Spermidin

Putrescin entsteht durch Decarboxylierung von Ornithin. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Biosynthese der Polyamine wird durch die Ornithindecarboxylase (ODC) katalysiert. Das ist aber nicht der einzige Entstehungsweg von Putrescin in tierischem Gewebe. Das zelluläre Spermin wird zurückverwandelt in Spermidin, das selbst weiter zu Putrescin abgebaut wird. Verantwortlich für diesen kontrollierten Katabolismus sind das Enzym Spermin/Spermidin-N¹-acetyltransferase (SSAT) sowie das peroxysomale, FAD-abhängige Enzym Polyamin Oxidase (PAO).^[6] Dabei wird zunächst das primäre Amin der Propylgruppe zum N¹-Acetylspermidin/(-spermin) acetyliert; anschließend wird unter oxidativer Abspaltung von Acetamidopropanal Putrescin/(Spermidin) freigesetzt. Während die Aktivität der PAO in den meisten Körperzellen hoch ist,^[7] unterliegt die Aktivität der SSAT hormoneller Kontrolle und variiert in Abhängigkeit von der zellulären Polyaminkonzentration. In Anbetracht der kritischen Rolle der Polyamine für normales und neoplastisches^[8] Zellwachstum ist die SSAT mit zuständig für eine angepasste Polyamin-Homöostase und sie kontrolliert den Polyamin-Stoffwechsel.^[9] Die SSAT ist deshalb der geschwindigkeitsbestimmende Schritt beim zellulären Abbau der Polyamine.^[10] Das so wiedergewonnene Putrescin steht in der Zelle für die Neusynthese von Spermidin und Spermin ebenso zur Verfügung wie das aus Ornithin ebenfalls in Abhängigkeit von der Polyaminkonzentration neu gebildete Putrescin. Man spricht deshalb von einem „Interkonversions-Zyklus“ der Polyamine.^[6] Beim oxidativen Abbau der N¹-Acetylpolyamine durch PAO entsteht außerdem H₂O₂. Vermehrter Polyaminabbau durch eine deregulierte, erhöhte SSAT-Aktivität setzt die Zelle unter oxidativen Stress. Eine wie SSAT induzierbare Spermin-Oxidase (SMOX) kann den oxidativen und potentiell mutagenen Stress noch zusätzlich verstärken. Diese Effekte können durch den begleitenden Verbrauch von zellulärem Acetyl-Coenzym A außerdem noch potenziert werden.^[11] Andererseits sind Spermidin und Spermin in der Lage, eukarionte Zellen vor Sauerstoffradikalen zu schützen.^[11]

Spermidin kommt in allen lebenden Organismen und in allen Körperzellen vor und ist eng mit dem Zellwachstum verbunden. Seine physiologische Funktion als Polykation in wachsenden Zellen ist die Stabilisierung von räumlichen Strukturen der Ribo- und Desoxyribonukleinsäuren und von Proteinen.^[9][12][13] 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 Verringerung der Polyaminsynthese durch spezifische Hemmung der Ornithindecarboxylase führt zu einem Wachstumsstopp von Krebszellen und Tumoren.^[14]

Spermidin ist, wie Spermin und Putrescin, Bestandteil sämtlicher Organe und Körperzellen. Im Blut Erwachsener schwankt die Konzentration von Spermidin im Mittel zwischen 6,56 und 10,3 µmol/l (0,95 und 1,5 mg/l).^[15] „Spermin und Spermidin können nicht in allen Plasmaproben nachgewiesen werden.“^[16] Zum Vergleich: Der Spermidingehalt in menschlichem Samenplasma (zellfreies Ejakulat) beträgt 15 bis 50 mg/l (Mittelwert 31 mg/l).^[17] Im Sperma beträgt die Spermidin-Konzentration etwa 14,5 mg/l.

Bei der Entstehung von Krebs^[18] und dem Fortschreiten des beinahe grenzenlosen Wachstums der Krebszellen^[8][14] spielen Spermidin und Spermin eine wichtige Rolle. Schnell wachsende Tumorzellen besitzen einen erhöhten Gehalt an Putrescin und Spermidin aufgrund einer durch Onkogene wie MYC deregulierten Polyamin-Homöostase.^[19] Eine erhöhte Polyaminaufnahme in Immunzellen verringert die anti-Tumor Immunität.^[20] Deshalb sind die Hemmung der Polyamin-Biosynthese mit DFMO^[21] sowie der -Interkonversion,^[6] ihr verstärkter Abbau, Verhinderung der Aufnahme mit der Nahrung und aus dem Darm-Mikrobiom,^[22] die Hemmung des Transports in die Zelle^[23] sowie Einschränkungen ihrer Funktion gut begründete Ziele für medikamentöse Therapieansätze (polyamine blocking therapy, PBT).^[24] Die für die Biosynthese von Spermidin und Spermin verantwortlichen Enzyme ODC und S-Adenosylmethionin-Decarboxylase (SAM-DC) sowie Spermidin- und Spermin-Synthase sind in Krebszellen besonders aktiv.^[25] Dabei ist zur Verhinderung des Krebswachstums und der Metastasierung die gezielte Kombination von Chemotherapeutika mit Substanzen zur Verringerung des zellulären Gehalts an Putrescin und Spermidin einer Monotherapie überlegen, denn sie erlaubt kleinere individuelle Dosen und damit eine verringerte Toxizität.^[26]

Spermidin ist notwendig für die Biosynthese des für die Initiierung der Proteinsynthese zuständigen Translationsfaktors eIF-5A.^[27] Dabei wird der Aminobutyl-Teil von Spermidin auf einen Lysylrest von pro-eIF-5A übertragen, wobei zunächst die ungewöhnliche Aminosäure Deoxy-Hypusin und in der Folge Hypusin entsteht. Diese posttranslationale Bildung von Hypusin ist eine notwendige Voraussetzung für die Zellproliferation, auch von Krebszellen.^[28]

In Tierexperimenten (Fruchtfliegen und Mausmodellen) zeigte Spermidin neuroprotektive und kardioprotektive Effekte sowie eine Verlängerung der Lebensspanne.^[29] Die beobachteten Effekte umfassten unter anderem eine Verbesserung der Herzfunktion, eine Senkung des Blutdrucks und protektive Wirkungen auf Herz- und Nierenfunktion.^[30] Ob vergleichbare Effekte beim Menschen auftreten, ist bislang nicht gesichert.

An einer klinischen Untersuchung über einen zwanzigjährigen Beobachtungszeitraum (1995–2015) nahmen 829 zwischen 45 und 84 Jahre alte Menschen (Männeranteil bei 50 Prozent) teil. Dabei wurde die Aufnahme von Spermidin in den Ernährungsgewohnheiten dieser Personengruppe mit Fragebögen protokolliert. In diesem Zeitraum starben 341 der Personen. Nach einer Korrektur für Alter, Geschlecht und Kalorienzufuhr betrug das statistische Mortalitätsrisiko 48 Prozent bei den Probanden im unteren Drittel der Spermidinaufnahme, 41 Prozent im mittleren und 38 Prozent im oberen Drittel. Für die Probanden mit der höchsten protokollierten Nahrungsaufnahme von Spermidin wurde ein um 5,7 Jahre verlängertes Leben im Vergleich zur Gruppe mit der geringsten Aufnahme berechnet.^[31] Die Resultate dieser Ernährungsstudie unterliegen aber begründetem Zweifel hinsichtlich der tatsächlichen Aufnahme von Inhaltsstoffen mit der berichteten Nahrung.^[32]

Die vorhandenen wissenschaftlichen Belege reichen nicht aus, um spermidinhaltigen Nahrungsergänzungsmitteln beim Menschen einen Nutzen zur Prävention von Alterserscheinungen zuzuschreiben,^[33] auch hinsichtlich ihres noch unerforschten, tumorfördernden Potentials.^[34] Die Verbraucherzentrale sieht einen Mangel von Nachweisen für den gewünschten Longevity-Effekt und warnt vor zu hohen Erwartungen bei einseitiger Ernährung.^[35] Gesundheitsbezogene Werbeaussagen für Spermidin sind nicht zugelassen.

Virologen der Charité Berlin um Christian Drosten fanden in humanen Lungenzellen, die mit SARS-CoV-2 infiziert waren, eine verminderte Autophagocytose, die sie auf eine ebenfalls verringerte Spermidinkonzentration zurückführten.^[36] In Gegenwart von zugesetztem Spermidin war die Viruslast der Zellen um 85 % reduziert und mit Spermidin vorbehandelte Zellen waren zu 70 % vor einer Infektion geschützt. Die Autoren sehen neue Ansätze für Therapie und Prävention;^[36] dafür seien Studien an Menschen nötig, um zu zeigen, ob bei oraler Gabe von Spermidin wirksame Gewebekonzentrationen erreichbar wären.^[37]

Die Autophagozytose ermöglicht den Zellen, ihre großen Bestandteile abzubauen und wieder zu verwenden.^[38] Es wurde vermutet, dass Spermidin diesen Prozess verstärken kann. Als potentielle Mechanismen hierfür wurden die Enzymhemmung der Acetyltransferase EP300,^[39] transkriptionelle Effekte,^[40] eine Stabilisierung des mikrotubuli-assoziierten Proteins 1S^[41] sowie eine Modulierung des mTOR-Signalwegs^[42] vermutet. In Mäusen wurde ein Autophagie-stimulierender Effekt bei einer Dosis von 50 mg Spermidin/kg Körpergewicht (intraperitoneal) gesehen, während bei einem Zehntel dieser Dosis der Effekt erheblich schwächer ausgeprägt war.^[43]

Bereits seit langem ist bekannt, dass zugesetztes Spermidin und Spermin in Zellkulturen, in Gegenwart der üblichen Beimengung von Wiederkäuer-Blutserum, einem oxidativen Abbau unterworfen sind.^[44] Die dabei produzierten toxischen Oxidationsprodukte sind ursächlich für die beobachtete Unterdrückung der Zellproliferation.^[45] In einer neueren Untersuchung wurde die „Spermidin-Autophagie-Hypothese“ in Zellkultur in Gegenwart des bekannten Oxidasehemmers Aminoguanidin und im Vergleich zu dem anerkannten, Autophagie-induzierenden Molekül Rapamycin getestet. Wegen des fehlenden Effekts von Spermidin unter diesen Voraussetzungen, wurde die Autophagie-Hypothese klar als Artefakt erkannt.^[46]

Nahrungsmittel mit hohem Spermidingehalt sind Vollkorn bzw. Weizenkeime, gereifter Käse, Pilze, Sojaprodukte und Hülsenfrüchte.^[47] Spermidin kommt außer in tierischem Gewebe auch in Hefen vor.^[48]

• Jungbleiben mit Spermidin? Die Verbraucherzentrale zu Spermidin-Supplementen. Auf: klartext-nahrungsergaenzung.de vom 27. April 2022; zuletzt abgerufen am 9. Januar 2023.