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SPERMIDIN aus Weizenkeimextrakt – ein wichtiges Polyamin

Weizenkeime und ihre Inhaltsstoffe

Weizenkeime sind ölhaltige Bestandteile reifer Weizenkörner und machen ca. 3% deren Gesamtgewicht aus. Aus den Weizenkeimen entwickelt sich zunächst das wertvolle Weizengras, aus welchem sich später Weizenkörner bilden. Bei der Herstellung von Weizenmehl fallen Weizenkeime meist als Nebenprodukt an. Sie besitzen eine hohe Nährstoffdichte und sind reich an Mikronährstoffen sowie Ballaststoffen (1,5-4%). Der Öl-Gehalt liegt bei ca. 10%, wobei viele ungesättigte Fettsäuren enthalten sind. Der Eiweißanteil beträgt ca. 27%, je nach Herkunft sind aber auch zwischen 13 und 35% möglich.

Zu den Inhaltsstoffen zählen:

  • Vitamine (B1, B2, B3, B5, B6, B9 sowie die Vitamine A, K und E)
  • Mineralstoffe und Spurenelemente (Calcium, Magnesium, Eisen, Kalium, Jod, Phosphor, Chrom, Mangan, Zink, Molybdän und Schwefel)
  • Polyamine (Spermin, Spermidin und Putrescin)
  • Fettsäuren (v.a. Alpha-Linolensäure, Linolsäure, Ölsäure und Palmitoleinsäure)
  • Aminosäuren (Arginin, Tryptophan, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Leucin und Isoleucin)
  • Sekundäre Pflanzenstoffe (Carotinoide, Polyphenole und Flavonoide)

 

Die Wirkungen der Weizenkeime

Die genannten Inhaltsstoffe weisen auf ein großes gesundheitliches Potenzial hin. Bislang wurden die Wirkungen der Weizenkeime jedoch erst teilweise experimentell erforscht, Humanstudien gibt es kaum. Das große Wissen über die einzelnen Inhaltsstoffe und deren Bedeutungen für den Stoffwechsel sowie die allgemeine Gesundheit lässt aber Aussagen über die Gesamtwirkung der Weizenkeime zu. Die Forschung nennt auch mögliche medizinische Einsatzgebiete:

  • Weizenkeimextrakt verfügt aufgrund seines hohen Mikronährstoffgehalts über antientzündliche, antioxidative, antibakterielle und immunmodulierende Effekte [Mahmoud AA et al.; Wheat germ: An overview on nutritional value, antioxidant potential and antibacterial characteristics. Food and Nutrition Sciences, 2015, 6, 265-277].
  • Laut einer Humanstudie von Ataollahi mindern Weizenkeime signifikant die verschiedenen Beschwerden, die beim prämenstruellen Syndrom (PMS) auftreten. Laut Balint wirkt sich fermentierter Weizenkeimextrakt als Ergänzung zur Corticoidtherapie positiv auf rheumatoide Arthritis aus und verbessert die Beschwerden sowie die Lebensqualität [Ataollahi M et al.; The effect of wheat germ extract on premenstrual syndrome symptoms. Iran J Pharm Res Winter 2015;14(1):159-66 und Balint G et al.; Effect of Avemar – a fermented wheat germ extract – on rheumatoid arthritis. Preliminary data, Clin Exp Rheumatol. 2006;24(3):325-8]
  • Weizenkeime verbessern die Funktion des Magen-Darm-Traktes. Sie reduzieren entzündungsfördernde Zytokine im Darm, erhöhen den Anteil an Butter- sowie Propionsäure und regulieren die Zusammensetzung der Darmflora. Des Weiteren erhöhen sie den Anteil an Laktobazillen und – wie sich in einer kleinen Doppelblindstudie von Moreira-Rosario herausstellte – auch die Menge an Bacteroides und Bifido [Moreira-Rosario A et al.; Daily intake of wheat germ-enriched bread may promote a healthy gut bacterial microbiota: a randomised controlled trial. Eur J Nutr 2020 Aug;59(5):1951-1961 und Ojo BA et al.; Wheat germ supplementation increases lactobacillaceae and promotes an anti-inflammatory gut milieu in C57BL/6 mice fed a high-fat, high-sucrose diet. J Nutr 2019;149(7):1107-1115].
  • In einer Doppelblindstudie von Mohammadi reduzieren Weizenkeime bei Typ-2-Diabetikern signifikant den Cholesterinspiegel und steigern die antioxidative Kapazität. Ostlund schreibt ebenfalls, dass Weizenkeime die Cholesterin-Absorption im Darm hemmen. Laut Ojo minimieren Weizenkeime bei übergewichtigen Mäusen u.a. das viszerale Fett, kardiale mitochondriale Dysfunktionen, das Serum-Insulin und die Insulinresistenz [Mohammadi H et al.; The effects of wheat germ supplementation on metabolic profile in patients with type 2 diabetes mellitus: A randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Phytother Res 2020 Apr;34(4):879-885 und Ojo BA et al.; Wheat germ supplementation alleviates insulin resistance and cardiac mitochondrial dysfunction in an animal model of diet-induced obesity. Br J Nutr 2017;118(4):241-249 und Ostlund R et al.; Inhabitation of cholesterol absorption by phytosterol replete wheat germ. The American Journal of Clinical Nutrition 2003;77,1385-1389].
  • Auch die Onkologie zeigt Interesse am Weizenkeimextrakt, da sich dieser aus vielen biologisch aktiven Stoffen (einschließlich Benzoquinonen) zusammensetzt. In etlichen experimentellen Untersuchungen, kleinen Humanstudien und Tierstudien wurden für alkoholische und fermentierte Weizenkeimextrakte krebspräventive Effekte nachgewiesen, z.B. bei Darmkrebs. Des Weiteren wurden Wirkungen als komplementäre Maßnahme bei der Behandlung verschiedener Karzinom-Arten (Melanome, Lungenkrebs, Leukämie, Brustkrebs, kolorektales Karzinom) attestiert. Therapiebedingte Nebenwirkungen wie die Verminderung der neutrophilen Granulozyten im Blut und Müdigkeit/Erschöpfung verbesserten sich. Auch die Überlebenszeit konnte verlängert und die Lebensqualität gesteigert werden. Der Extrakt zeigt antimetastasierende, antiproliferative, die Tumorzellapoptose fördernde Wirkungen und unterstützt die Zytotoxizität natürlicher Killerzellen [Boros LG et al.; Fermented wheat germ extract (Avemar) in the treatment of cancer and autoimmune diseases. Ann N Y Acad Sci 2005;1051:529-42 und Comin-Anduix B et al.; Fermented wheat germ extract inhibits glycolysis/pentose cycle enzymes and induces apoptosis through poly(ADP-ribose) polymerase activation in Jurkat T-cell leukemia tumor cells. J Biol Chem,2002;277(48):46408-14 und Demidov LV et al.; Adjuvant fermented wheat germ extract (Avemar) nutraceutical improves survival of high-risk skin melanoma patients; a randomized, pilot, phase II clinical study with a 7-year follow-up. Cancer Biother Radiopharm 2008;23(4):477-82 und Farkas E; Fermented wheat germ extract in the supportive therapy of colorectal cancer. Orv Hetil 2005;146(37):1925-31 und Garami M et al.; Fermented wheat germ extract reduces chemotherapy-induced febrile neutropenia in pediatric cancer patients, J Pediatr Hematol Oncol. 2004;26(10):631-5 und Koh EM et al.; Anticancer activity and mechanism of action of fermented wheat germ extract against ovarian cancer. Food biochemistry 2018;42,6 und Marcsek Z et al.; The efficacy of tamoxifen in estrogen receptor-positive breast cancer cells is enhanced by a medical nutriment. Cancer Biother Radiopharm. 2004;19(6):746-53 und Mueller T, Voigt W; Fermented wheat germ extract – nutritional supplement or anticancer drug? Nutr J 2011;10:89 und Telekes A et al.; Avemar (wheat germ extract) in cancer prevention and treatment. Nutr Cancer 2009;61(6):891-9].

Zusammenfassend unterstützen Weizenkeime aufgrund der enthaltenen Mikronährstoffe die Basisversorgung und bereichern die allgemeine Ernährung. Sie eignen sich zur Optimierung des Stoffwechsels und zur Prävention von Stoffwechselstörungen, akuten und chronischen Erkrankungen.

 

 

Polyamine

Die Gruppe der Polyamine kann unterteilt werden in Spermidin und Spermin sowie in Putrescin und Cadaverin. Diese natürlichen Verbindungen sind alle ein notweniger Bestandteil des menschlichen und tierischen Stoffwechsels.

Polyamine sind maßgeblich an der Entwicklung vieler Zellen beteiligt und sichern zudem deren Überleben. Spermidin ist aufgrund seiner besonderen polykationischen Eigenschaften das effektivste Polyamin [Mendez JD; The Other Legacy of Antonie Van Leeuwenhoek: The Polyamines. J Clin Mol Endocrinol 2017].

 

Verfügbarkeit, Bedarf und Stoffwechsel der Polyamine

Die drei Polyamine Spermin, Spermidin und Putrescin können sowohl über die Nahrung zugeführt als auch vom Körper selbst gebildet werden. Lebensmittel enthalten die einzelnen Polyamine in unterschiedlichen Mengen. Spermidin kommt besonders reichlich in Weizen und Weizenkeimen vor. Aber auch getrocknete Sojabohnen, gereifter Cheddarkäse, grüne Erbsen und Pilze enthalten Spermidin und andere Polyamine [Ali MA et al. Polyamines in foods: development of a food database. Food Nutr Res. 2011;55].

Spermin und Spermidin können im Darm transepithelial („durch die Darmschleimhaut hindurch“) gut absorbiert werden. Putrescin hingegen kann weniger gut aufgenommen werden, da es von der sich im Darm befindlichen Diaminoxidase (DAO) abgebaut wird. Damit der Körper Polyamine selbst herstellen kann, benötigt er die Aminosäuren Arginin oder Ornithin sowie verschiedene Kofaktoren wie Vitamin B12, Folsäure und S-Adenosyl-Methionin (SAM).

Darüber hinaus sind am Polyamin-Stoffwechsel etliche Enzyme beteiligt. Darunter bspw. die Spermidin- und Spermin-Synthase, die Arginin- und Ornithin-Decarboxylase, die Enzyme des 1-Carbonweges, die Polyaminoxidase sowie die vom Histamin-Stoffwechsel bekannte Diaminoxidase (DAO). Bei diesem Prozess entsteht zunächst Putrescin, welches zu Spermidin verstoffwechselt wird, welches anschließend zu Spermin umgewandelt werden kann.

Der Polyamin-Bedarf muss zu rund 2/3 über die Ernährung gedeckt werden, denn der Körper kann nur rund 1/3 selbst herstellen. Bisher liegen kaum verwertbare Daten vor, die Rückschlüsse auf den Polyamin-Bedarf und eine mögliche zusätzliche Dosierung zulassen. Einer japanischen Quelle zufolge sollte eine tägliche Aufnahme von 70 mg (einschließlich Eigensynthese) erreicht werden [Oryza; Brochure on Polyamines, rev. 2“. Japan: Oryza Oil & Fat Chemocial Co., Ltd. 2011-12-26. Retrieved 2013-11-06].

Der Polyamin-Bedarf, insbesondere der Spermidin-Bedarf, ist aufgrund des gesteigerten Zellwachstums in der Schwangerschaft und bei Säuglingen in den ersten 28 Tagen nach der Geburt erhöht. Auch Schadstoffbelastung oder die Ausübung eines Leistungssports können den Bedarf ansteigen lassen. Darüber hinaus können sich Umwelteinflüsse und der Hormonstatus auf die Polyamin-Synthese und den Polyamin-Gesamtpool auswirken. Mit dem Alter nimmt zudem die körpereigene Herstellung ab, wodurch die gesamte Polyamin-Konzentration sinkt [Munoz-Esparza NC et al.; Polyamines in Food. Front Nutr. 2019;6: 108 und Nishimura K et al. Decrease in polyamines with aging and their ingestion from food and drink. J Biochem 2006; 139:81-90].

Ein Mangel an Grundsubstanzen, bestimmte genetische Merkmale und Störungen der Darmfunktion können dazu führen, dass der Körper nicht oder nicht ausreichend mit Polyaminen versorgt werden kann. Stehen dem Organismus dauerhaft zu wenige Polyamine zur Verfügung oder kommt es zu einer Störung der Spermidin/Spermin-Homöostase, löst dies zahlreiche krankhafte Prozesse aus [Moinard C et al.; Polyamines: metabolism and implications in human diseases. Clin Nutr 2005; 24(2):184-97 und Rocha RO, Wilson RA; Essential, deadly, enigmatic: Polyamine metabolism and roles in fungal cells. Fungal Biology Reviews 2019;33;47-57].

 

 

Die Wirkung von Spermidin

Spermidin ist das am besten erforschte und auffälligste Polyamin. Es ist wesentlich an der Aufrechterhaltung des gesamten Stoffwechsels, der Zellfunktionen und der menschlichen Gesundheit beteiligt. Aus diesem Grund kann ein vielfältiger Nutzen in der Therapie und Prävention von Krankheiten erwartet werden.

Auf Spermidin treffen die bereits genannten Wirkungen der Polyamine zu. Spermidin verfügt zudem über einige in der Fachliteratur gut beschriebene eigenständige Effekte, die über die der Polyamine hinausgehen. Diese Wirkungen tragen dazu bei, dass Spermidin die Tumorentwicklung (Karzinogese) vermindert und vor Krebs, Neurodegenerationen, metabolischen Krankheiten und Herzerkrankungen schützen kann [Madeo F et al. Spermidine in health and disease. Science. 2018,359]:

  • Fördert die Autophagie („Zellrecycling“)
  • Wirkt wie ein Kalorienrestriktionsmimetikum (Nachahmung des lebensverlängernden Effektes bei einer reduzierten Energiezugfuhr aus Lebensmitteln)
  • Schützt Nervenzellen (Neuroprotektion) und reduziert altersbedingte Gedächtnisstörungen
  • Unterdrückt entzündungsfördernde Zytokine und moduliert so das Immun- und Entzündungssystem
  • Verlangsamt die Stammzellalterung
  • Verbessert diastolische Funktionen
  • Reduziert Arteriensteifheit und Herzinsuffizienz
  • Reduziert alters- und bluthochdruckbedingte Nierenschäden
  • Verbessert die Muskelfestigkeit und reduziert Myopathien („Muskelleiden“)
  • Reduziert die Karzinogese und die krankhafte Vermehrung von Gewebe (Fibrose) in der Leber
  • Erzielt blutdrucksenkende Effekte durch die Verbesserung der Bioverfügbarkeit von Arginin

 

 

Spermidin aktiviert die Autophagie

Die Autophagie ist ein wichtiges Reinigungs- und Recyclingprogramm des Körpers. Sie ist für die Homöostase und das Überleben unerlässlich. Die Autophagie unterstützt den Organismus und die Zellen dabei, Schlacken und „Schrott“ zu verdauen sowie fehlgeleitete, überflüssige oder falsch gebildete Zellbestandteile abzubauen und der Wiederverwertung zuzuführen. Sie ist wesentlich an der Er-haltung der Zellhomöostase beteiligt und ermöglicht den Zellen die Anpassung an molekulare Stresszustände. Des Weiteren liefert sie Energie und Material für die Bildung neuer zellulärer Strukturen.

Eine gut funktionierende Autophagie übernimmt auch in Bezug auf pathologische Prozesse wichtige Aufgaben. Dazu zählen zum Beispiel die Verbesserung metabolischer Störungen und die Verhinderung neurodegenerativer Erkrankungen wie Multiple Sklerose, Morbus Parkinson oder Morbus Alzheimer durch die Beseitigung fehlgefalteter Proteine.

Im Alter und bei Stoffwechselstörungen nimmt die Fähigkeit des Körpers ab, Autophagie zu betreiben. Laut derzeitigem Wissensstand gibt es zwei Möglichkeiten, um die Autophagie zu aktivieren und zu verbessern:

  1. a) Durch Begrenzung der Kalorienzufuhr. Dies kann durch Fasten oder eine dauerhafte niederkalorische Ernährung erreicht werden.
  2. b) Durch den Einsatz sogenannter Kalorienrestriktionsmimetika, welche die Effekte einer reduzierten Kalorienzufuhr (= Kalorienrestriktion) nachahmen. Spermidin ist ein wichtiger Vertreter in der Gruppe der Kalorienrestriktionsmimetika und wirkt ähnlich wie die sekundären Pflanzenstoffe Resveratrol aus Trauben und Epigallocatechingallat aus Grüntee.

 

Spermidin: Verlängert es die Lebensspanne?

Heutzutage gilt Spermidin als universelle Anti-Aging-Droge, da es zu den wenigen körpereigenen Stoffen gehört, die als Kalorienrestriktionsmimetika fungieren und so die Autophagie aktiv fördern [Morselli E et al.; Spermidine and resveratrol induce autophagy by distinct pathways converging on the acetylproteome. J Cell Biol 2011;192(4):615-29]. Spermidin wirkt auch über andere Mechanismen: Es reguliert das Wachstum, die Neubildung von Zellen (Proliferation), den Zelltod (Apoptose) und moduliert die Protein-Translation sowie Gen- expression. Des Weiteren hemmt es Entzündungen und die Entstehung von Fettzellen (Adipogenese) sowie die Histonacetylierung. Spermidin verbessert den Fettstoffwechsel.

Das Polyamin aktiviert den für das Zellwachstum und die Proteinsynthese essenziellen „Eukaryotic translation initiation factor sA“ (eIFs A), welcher als Translationsdehnungsfaktor gilt und an der Bildung von Peptidbindungen bei der Translation (Übersetzung genetischer Informationen) von mRNA beteiligt ist. eIFs A enthält als derzeit einzig bekanntes Protein eine besondere Aminosaure, welche durch die Desoxyhypusin-Synthase und die Desoxyhypusin-Hydroxylase gebildet wird und Spermidin als Substrat benötigt. Desoxyhypusin-Synthase ist ein Enzym mit dem systematischen Namen Lysin.

Spermidin reduzierte unter anderem bei Mäusen die Malondialdehyd-Spiegel (Abbauprodukt mehrfach ungesättigter Fettsäuren; wichtiger Biomarker für oxidativen Stress) im Gehirn und erhöhte die SOD-Aktivität (Superoxid-Dismutase; korreliert mit erhöhter Lebenserwartung). Spermidin verbessert außerdem die Funktion der Mitochondrien [Minois N; Molecular basis of the „anti-aging“ effect of spermidine and other natural polyamines – a mini review. Gerontology 2014;60(4):319-26 und Pegg AE; Functions of Polyamines in Mammals. J Biol Chem 2016;291(29):14904-12 und Soda K, Spermine and gene methylation: a mechanism of lifespan extension induced by polyamine-rich diet. Amino Acids 2020;52(2):213-224 und Xu TT et al.; Spermidine and spermine delay brain aging by inducing autophagy in SAMP8 mice. Aging (Albany NY).2020;12(7):6401-6414].

Mittlerweile gilt es als gesichert, dass eine externe Spermidin-Zufuhr aufgrund der Autophagie-Aktivierung und der anderen typischen Polyamin-Effekte zumindest die Lebensspanne von Modell-Organismen wie Fruchtfliegen, Hefen und Würmern verlängert. Weiter stoppt es den altersbedingten Erinnerungsverlust bei Fruchtfliegen und verringert altersabhängige Proteinschäden bei Mäusen. Es reduziert auch altersbedingte Erkrankungen und den Verlust motorischer Fähigkeiten [Ilgarashi K, Kashiwagi K; Modulation of cellular function by polyamines; The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 2010;42;39-51 und Madeo F, Eisenberg T et al.; Spermidine: a novel autophagy inducer and longevity elixir und Miller-Fleming L et al. Remaining mysteries of molecular biology: the role of polyamines in the cell. Journal of molecular biology. 2015;427(21):3389-406].

In einer Untersuchung, durchgeführt von Gupta, erweiterte Spermidin die Lebensspanne von Fliegen, Hefen, Würmern und menschlichen Immunzellen. Es hemmt oxidativen Stress und das Absterben von Gewebe (Nekrose) bei alternden Mäusen. Es regt in älteren Hefen die Deacylierung von Histon H3 durch die Hemmung von Histon-Acyltransferasen an. Werden Polyamine aus dem Körper entfernt, führt dies zu einer übermäßigen Acetylierung, zu einem frühen Zelltod, zur Radikalbildung und zu einer verkürzten Lebensdauer. Spermidin kurbelt die Autophagie stark an, ist wichtig für die Unterdrückung der Nekrose und verlängert dadurch die Lebensspanne [Eisenberg T et al. Induction of autophagy by spermidine promotes longevity. Nat Cell Biol. 2009;11(11):1305-14].

In präklinischen Modellen verlängerte die zusätzliche Gabe von Spermidin die Gesundheits- und Lebensspanne von Menschen. In einer prospektiven Kohorten-studie von Kiechl wird bestätigt, dass Spermidin die menschliche Lebensdauer verlängert. Die Gesamtmortalität sank in der Untersuchung pro Drittel zunehmender Spermidin-Einnahme von 40,5 (95% CI) auf 23,7 (95 % CI) bzw. 15,1% (95% CI), was einer kumulativen Mortalitätsinzidenz von 0,48, 0,41 bzw. 0,38 entspricht. Die kumulative (Mortalitäts-)Inzidenz (CI) gibt an, wie wahrscheinlich es ist, dass eine Person in einer festgelegten Zeitspanne eine bestimmte Erkrankung entwickeln beziehungsweise sterben (Mortalitätsinzidenz) wird. Das Sterblichkeitsrisiko zwischen dem oberen und unteren Drittel der Spermidin-Zufuhr war ähnlich wie bei einem um 5,7 Jahre jüngeren Alter [Eisenberg et al.; Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. Nat Med 2016;22(12):1428-1438 und Kiechl S et al. Higher spermidine intake is linked to lower mortality: a prospective population-based study. Am J Clin Nutr. 2018;108(2):371-380 und Madeo F, Eisenberg T et al.; Spermidine: a novel autophagy inducer and longevity elixir und Madeo F, Eisenberg et al.; Nutritional Aspects of Spermidine. Annu Rev Nutr 2020. doi:10.1146/].

 

Spermidin schützt das Herz

Eine gestörte Autophagie kann sich schädlich auf das Herz-Kreislaufsystem auswirken. Demzufolge können Substanzen, die die Autophagie aktivieren, der Entstehung von Herz-Kreislauferkrankungen wie Arteriosklerose, Herzinsuffizienz, KHK (koronare Herzkrankheit), Herzrhythmusstörungen und diabetische Kardiomyopathie entgegenwirken. Spermidin stimuliert außerdem die mitochondriale Atmung und verbessert die mechano-elastische Funktion der Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) [Nilsson BO, Persson L; Beneficial effects of spermidine on cardiovascular health and longevity suggest a cell type-specific import of polyamines by cardiomyocytes. Biochem Soc Trans.2019;47(1):265-272 und Abdellatif M et al.; Autophagy in cardiovascular health and disease. Prog Mol Biol Transl Sci 2020;172:87-106].

Bei einer Herzinsuffizienz liegt ein Überschuss des Enzyms PP5 (Serin/Threonin- Protein Phosphatase 5) vor. Dieses Enzym lagert sich an der Herzkammer an, wo- durch deren Dehnbarkeit verringert und die Elastizität des Herzens eingeschränkt wird. Spermidin kann PPs effektiv hemmen. Mäuse, die mit Spermidin gefüttert wurden, hatten im Alter noch ein gesundes Herz. Auch bei Menschen, die sich spermidinreich ernähren, treten seltener Herz-Kreislauferkrankungen auf. Da der Spermidin-Spiegel im Alter abnimmt, könnte eine Supplementation sinnvoll sein [Eisenberg T et al.; Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. Nat Med 2016;22(12):1428-1438] und Soda K et al. Food polyamine and cardiovascular disease – an epidemiological study. Glob J Health Sci. 2012;4(6):170-178].

Die gesundheitlichen Effekte von Spermidin auf das Herz-Kreislaufsystem konnten in zahlreichen Versuchen mit Ratten und Mäusen belegt sowie auf den menschlichen Organismus übertragen werden:

  • Eine Supplementation mit Spermidin aktiviert die Bildung neuer Mitochondrien in der Zelle (mitochondriale Biogenese) durch die SIRT1-vermittelte Deacetylierung von PGC-1alpha (Protein). Zudem hemmt Spermidin mitochondriale Funktionsstörungen und bewahrt die Ultrastruktur der Herzmuskulatur. Bei den Tieren waren außerdem die Ornithindecarboxylase (ODC) und SIRT1/ PGC-1a (der Sirtuin-1/Peroxisom-Proliferator-aktivierte Rezeptor-Gamma-Coaktivator-Alpha-Signalweg), welcher die mitochondriale Biogenese reguliert, herabgeregelt. Die SPD/Spermin-N1-Acetyltransferase war hingegen hochgeregelt. Spermidin erhöhte in den Versuchen PGC-1a, SIRT1, NRF1, NRF2, TFAM (mitochondrialer Transkriptionsfaktor a) und die OXPHOS-Leistung (oxidative Phosphorylierung) der Herzmuskelzellen [Wang J et al. Spermidine alleviates cardiac aging by improving mitochondrial biogenesis and function. Aging (Albany NY). 2020;12(1):650-71].
  • Eine Nahrungsergänzung mit Spermidin dämmt das Risiko einer Aussackung der Gefäßwände der Arterien im Bauch (abdominale Arterienaneurysmen) ein und verbessert die Integrität (Unversehrtheit) der Aortenstruktur. Spermidin erhöht die von der Autophagie abhängigen Eiweiße und reduziert das Eindringen entzündlicher Substanzen (inflammatorische Infiltration) sowie entzündlicher Fresszellen (Monozyten). Demzufolge könnte Spermidin eine vielversprechende Therapie bei abdominalen Aortenaneurysmen sein [Liu S et al. Spermidine Suppresses Development of Experimental Abdominal Aortic Aneurysms. J Am Heart Assoc. 2020;9(8):e014757].
  • Eine Spermidin-Supplementation verbessert die Funktion der Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) und reduziert die Zellnekrose (Zelltod). Nach einem Infarkt steigert Spermidin die Herzfunktion und mindert die Infarktgröße sowie die Zunahme der Herzmuskelmasse (myokardiale Hypertrophie). Wetter reduziert es Entzündungen, oxidative Schäden und die Apoptose (programmierter Zelltod) sowohl in vitro („im Reagenzglas durchgeführt“) als auch in vivo („am lebenden Objekt beobachtet/durchgeführt“) [Yan J et al. Spermidine-enhanced autophagic flux improves cardiac dysfunction following myocardial infarction by targeting the AMPK/mTOR signalling pathway. British journal of pharmacology. 2019;176(17):3126-42].
  • Die zusätzliche Gabe von Spermidin verlangsamt die Arterienalterung, welche durch reduziertes Stickstoffmonoxid, erhöhte AGEs (Advanced Glycation Endproducts), Superoxid und oxidativen Stress ausgelost wird. Spermidin normalisiert die Arterienpulswellengeschwindigkeit (aPWV; direktes Maß für die Arteriensteifheit), repariert die endothelabhängige Arteriendilatation (EDD = enddiastolischer Durchmesser; Durchmesser der Herzhöhlen am Ende der Diastole) und verringert oxidativen Stress, AGEs sowie Superoxid. Diese Untersuchung lässt vermuten, dass Spermidin Behandlungen gegen arterielles Altern sowie Maßnahmen zur Vorbeugung altersbegleitender Herzkrankheiten verbessern könnte [La Rocca TJ et al.; The autophagy enhancer spermidine reverses arterial aging. Mch Ageing Dev 2013;134(7-8):314-20].
  • Spermidin hemmt signifikant die Lipid-Akkumulation („Fettanreicherung“) und die nekrotische Kernbildung in arteriosklerotischen Plaques. Die Lipid- Akkumulation nimmt ab, da Spermidin den Cholesterin-Efflux durch die Aktivierung der Autophagie stimuliert. Die Größe und Zusammensetzung der Ablagerungen (Plaques) ändert sich durch Spermidin nicht. Die Stimulation der Autophagie könnte die Entstehung von Gefäßkrankheiten verhindern [Michiels CF et al.; Spermidine reduces lipid accumulation and necrotic core formation in atherosclerotic plaques via induction of autophagy. Artherosclerosis. 2016;251:319-27].
  • Erleidet ein Kind im Mutterleib einen gefährlichen Sauerstoffmangel (Intrauterine Hypoxie), dann führt dies zu einer Abnahme der kardialen Ornithindecarboxylase und zu einer gesteigerten Bildung der Spermidin-/Spermin-N1-Acetyltranferase. Es kommt zu einer Verringerung des Körpergewichts, Herzgewichts, der Herzmuskelzellenproliferation, der antioxidativen Kapazität, der Mitochondrienstruktur und der Mitochondrien-Biogenese. Parallel dazu sterben mehr Herzmuskelzellen ab und es kommt zu einer krankhaften Vermehrung des Gewebes (Fibrose). Diese Schäden können durch eine Spermidin-Supplementation in die Plazenta vermieden werden [Chai N et al.; Spermidine prevents heart injury in neonatal rats exposed to intrauterine hypoxia by inhibiting oxidative stress and mitochondrial fragmentation. Oxid Med Cell Longev. 2019;2019:5406468].
  • Eine gesteigerte Autophagie schützt vor kardiovaskularen Erkrankungen. Bei Ratten und Mäusen entfaltete diätetisches Spermidin durch die Erhöhung der Herzautophagie und Mitophagie (Abbau von Mitochondrien) herzschützende Effekte. Zudem bremst Spermidin durch die Verbesserung der Arginin-Bioverfügbarkeit und den Schutz der Nieren die Entwicklung von Bluthochdruck (Hypertonie). Bei Menschen zeigte sich ein Zusammenhang zwischen der Spermidin-Supplementierung und einem reduzierten Blutdruck sowie einem verringerten Risiko für die Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen. Erniedrigt war auch das Risiko, an den Folgen dieser Erkrankungen zu sterben. Spermidin ist ein herz- und gefäßschützender Autophagie-Aktivator [Eisenberg T et al.; Dietary spermidine for lowering high blood pressure. Autophagy. 2017;13(4):767-769].
  • Spermidin erhöht bei Mäusen die Lebensdauer und zeigt herzschützende Effekte. Es reduziert eine krankhafte Herzmuskelvergrößerung, senkt den systolischen Blutdruck und erhält die diastolische Funktion bei älteren Tieren aufrecht. Das Nahrungsergänzungsmittel erhöht die Autophagie des Herzens, die Mitophagie sowie die mitochondriale Atmung. Es verbessert die mechanoelastischen Fähigkeiten der Herzmuskelzellen, erhöht die Titin-Phosphorylierung und unterdrückt leichte Entzündungen. Beim Menschen wurde ein Zusammenhang zwischen einem hohen Spermidin-Gehalt in der Nahrung und einem verringerten Blutdruck sowie einem geringeren Auftreten von Herz- Kreislauferkrankungen beobachtet [Eisenberg et al.; Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine. Nat Med 2016;22(12):1428-1438].

 

Die Effekte des Spermidins auf das Herz-Kreislaufsystem wurden mittlerweile mit Humandaten verifiziert:

  • Laut aktueller Aussagen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und IMF existiert eine negative Assoziation zwischen der Spermidin-Zufuhr aus der Nahrung und der Sterberate an kardiovaskularen Erkrankungen [Soda K et al.; Food polyamine and cardiovascular disease – an epidemiological study. Glob J Health Sci. 2012;4(6):170-178].
  • Die Forscher Tong und Madeo beschreiben, dass in epidemiologischen Studien Spermidin eine schützende Wirkung auf die kardiovaskuläre Gesundheit hat. Weiter schrieben sie, dass eine spermidinreiche Ernährung die mit kardiovaskulären Erkrankungen (und Krebs) verknüpfte Gesamtsterberate verringert [Madeo F et al.; Spermidine: a physiological autophagy inducer acting as an anti-aging vitamin in humans? Autophagy. 2019;15(1):165-168 und Tong D et al.; Spermidine promotes cardioprotective autophagy. Circulation research. 2017;120(8):1229-3].
  • Laut Nilsson wirkt Spermidin sowohl bei Mäusen als auch Menschen herzschützend [Pucciarelli S et al.; Spermidine and spermine are enriched in whole blood of nona/centenarians. Rejuvenation Res 2012, 15(6):590-5].
  • In einer randomisierten Studie von Matsjumoto verbesserten erhöhte Spermidin-Spiegel die endothelialen Funktionen bei gesunden Probanden und reduzierten das Risiko für Arteriosklerose [Matsumoto M et al.; Endothelial function is improved by inducing microbial polyamine production in the gut: a randomized placebo-controlled trial. Nutrients.2019;11(5)].
  • Eisenberg berichtet in einer veröffentlichten Studie [Eisenberg T et al.; Cardioprotection and liefespan extension by the natural polyamine spermidine. Nat Med 2016;22(12):1428-1438]. dass Spermidin alterungsbedingte Herzfunktionsstörungen bei Mäusen durch die Aktivierung der Autophagie rückgängig macht. Spermidin „verjüngt“ die quergestreifte Muskulatur und verbessert mitochondriale Funktionen sowie Schlüsselfunktionen im Zusammenhang mit der Herzalterung (einschließlich Bluthochdruck, linksventrikuläre Hypertrophie, diastolische Dysfunktion und erhöhte linksventrikuläre Steifheit). Zudem wirkt es antientzündlich. Die Effekte sind von der Autophagie abhängig.

 

 

Spermidin und seine Auswirkungen auf das Gehirn

Spermidin spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Gehirns. Auch die Funktionsfähigkeit des Gehirns, der Gedächtniserwerb und die Gedächtniskonsolidierung (Verfestigung von Erinnerungen oder Lerninhalten im Langzeitgedächtnis) sind von Spermidin abhängig. Aktuelle Untersuchungen deuten darauf hin, dass vor allem die Autophagie-Effekte und die Polyamin-Bindungsstellen am NMDA-Receptor (NMDAr) für die Auswirkungen von Spermidin auf das Gedächtnis verantwortlich sind.

Die Effekte auf das Gehirn wurden zunächst im Tiermodell bei Ratten und Taufliegen nachgewiesen. Inzwischen existieren erste Humanstudien, welche die Effekte bestätigen.

  • Die Verabreichung von Spermidin verbesserte bei Ratten die Konsolidierung des Angstgedächtnisses, wobei sowohl der TrkB-Antagonist (Tyrosinrezeptorkinase B; Protein) ANA-12 als auch der Pl3K-Inhibitor (Phosphoinositid-3-Kinase; Enzym) LY294OOz die Wirkung von Spermidin auf das Gedächtnis verhinderte. Dies deutet darauf hin, dass die durch Spermidin verbesserte Gedächtniskonsolidierung die Aktivierung des TrkB-Receptors und des PI3K/Akt-Signalwegs beinhaltet [Beck Fabbrin SB et al.; Spermidine-induced improvement of memory consolidation involves PI3K/Akt signaling pathway. Brain Res Bull 2020; S0361-9230(20)30607-9].
  • Die Spermidin-Gabe schützt Taufliegen (genauer: Drosophila) vor altersbedingten Gedächtnisstörungen. Das Nahrungsergänzungsmittel arbeitet direkt an den Synapsen und erlaubt dort eine von der Autophagie abhängige homöostatische Regulation des Teils der Synapse, von welchem die Erregung ausgeht [Bhukel A, Madeo F, Sigrist SJ; Spermidine boosts autophagy to protect from synapse aging. Autophagy.2017;13(2):4444-445.doi:10.1080/15548627.2016.1265193].
  • Im Alter nehmen die Polyamine im Gehirn ab. Bei Fruchtfliegen wurde beobachtet, dass die Abnahme der Polyamine auch mit einer nachlassenden Gedächtnisleistung einhergeht. Die zusätzliche Gabe von Spermidin verbessert die Autophagie, stellt einen jugendlichen Spermidin-Spiegel wieder her und blockiert den Gedächtnisverlust. Eine Besserung der Gedächtnisstörungen tritt jedoch nicht ein, wenn genetische Defizite die Autophagie verhindern oder einschränken [Gupta VK et al.; Restoring polyamines protects from age-induced memory impairment in an autophagy-dependent manner. Nat Neurosci.2013;16(10):1453-60].
  • In einer aktuellen Arbeit aus dem Jahre 2020 bestätigt Rosh, dass Spermidin die Langlebigkeit fördert und die Autophagie anregt. Es erhält die zelluläre und neuronale Homöostase aufrecht. Spermidin und Spermin interagieren mit dem Opioidsystem und beeinflussen die Neuroinflammation (Entzündung von Nervengewebe). Weiter hemmen sie den Calcium-Einstrom in die Zellen, schädliche Radikale und die Glutamat-Exzitotoxizität. Die Entwicklung und Funktion des Gehirns ist abhängig von der Polyamin- und insbesondere von der Spermidin-Konzentration. Des Weiteren führen altersbedingte Schwankungen des Spermidin-Spiegels zu Ungleichgewichten im neuralen Netzwerk und gefährden die Neurogenese (Bildung von Nervenzellen). Eine zusätzliche Spermidin-Zufuhr unterstützt demzufolge die Behandlung von Gehirnerkrankungen, wobei die genauen Mechanismen noch nicht vollständig bekannt sind [Gosh I et al.; Spermidine, an autophagy inducer, as a therapeutic strategy in neurological disorders. Neuropeptides 2020].
  • Huang hat herausgefunden, dass die Gabe von Spermidin nach Schädel-Hirn- Traumata (kurz: SHT oder engl. TBI (traumatic brain injury)) signifikant den neurologischen NNS-Score beschleunigt und die Latenz im Morris-Water-Maze-Test (auch: Morris-Wasserlabyrinth) verkürzt. In Studien zeigte sich durch Spermidin eine verbesserte Bluthirnschrankenfunktion. Darüber hinaus kam es zu positiven Veränderungen bezüglich des Zelltodes und bei Gehirnödemen. Entzündungsfördernde Zytokine und TBI-Marker waren signifikant erniedrigt. Da bei TBI-Patienten mit schweren Störungen die Spermidin-Spiegel signifikant erniedrigt waren, konnte das Nahrungsergänzungsmittel laut Huang als neue Therapieform bei Schädel-Hirn-Traumata eingesetzt werden [Huang J et al.; Spermidine exhibits protective effects against traumatic brain injury. Cell Mol Neurobiol.2020].
  • In der randomisierten preSmartAge-Studie, die von Dr. Miranda Wirth an der Charité durchgeführt wurde, verbesserte Spermidin die Gedächtnisleistung deutlich. Aus der Studie geht hervor, dass der Effekt auf der Stimulation neuro-modulatorischer Aktionen im Gedächtnissystem beruht [Wirth M et al.; Effects of spermidine supplementation on cognition and biomarkers in older adults with subjective cognitive decline (SmartAge) - study protocol for a randomized controlled trial. Alzheimer Res Ther. 2019;11:36].

 

 

Spermidin: Schutz vor neurodegenerativen Störungen?

Ergänzend zu den bisher beschriebenen Wirkungen von Spermidin auf das Gehirn werden im Folgenden die Effekte auf neurodegenerative Störungen vorgestellt und mit neuen Erkenntnissen aus Humanstudien untermauert:

  • Dem Forscher M. Fischer ist es in einer kleinen Studie gelungen, nachzuweisen, dass eine erhöhte Autophagie in den Gehirnzellen das Gedächtnis verbessert. Des Weiteren fand er heraus, dass T-Zellen und Zytokine als wichtige Mediatoren in der Pathologie von Morbus Alzheimer agieren. In hohen Dosierungen regelt Spermidin alle Zytokine außer IL-17A herab, fördert die Autophagie und erhöht die T-Zellaktivierung [Fischer M et al.; Spermin and spermidine modulate T-cell function in older adults with and without cognitive decline ex vivo. Aging (Albany NY). 2020 Jul 15;12(13):13716-13739].
  • Pekar stellte in seiner Untersuchung fest, dass Spermidin aufgrund seines Einflusses auf die Autophagie die Beseitigung von Amyloid-Beta-Plaques triggert. Es wirkt sich positiv auf Demenz aus und führt bei Altenheimbewohnern bereits nach dreimonatiger Einnahme zu einer deutlichen Verbesserung der kognitiven Leistungsfähigkeit [Pekar T et al.; Spermidine in dementia: Relation to age and memory performance. Wien Klein Wochenschr. 2020;132(1-2):42-46].
  • Im Jahre 2020 beschrieb Schwarz, dass eine höhere Spermidin-Zufuhr bei älteren Menschen mit einem größeren Volumen des Hippocampus verknüpft ist. Außerdem stellte er eine größere mittlere Kortexdichte und eine gesteigerte Kortexdicke in für Alzheimer anfälligen Gehirnbereichen sowie in denen zum Scheitelbein und zu den Schläfen gehörenden Gehirnanteilen fest [Schwarz C et al.; Spermidine intake is associated with cortical thickness and hippocampal volume in older adults. Neuroimage 2020;221:117132].
  • Bereits in einer früheren randomisierten Untersuchung aus dem Jahre 2018 hat Schwarz herausgefunden, dass Spermidin vor kognitiven Defiziten und Neurodegenerationen schützen kann [Schwarz C et al.; Safety and tolerability of spermidine supplementation in mice and older adults with subjective cognitive decline. Aging (Albany NY). 2018;10(1):19-33].

Auch die Deutsche Gesellschaft für Neurologie erkennt inzwischen das große Potenzial von Spermidin hinsichtlich seiner Schutzwirkung in Bezug auf Demenz an und schreibt, dass bisherige Daten vermuten lassen, dass sich Spermidin positiv auf die Gehirnfunktionen und auf die geistigen Fähigkeiten auswirkt. Diese Wirkungen stehen aktuell im Fokus der SmartAge-Studie, welche unter der Leitung von Frau Professor Flöel durchgeführt wird. Hierbei kommen mit Spermidin angereicherte Weizenkeimpräparate zum Einsatz [Diener HC; Gehirngesunde Ernährung: Wie Essen vor Demenz schützen kann; IWD-Informationsdienst Wissenschaften 2017].

 

 

Spermidin in der Onkologie

Spermidin werden mittlerweile auch positive Effekte im Bereich der Krebsprävention nachgesagt. Eventuell kann das Polyamin sogar bei kleinen Tumoren, die sich in einem frühen Stadium befinden, behilflich sein. Untersuchungen lieferten folgende Resultate:

  • Levesque nutzte Spermidin in einer seiner Studie als Antikrebsmittel. Eine Kombination aus Kalorienrestriktionsmimetika (CRM; z.B. Spermidin) mit Aktivatoren des immunogenen Zelltods (ICD) und Immuncheckpointinhibitoren (ICI) verbesserte bei Mausen die Kontrolle über das Tumorwachstum. Ohne Kalorienrestriktionsmimetika bewirken ICDs und ICIs nur eine partielle Sensibilisierung für die Behandlung [Levesque S et al.; A synergistic triad of chemotherapy, immune checkpoint inhibitors, and caloric restriction mimetics eradicates tumors in mice. Oncoimmunology 2019;8(11):e1657375].
  • Wie Yue und Kollegen entdeckten, kann Spermidin durch die aktivierte Autophagie Krebszelldefekte, welche den oxidativen, stressbedingten Zelltod auslösen und Leberkarzinome sowie Leberfibrose fördern, reduzieren. Als Nahrungsergänzungsmittel kann das Polyamin nicht nur die Lebensspanne von Mäusen um bis zu 25% verlängern, sondern auch Leberfibrose und Leberkarzinom-Herde minimieren [Yue F et al.; Spermidine prolongs lifespan and prevents liver fibrosis and hepatocellular carcinoma by activating MAP1S-mediated autophagy. Cancer Res. 2017;77(11):2938-2951].
  • Pietrocola äußerte sich im Jahre 2019 zur prospektiven Studie von Kiechl (s.o.), aus welcher hervorgeht, dass Spermidin die Krebsmortalität senkt, und schrieb, dass Krebs erst entstehen kann, wenn das Immunsystem die Gefahr nicht erkennt und bösartige Zellen nicht eliminiert. Die durch Spermidin aktivierte Autophagie ist demnach in der Lage, bösartige Veränderungen zu unterdrücken, prokarzinogene entzündliche Reaktionen zu hemmen und die Antitumor-Immunität zu fördern [Pietrocola F et al.; Spermidine reduces cancer-related mortality in humans. Autophagy 2019;15(2):362-5].
  • In einer prospektiven Studie von Vargas, an der 87.602 Frauen teilnahmen, wurde eine höhere Polyamin-Zufuhr pro Tag mit einem reduzierten Risiko für kolorektalen Krebs (HR durchschnittlich 0,81), insbesondere bei übergewichtigen Frauen, in Verbindung gebracht [Vargas AJ et al. Dietary polyamine intake and colorectal cancer risk in postmenopausal women. Am J Clin Nutr. 2015;102(2):411-9]. Erwähnenswert ist jedoch, dass sowohl Krebszellen mit einer erhöhten Stoffwechselaktivität als auch gesunde Zellen Polyamine nutzen. Aus diesem Grund wird aktuell diskutiert, ob eine Dysregulation des Polyamin-Stoffwechsels Krebs fördern könnte. Die gesamte Polyamin-Konzentration ist dabei erhöht und die Enzyme aus dem Polyamin- Stoffwechsel (wie Adenosylmethionin-Decarboxylase (SAMDC) und Sperminoxidase (SMO)) sind hochaktiv. Sollte sich dies bewahrheiten, sollten hohe Polyamin-Spiegel während der Krebstherapie vermieden beziehungsweise gesenkt werden [Nowotarski SL et al.; Polyamines and cancer: implications for chemotherapy and chemoprevention. Expert Rev Mol Med 2013;15:e3 und Murray-Stewart TR et al.; Targeting polyamine metabolism for cancer therapy and prevention. Biochem J. 2016;473(19):2937-53].

 

Quelle: Spermidin und Weizenkeime - ein beeindruckendes Duo mit zahlreichen Funktionen; ein Überblick von Dr. med. Udo Böhm

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