Spermidin

Strukturformel
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 Wikidata Q418834
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] Gefahr H- und P-Sätze H: 314 P: 280​‐​305+351+338​‐​310[1]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Spermidin, auch Monoaminopropylputrescin genannt, ist ein biogenes Polyamin. In Säugetierzellen und Bakterien^[2] entsteht es aus Putrescin durch Übertragung einer Aminopropylgruppe von decarboxyliertem S-Adenosylmethionin, katalysiert durch Spermidin-Synthase. Durch Übertragung einer weiteren Aminopropylgruppe mit Hilfe von Spermin-Synthase entsteht daraus Spermin.^[3] Die Polyamine sind unverzichtbare und allgemein verfügbare Bestandteile von eukaryonten Zellen, zuständig für deren normales Wachstum und Entwicklung.

Die Namen Spermidin und auch Spermin sind von der männlichen Samenflüssigkeit abgeleitet. Sie wurden von Philipp Schreiner 1870 erstmals aus Sperma isoliert und 1878 unter dem Titel Ueber eine neue organische Basis in thierischen Organismen in Justus Liebigs Annalen der Chemie veröffentlicht.^[4] Spermin und Spermidin prägen den typischen Geruch von Sperma.^[5]

Die Decarboxylierung von Ornithin, katalysiert durch die Ornithindecarboxylase, ist 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, 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^[7] Zellwachstum ist die SSAT mit zuständig für eine angepasste Polyamin-Homöostase und sie kontrolliert den Polyamin-Stoffwechsel.^[8] Die SSAT ist deshalb der geschwindigkeitsbestimmende Schritt beim zellulären Abbau der Polyamine.^[9] 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.^[10] Andererseits sind Spermidin und Spermin in der Lage, eukarionte Zellen vor Sauerstoffradikalen zu schützen.^[10]

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.^[8][11][12] 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.^[13]

Spermidin induziert die Autophagozytose durch Enzymhemmung der Acetyltransferase EP300.^[14] Als weitere potentielle Mechanismen wurden unter anderem transkriptionelle Effekte,^[15] eine Stabilisierung des mikrotubuli-assoziierten Proteins 1S^[16] sowie eine Modulierung des mTOR-Signalwegs^[17] beschrieben.

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).^[18] „Spermin und Spermidin können nicht in allen Plasmaproben nachgewiesen werden.“^[19] Zum Vergleich: Der Spermidingehalt in menschlichem Samenplasma (zellfreies Ejakulat) beträgt 15 bis 50 mg/l (Mittelwert 31 mg/l).^[20] Im Sperma beträgt die Spermidin-Konzentration etwa 14,5 mg/l.

Virologen der Charité Berlin um Christian Drosten konnten zeigen, dass in humanen Lungenzellen, die mit SARS-CoV-2 infiziert waren, sowohl die Spermidinkonzentration als auch die Autophagocytose vermindert ist.^[21] In Gegenwart von zugesetztem Spermidin war die Viruslast der Zellen um 85 % reduziert. Weiterhin konnten die Forscher zeigen, dass gesunde, mit Spermidin vorbehandelte Zellen, vor einer Infektion geschützt waren. Die Virusvermehrung war in diesen Zellen um 70 % reduziert. Den Autoren zufolge bieten sich damit neue Ansätze für Therapie und Prävention.^[21] 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.^[22]

Spermidin wirkt verstärkend auf die Autophagozytose, einen zellulären Prozess, der für die allgemeine Zellaktivität von Proteinen sowie für die Funktion der Mitochondrien und Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen) wesentlich ist.^[23][24] In Mäusen konnte gezeigt werden, dass Spermidin vor kardiovaskulären Erkrankungen schützt und damit zur Lebensverlängerung beitragen kann.^[25] Es verzögert die Herzalterung, indem es die diastolische Funktion verbessert. Im Tierversuch wurde gezeigt, 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.

Die Konzentration an körpereigenem Spermidin nimmt zudem beim Altern ab.^[26] „Spermidin induziert bei Hefen, Fliegen und Würmern eine durch Autophagie vermittelte Verlängerung der Lebenserwartung. Der Spermidinspiegel sinkt im Laufe des Lebens bei fast allen Organismen, auch dem Menschen; ausgenommen sind davon nur die Hundertjährigen. Die orale Gabe von Spermidin und die Heraufregulation der bakteriellen Polyaminproduktion im Darm verlängern die Lebenserwartung in Mausmodellen.“^[27]

An einer internationalen 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 regelmäßig protokolliert. 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. Damit hatten die Probanden mit der höchsten Nahrungsaufnahme von Spermidin ein um 5,7 Jahre verlängertes Leben im Vergleich zur Gruppe mit der geringsten Aufnahme. Nach Korrektur für Alter, Geschlecht und Kalorienzufuhr betrug das Mortalitätsrisiko im Verhältnis noch 48, 41 und 38 Prozent.^[28]

Im Tierversuch an Fruchtfliegen hatte sich gezeigt, dass eine Zufuhr von Spermidin durch die Nahrung bei diesen Insekten einer experimentellen Demenz entgegenwirkt.^[26] (Originalartikel^[29]) In einer 2018 durchgeführten randomisierten kontrollierten Studie konnte gezeigt werden, dass eine Spermidin-Supplementation über einen Zeitraum von drei Monaten bei der Behandlungsgruppe die Gedächtnisleistung moderat verbesserte.^[30]

Die vorhandenen wissenschaftlichen Belege reichen allerdings nicht aus, um spermidinhaltigen Nahrungsergänzungsmitteln beim Menschen einen Nutzen zur Prophylaxe von Alterserscheinungen zuzuschreiben.^[31][32] Auch die Verbraucherzentrale sieht einen Mangel von Nachweisen für den gewünschten Longevity-Effekt und warnt vor zu hohen Erwartungen bei einseitiger Ernährung.^[33]

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.^[34] 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.^[35]

Nahrungsmittel mit hohem Spermidingehalt sind Vollkorn bzw. Weizenkeime, gereifter Käse, Pilze, Sojaprodukte und Hülsenfrüchte.^[36] Spermidin kommt außer in tierischem Gewebe auch in Hefen vor.^[37]

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

• Jinu 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. 2021, Band 12, Nr. 8, S. 1948–1963, doi:10.14336/AD.2021.0603.
• Sabrina Schroeder, Sebastian J. Hofer, Andreas Zimmermann, Raimund Pechlaner, Christopher Dammbrueck, Tobias Pendl, G. Mark Marcello, Viktoria Pogatschnigg, Martina Bergmann, Melanie Müller, Verena Gschiel, Selena Ristic, Jelena Tadic, Keiko Iwata, Gesa Richter, Aitak Farzi, Muammer Üçal, Ute Schäfer, Michael Poglitsch, Philipp Royer, Ronald Mekis, Marlene Agreiter, Regine C. Tölle, Péter Sótonyi, Johann Willeit, Barbara Mairhofer, Helga Niederkofler, Irmgard Pallhuber, Gregorio Rungger, Herbert Tilg, Michaela Defrancesco, Josef Marksteiner, Frank Sinner, Christoph Magnes, Thomas R. Pieber, Peter Holzer, Guido Kroemer, Didac Carmona-Gutierrez, Luca Scorrano, Jörn Dengjel, Tobias Madl, Simon Sedej, Stephan J. Sigrist, Bence Rácz, Stefan Kiechl, Tobias Eisenberg, Frank Madeo: Dietary spermidine improves cognitive function. In: Cell Reports. Band 35, Nr. 2, 13. April 2021, Artikel: 108985, DOI:10.1016/j.celrep.2021.108985.

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27. ↑ Rafael de Cabo, David G. le Couteur: Die Biologie des Alterns. In: Tinsley Randolph Harrison: Harrisons Innere Medizin. 20. Auflage, Thieme, Berlin 2020, ISBN 978-3-13-243524-7, 4. Band, Kapitel 236, S. 4228–4235, Zitat S. 4234 f.
28. ↑ Stefan Kiechl, Raimund Pechlaner, Peter Willeit, Marlene Notdurfter, Bernhard Paulweber, Karin Willeit, Philipp Werner, Christoph Ruckenstuhl, Bernhard Iglseder, Siegfried Weger, Barbara Mairhofer, Markus Gartner, Ludmilla Kedenko, Monika Chmelikova, Slaven Stekovic, Hermann Stuppner, Friedrich Oberhollenzer, Guido Kroemer, Manuel Mayr, Tobias Eisenberg, Herbert Tilg, Frank Madeo, Johann Willeit: 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. 
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36. ↑ ^{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). 
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