Noch ein Sprint, die Beine brennen, der Puls steigt – und mit ihm das Laktat im Muskel. Muskelzellen produzieren es bei Sauerstoffmangel und sichern so ihre Energieversorgung. Doch Laktat entsteht nicht nur beim Sport. Auch Tumorzellen produzieren große Mengen Laktat – selbst, wenn ihnen Sauerstoff zur Verfügung steht. „Dieser Effekt ist ein kleines biologisches Rätsel. Dafür fehlt bis heute eine schlüssige Erklärung. Um diese zu finden, haben wir die vorhandene Literatur systematisch analysiert“, erklärt Dr. Astrid Hensel, Biochemikerin am Universitätsklinikum Essen.

Hensel, die Molekularbiologin Prof. Shirley Knauer und Dr. Renáta Váraljai fanden schließlich ein Muster: Zellen, die viel Laktat produzieren, weisen oft auch erhöhte Mengen freien Eisens auf. Außerdem stehen diese Zellen unter oxidativem Stress und sind somit großen Mengen an Sauerstoffradikalen ausgesetzt. In geringer Konzentration steuern diese wichtige Zell-Signalwege und unterstützen die Immunabwehr. In hoher Konzentration greifen sie jedoch Proteine, die DNA und andere Zellbestandteile an. Diese Zusammenhänge brachten das Team dazu, einen weiteren Effekt in einem neuen Licht zu sehen: die Fenton-Reaktion.

Gift für Zellen

Henry John Horstman Fenton beschrieb 1894 eine Reaktion, bei der Wasserstoffperoxid (H₂O₂) mit freiem Eisen hochreaktive Hydroxyl-Radikale bildet. Für Zellen gilt diese Reaktion bis heute als schädlich und als wichtiger Treiber von oxidativem Stress. „Schon H₂O₂, der Ausgangsstoff der Fenton-Reaktion, ist für Zellen schädlich. Hydroxyl-Radikale reagieren aber noch aggressiver. Warum erhöhen Krebszellen also den Eisenspiegel und treiben damit diese Reaktion an, wenn sie sich damit selbst schaden?“, erklärt Knauer den Gedankengang. Mit Blick auf den ebenfalls erhöhten Laktatspiegel formulierte das Team eine Hypothese: Laktat lagert sich an freies Eisen an und bildet so eine Eisen-Laktat-Achse. Das Eisen katalysiert dann die Fenton-Reaktion und erzeugt aus H₂O₂ hochreaktive Hydroxyl-Radikale. Diese sind zwar deutlich reaktiver als H₂O₂, reagieren aber bevorzugt mit dem benachbarten Laktat. Dabei entsteht Pyruvat, welches Zellwachstum und Reparaturprozesse unterstützt.

Das Laktat opfert sich

„Das Laktat opfert sich so gesehen, bevor lebenswichtige Bausteine der Zelle angegriffen werden. Krebszellen schützen sich so also vor H₂O₂“, so Knauer. Bestätigt sich diese Hypothese, ließe sich dieses Schutzsystem der Tumorzellen gezielt schwächen – etwa mit Wirkstoffen, die Eisenhaushalt oder Laktatstoffwechsel beeinflussen. Dadurch würden die Zellen anfälliger und besser auf Therapien reagieren. Ein hohes Laktat- und Eisenlevel sowie oxidativer Stress finden sich auch in Nerven- oder Immunzellen. Dort würden neue Therapieansätze das gegenteilige Ziel verfolgen. Sie sollen das Schutzsystem stärken und die Zellen vor oxidativem Stress bewahren, beispielsweise bei Autoimmun- und neurodegenerativen Erkrankungen. Mit dieser These hat das Forschungsteam ein theoretisches Paper vorgelegt. Eine experimentelle Überprüfung steht noch aus. Nun geht es darum, die Arbeit in der Fachwelt bekannt zu machen.