Spermidin

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Strukturformel
Strukturformel von Spermidin
Allgemeines
Name Spermidin
Andere Namen
  • Monoaminopropylputrescin
  • 1,5,10-Triazadecan
  • N-(3-Aminopropyl)butan-1,4-diamin (IUPAC)
Summenformel C7H19N3
Kurzbeschreibung

farblose, klare Flüssigkeit[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 124-20-9
EG-Nummer 204-689-0
ECHA-InfoCard 100.004.264
PubChem 1102
ChemSpider 1071
DrugBank DB03566
Eigenschaften
Molare Masse 145,25 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

0,93 g·cm−3 [1]

Schmelzpunkt

22–25 °C[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 314
P: 280​‐​305+351+338​‐​310 [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Spermidin, auch Monoaminopropylputrescin genannt, ist ein biogenes Polyamin und ein Zwischenprodukt bei der Bildung von Spermin aus Putrescin und decarboxyliertem S-Adenosylmethionin.

Der Name Spermidin wie auch des Spaltungsproduktes des Zellkerns Spermin ist von der männlichen Samenflüssigkeit abgeleitet, da Philipp Schreiner 1870 die stickstoffhaltige Base Spermin aus Sperma isolierte und diese sowie weitere Erkenntnisse 1878 unter dem Titel Ueber eine neue organische Basis in thierischen Organismen in Justus Liebigs Annalen der Chemie veröffentlichte.[2]

Nach heutigen Erkenntnissen kommt Spermidin in allen lebenden Organismen und in allen Körperzellen vor und ist eng mit dem Zellwachstum verbunden. Die genaue physiologische Funktion des Spermidins in wachsenden Zellen, beispielsweise bei der Produktion von Nukleinsäuren und Proteinen oder Membranstabilisierung, ist jedoch noch nicht vollständig geklärt.[3][4] Die Menge von Spermidin im Organismus erhöht sich bei einer Beschleunigung des Stoffwechsels. Bei einer Verlangsamung des Stoffwechsels geht die Produktion von Spermidin zurück. Die Konzentration an körpereigenem Spermidin nimmt zudem beim Altern ab.[5]

Natürliche Umstände, die den Spermidinwert steigen lassen, sind Wachstum, Schwangerschaft, Reparatur von Muskelzellen nach starker sportlicher Anstrengung sowie Regenerierung der roten Blutkörperchen nach Blutverlust bzw. -armut oder nach längeren Höhenaufenthalten. Diverse Krankheiten werden ebenfalls durch erhöhte Spermidinwerte signalisiert, z. B. chronische Entzündungen der Gelenke („Rheuma“), der Leber (Hepatitis), des Darmes (Colitis) und der Haut (Ekzeme, Psoriasis).

Biochemische und physiologische Wirkung

Nach bisherigen Erkenntnissen inhibiert Spermidin die neuronale NO-Synthase (nNOS, ein Enzym welches Stickstoffmonoxid (NO) synthetisiert), bindet und präzipitiert DNA, stimuliert die Aktivität der T4-Polynukleotidkinase[1] und trägt zur Verbesserung der Beschichtung mit DNA bei der Munition der Genkanone bei.[6]

Spermidin induziert die Autophagie. Die Induktion von Autophagie durch Spermidin beruht unter anderem auf einer Inhibierung von Acetyltransferasen wie EP300.[7] Als weitere potentielle Mechanismen wurden unter anderem transkriptionelle Effekte[8], eine Stabilisierung des Mikrotubuli-assoziierten Proteins 1S (MAP1S)[9] sowie eine Modulierung des mTOR-Signalwegs[10] beschrieben.

Vorkommen in Nahrungsmitteln

Nahrungsmittel mit hohem Spermidingehalt sind Vollkorn bzw. Weizenkeime, gereifter Käse, Pilze, Sojaprodukte und Hülsenfrüchte.[11]

Zum Vergleich: Der Spermidingehalt in menschlichem Samenplasma (Zellfreies Ejakulat) beträgt 15 bis 50 mg/L (Mittelwert 31 mg/L).[12]

Nahrungsmittel Spermidin
mg/kg		 Anmerkungen
Weizenkeime 243 [13]
Sojabohnen, getrocknet 207 Japan[11]
Cheddarkäse, 1 Jahr gereift 199 [11]
Sojabohnen, getrocknet 128 Deutschland[11]
Kürbiskerne 104 Österreich
Pilze 89 Japan[11]
Reiskleie 50 [11]
Hühnerleber 48 [11]
Erbsen 46 [11]
Hackfleisch, Rind 37 [14]
Mais 32 [14]
Mango 30 [11]
Kichererbsen 29 [11]
Dill 29 [14]
Sellerie 27 [14]
Blumenkohl (gekocht) 25 [11]
Brokkoli (gekocht) 25 [11]
Haselnüsse 21 [14]
Kopfsalat 19 [14]
Okra 19 [14]
Vollkornbrot 18 [14]
Spinat 16 [14]
Melone 12 [14]

Forschung

Spermidin wirkt verstärkend auf die Autophagie, einem zellulären Prozess, der für die allgemeine Zellaktivität von Proteinen sowie die Funktion der Mitochondrien und Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen) entscheidend ist.[15][16] Im Tierversuch an Fruchtfliegen hatte sich gezeigt, dass eine Zufuhr von Spermidin durch die Nahrung bei diesen Insekten der altersbedingten Demenz entgegenwirkt.[5] (Originalartikel[17]) Einer Forschungsgruppe um den Grazer Molekularbiologen Frank Madeo gelang in Labormäusen der Nachweis, dass Spermidin vor kardiovaskulären Erkrankungen schützt und damit zur Lebensverlängerung beitragen kann.[18] Es verzögert die Herzalterung, indem es die diastolische Funktion verbessert. Im Tierversuch wurde nachgewiesen, dass Hypertonie, ein wesentlicher Verursacher von Herzinsuffizienz, durch Spermidin gesenkt wird. Spermidin verringerte dabei die pulmonale bzw. systemische Flüssigkeitsansammlung, die für Herzinsuffizienz charakteristisch ist. Bei den Versuchen wurde auch eine protektive Wirkung auf die Nierenfunktion erkannt. Die Aufnahme von Spermidin in entsprechender Ernährung korrelierte umgekehrt zum Vorkommen der Herzinsuffizienz. In den Untersuchungsgruppen (Hoch- bzw. Niedrigaufnahme) war das Erkrankungsrisiko der Hochaufnahmegruppe um 40 Prozent reduziert.

Im August 2018 veröffentlichten österreichische, französische und englische Kliniker und Forscher die Ergebnisse eines zwanzigjährigen klinischen Beobachtungszeitraums (1995–2015), in welchem die Aufnahme von Spermidin in den Ernährungsgewohnheiten einer Personengruppe regelmäßig protokolliert worden war. An der Untersuchung nahmen 829 zwischen 45 und 84 Jahre alte Menschen (Männeranteil 49 Prozent) teil. In diesem Zeitraum starben 341 der Personen, und zwar 40,5 Prozent von ihnen im unteren Drittel der Spermidinaufnahme, 24 Prozent im mittleren und 15 Prozent im oberen Drittel. Das unterschiedliche Mortalitätsrisiko von Menschen des oberen Drittels im Vergleich zu jenem des unteren Drittels entsprach dabei einem um 5 bis 7 Jahre geringerem Alter.[19] 

In Zellversuchen konnten Virologen der Charité Berlin um Christian Drosten und Marcel Müller zeigen, dass humane Lungenzellen, die mit SARS-CoV-2 infiziert wurden, verminderte Autophagie betrieben.[20] Zudem waren die Spermidin-Level in diesen Zellen deutlich vermindert. Durch die Gabe von Spermidin konnte schließlich auf die Infektion Einfluss genommen werden. Die Viruslast war um 85 % nach Gabe der körpereigenen Substanz reduziert.

Weiterhin konnten die Forscher zeigen, dass gesunde Zellen, die vorher mit Spermidin behandelt wurden, vor einer Infektion deutlich geschützt waren. Die Virusvermehrung war in diesen Zellen um 70 % reduziert. Die Autoren der Studie schließen, dass sich daraus neue Forschungsansätze sowohl für die Therapie als auch für die Prävention ergeben[20]. Bislang fehlen allerdings aussagekräftige Studien an Menschen, und es ist nicht bekannt, ob sich wirksame Gewebekonzentrationen durch die orale Zufuhr von Spermidin praktisch überhaupt erreichen lassen.[21]

2018 stellten Forscher mit einer randomisierten kontrollierten Studie fest, dass im Vergleich zur Kontrollgruppe, die nur ein Placebo erhalten hatte, eine Spermidin-Supplementation über einen Zeitraum von drei Monaten bei der Behandlungsgruppe die Gedächtnisleistung moderat verbesserte.[22]

Verträglichkeit und Nebenwirkungen

In einer dreimonatigen Phase-II-Studie mit einem Pflanzenextrakt, der reich an Spermidin war, konnte bei einer Dosis von 1,2 mg pro Tag eine gute Verträglichkeit an älteren kognitiv beeinträchtigten Menschen festgestellt werden.[23] Im Vergleich dazu liegen im Tiermodell Farbmaus die Dosen, bei denen ein Autophagie-stimulierender Effekt gemessen werden konnte, bei 50 mg/kg Körpergewicht und intraperitonealer Verabreichung. Bei einem Zehntel der Dosis war dieser Effekt erheblich schwächer ausgeprägt.[24]

Bisher gibt es noch kein zugelassenes Arzneimittel auf der Basis eines Wirkstoffes Spermidin, sondern lediglich Nahrungsergänzungsmittel. Ein bestimmter Weizenkeimextrakt mit Spermidin ist als neuartiges Lebensmittel (Novel Food) zugelassen und darf unter der Bezeichnung „Weizenkeimextrakt mit hohem Spermidingehalt“ in Nahrungsergänzungsmitteln für Erwachsene (Schwangere und Stillende ausgenommen) verkauft werden. Die erlaubte Höchstmenge an Spermidin liegt bei 6 mg pro Tag.[25]

Spermidin in den Medien

Literatur

  • J. Kim: Spermidine rescues proximal tubular cells from oxidative stress and necrosis after ischemic acute kidney injury. In: Archives of pharmacal research. Oktober 2017, Band 40, Nr. 10, S. 1197–1208, doi:10.1007/s12272-017-0957-3.
  • Vorkommen von Putrescine, Spermidin und Spermin in Nahrungsmitteln: M. Atiya Ali, E. Poortvliet, R. Strömberg, A. Yngve: Polyamines in foods: development of a food database. In: Food & nutrition research. Band 55, 2011, doi:10.3402/fnr.v55i0.5572. PMID 21249159. PMC 3022763 (freier Volltext).
  • Erkenntnisse über die Rolle und Mechanismen von Spermidin bei Alterung und altersbedingten Krankheiten: You-Shuo Liu Yu-Qing Ni, You-Shuo Liu Yu-Qing Ni: New Insights into the Roles and Mechanisms of Spermidine in Aging and Age-Related Diseases. In: Aging and disease. doi:10.14336/AD.2021.0603 (aginganddisease.org [abgerufen am 17. Juni 2021]). (freier Volltext).
  • Weitere Studien zu Spermidin auf PubMed.

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f Datenblatt Spermidine bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. April 2011 (PDF).
  2. ↑ Philipp Schreiner: Ueber eine neue organische Basis in thierischen Organismen. In: Justus Liebig's Annalen der Chemie. 194, 1878, S. 68–84, doi:10.1002/jlac.18781940107.
  3. ↑ Kazuei Igarashi, Keiko Kashiwagi: Modulation of cellular function by polyamines. In: The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. Band 42, 2010, S. 39, doi:10.1016/j.biocel.2009.07.009.
  4. ↑ S. Mandal, A. Mandal, H. E. Johansson, A. V. Orjalo, M. H. Park: Depletion of cellular polyamines, spermidine and spermine, causes a total arrest in translation and growth in mammalian cells. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 110, 2013, S. 2169, doi:10.1073/pnas.1219002110.
  5. ↑ a b Verabreichung der natürlichen Substanz Spermidin stoppt Demenz. Freie Universität Berlin, 1. September 2013, abgerufen am 4. September 2013.
  6. ↑ S. Wang, S. Joshi, S. Lu: Delivery of DNA to skin by particle bombardment. In: Methods in molecular biology. Band 245, 2004, S. 185–196, PMID 14707379.
  7. ↑ F. Pietrocola, S. Lachkar, D. P. Enot, M. Niso-Santano, J. M. Bravo-San Pedro: Spermidine induces autophagy by inhibiting the acetyltransferase EP300. In: Cell Death and Differentiation. Band 22, Nr. 3, März 2015, S. 509–516, doi:10.1038/cdd.2014.215, PMID 25526088, PMC 4326581 (freier Volltext).
  8. ↑ Spermidine, an autophagy inducer, as a therapeutic strategy in neurological disorders. In: Neuropeptides. Band 83, 1. Oktober 2020, S. 102083, doi:10.1016/j.npep.2020.102083.
  9. ↑ Pengfei Liu, Montserrat Rojo de la Vega, Matthew Dodson, Fei Yue, Boyun Shi: Spermidine Confers Liver Protection by Enhancing NRF2 Signaling Through a MAP1S-Mediated Noncanonical Mechanism. In: Hepatology (Baltimore, Md.). Band 70, Nr. 1, Juli 2019, S. 372–388, doi:10.1002/hep.30616, PMID 30873635, PMC 6597327 (freier Volltext).
  10. ↑ Jing Yan, Jian‐Yun Yan, Yu‐Xi Wang, Yuan‐Na Ling, Xu‐Dong Song: Spermidine‐enhanced autophagic flux improves cardiac dysfunction following myocardial infarction by targeting the AMPK/mTOR signalling pathway. In: British Journal of Pharmacology. Band 176, Nr. 17, September 2019, S. 3126–3142, doi:10.1111/bph.14706, PMID 31077347, PMC 6692641 (freier Volltext) – (englisch).
  11. ↑ a b c d e f g h i j k l Mohamed Atiya Ali, Eric Poortvliet, Roger Strömberg, Agneta Yngve: Polyamines in foods: development of a food database. In: Food & Nutrition Research. Band 55, Nr. 1, 1. Januar 2011, S. 5572, doi:10.3402/fnr.v55i0.5572, PMID 21249159, PMC 3022763 (freier Volltext).
  12. ↑ Sperma. In: Ciba-Geigy (Hrsg.): Wissenschaftliche Tabellen Geigy. 8. Auflage. Teilband Körperflüssigkeiten. CIBA-GEIGY Limited, Basel 1977, S. 181–189.
  13. ↑ T. M. Klein, T. Gradziel, M. E. Fromm, J. C. Sanford: Factors Influencing Gene Delivery into Zea Mays Cells by High–Velocity Microprojectiles. In: Nature Biotechnology. Band 6, Nr. 5, S. 559–563, doi:10.1038/nbt0588-559.
  14. ↑ a b c d e f g h i j Spermidin Lebensmittel. Abgerufen am 15. April 2019.
  15. ↑ Frank Madeo et al.: Induction of autophagy by spermidine promotes longevity. In: US National Library of Medicine National Institutes of Health (Hrsg.): Nat Cell Biol. 11. November 2009, S. 1305–1314, doi:10.1038/ncb1975, PMID 19801973.
  16. ↑ Sabrina Schroeder, Andreas Zimmermann, Didac Carmona-Gutierrez, Tobias Eisenberg, Christoph Ruckenstuhl, Aleksandra Andryushkova, Tobias Pendl, Alexandra Harger, Frank Madeo: Metabolites in aging and autophagy. In: Microbial Cell. Band 1, Nr. 4, April 2014, S. 110–114, doi:10.15698/mic2014.04.142 (PDF).
  17. ↑ Varun K Gupta, Lisa Scheunemann, Tobias Eisenberg, Sara Mertel, Anuradha Bhukel, Tom S Koemans, Jamie M Kramer, Karen S Y Liu, Sabrina Schroeder, Hendrik G Stunnenberg, Frank Sinner, Christoph Magnes, Thomas R Pieber, Shubham Dipt, André Fiala, Annette Schenck, Martin Schwaerzel, Frank Madeo, Stephan J Sigrist: Restoring polyamines protects from age-induced memory impairment in an autophagy-dependent manner. In: Nature Neuroscience. 2013, doi:10.1038/nn.3512 (englisch).
  18. ↑ Frank Madeo et al.: Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. In: Nat Med. 22. Dezember 2016, S. 1428–1438, doi:10.1038/nm.4222, PMID 27841876.
  19. ↑ S. Kiechl, R. Pechlaner, P. Willeit et al.: Higher spermidine intake is linked to lower mortality: a prospective population-based study. In: The American Journal of Clinical Nutrition. Band 108, Nr. 2, 1. August 2018, S. 371–380, doi:10.1093/ajcn/nqy102, PMID 29955838.
  20. ↑ a b Nils C. Gassen, Christian Drosten, Marcel A. Müller et al.: Analysis of SARS-CoV-2-controlled autophagy reveals spermidine, MK-2206, and niclosamide as putative antiviral therapeutics. In: BioRxiv. 15. April 2020, bioRxiv: 10.1101/2020.04.15.997254v1 (Preprint-Volltext).
  21. ↑ Martin Smollich: Charité-Studie: Mit Spermidin gegen COVID-19. In: Ernährungsmedizin. 23. April 2020, abgerufen am 23. April 2020.
  22. ↑ Miranka Wirth, Gloria Benson, Claudia Schwarz u. a.: The effect of spermidine on memory performance in older adults at risk for dementia: A randomized controlled trial. In: Cortex. Band 109, Dezember 2018, S. 181–188, doi:10.1016/j.cortex.2018.09.014 (Epub: 4. Oktober 2018).
  23. ↑ C. Schwarz, S. Stekovic u. a.: Safety and tolerability of spermidine supplementation in mice and older adults with subjective cognitive decline. In: Aging. Band 10, Nr. 1, Januar 2018, S. 19–33, doi:10.18632/aging.101354, PMID 29315079, PMC 5807086 (freier Volltext).
  24. ↑ E. Morselli, G. Mariño u. a.: Spermidine and resveratrol induce autophagy by distinct pathways converging on the acetylproteome. In: Journal of Cell Biology. Band 192, Nr. 4, Februar 2011, S. 615–629, doi:10.1083/jcb.201008167, PMID 21339330, PMC 3044119 (freier Volltext).
  25. ↑ Jungbleiben mit Spermidin? In: verbraucherzentrale.de. 21. April 2021, abgerufen am 17. Juni 2021.
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