt sie die Zulassung der US-amerikanischen FDA zur Behandlung von Epilepsie und 2005 auch für TRD. Die Therapie besteht darin, ein Gerät zu implantieren, das elektrische Impulse an den Vagusnerv sendet, um abnormale elektrische Aktivitäten im Gehirn zu regulieren. Es wird vermutet, dass eine VNS auch entzündungshemmende Wirkungen hat, obwohl die genauen Mechanismen noch nicht vollständig verstanden sind. In klinischen Studien wurde eine Verringerung der Anfallsfrequenz bei Epilepsie und eine Verbesserung der Stimmung bei TRD festgestellt, während mögliche Nebenwirkungen wie Heiserkeit und Halsschmerzen auftreten können.
Transkutane aurikuläre Vagusnerv-Stimulation
Um die Einschränkungen der traditionellen VNS zu überwinden, wird die transkutane aurikuläre Vagusnerv-Stimulation (taVNS) als nicht-invasive Alternative untersucht. Diese Methode nutzt Oberflächen-Elektroden, die auf das Ohr der Patient:innen angewendet werden, um den Vagusnerv zu stimulieren, was das Risiko chirurgischer Eingriffe und damit verbundener Komplikationen vermeidet. TaVNS hat sich in Tiermodellen als wirksam gegen verschiedene Erkrankungen erwiesen, darunter Depressionen und Schlaganfälle, und es gibt vielversprechende Meta-Analysen, die ihre Wirksamkeit und Sicherheit belegen. Aufgrund der milderen Stimulation und der nicht-invasiven Natur hat taVNS im Vergleich zu traditioneller VNS weniger Nebenwirkungen, bietet jedoch weniger standardisierte Protokolle und eine größere Variabilität in den Behandlungsergebnissen. Insgesamt bietet taVNS aber eine sicherere und zugänglichere Behandlungsoption, insbesondere für Patient:innen, die keine chirurgischen Eingriffe vertragen (3).
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Vagusnerv eine zentrale Rolle in der Kommunikation zwischen Gehirn und Körper spielt, indem er neuroinflammatorische Prozesse, Immunantworten und die Regulierung von Neurotransmittern beeinflusst. Dysfunktionen in der Vagusnerv-vermittelten Darm-Hirn-Achse können zu einer Vielzahl von psychiatrischen, neurologischen und entzündungsbedingten Erkrankungen führen. Zukünftige Forschung sollte sich darauf konzentrieren, spezifische bakterielle Metaboliten und Signalmoleküle zu identifizieren, die vagale Signalwege aktivieren, um das Verständnis der bidirektionalen Kommunikation zwischen Mikrobiom und Gehirn zu vertiefen und neue therapeutische Ansätze zu finden.
Literatur:
- (1)
Hashimoto et al. Neurobiol Dis. 2024; 201:106666. DOI: 10.1016/j.nbd.2024.106666.
- (2)
Jin et al. Nature 2024; 630: 695–703. DOI: 10.1038/s41586-024-07469-y.
- (3)
Ma et al. Brain Behav Immun 2025; 124:28-39. DOI: 10.1016/j.bbi.2024.11.023