Aktuelle Studien zu Spermidin

Analyse der SARS-CoV-2-kontrollierten Autophagie zeigt Spermidin, MK-2206 und Niclosamid als mutmaßliche antivirale Therapeutika

Nils C Gassen, Jan Papies, Thomas Bajaj, Frederik Dethloff, Jackson Emanuel, Katja Weckmann, Daniel E. Heinz, Nicolas Heinemann, Martina Lennarz, Anja Richter, Daniela Niemeyer, Victor M Corman, Patrick Giavalisco, Christian Drosten, Marcel A Muller

Das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) stellt eine akute Bedrohung für die öffentliche Gesundheit und die Weltwirtschaft dar, insbesondere weil keine zugelassenen spezifischen Medikamente oder Impfstoffe zur Verfügung stehen. Die pharmakologische Modulation von stoffwechselabhängigen zellulären Pfaden wie Autophagie reduziert die Ausbreitung des hoch pathogenen respiratorischen Syndroms des Nahen Ostens (MERS)-CoV. Hier zeigen wir, dass eine SARS-CoV-2-Infektion die Autophagie begrenzt, indem sie in mehrere Stoffwechselwege eingreift, und dass substanzbasierte Interventionen, die auf die Induktion der Autophagie abzielen, die Ausbreitung von SARS-CoV-2 in vitro reduzieren. Eingehende Analysen der Autophagie-Signalisierung und Metabolomik weisen darauf hin, dass SARS-CoV-2 die Glykolyse und Proteintranslation reduziert, indem es die Aktivierung der AMP-Protein-aktivierten Kinase (AMPK) und des Säugetier-Targets des Rapamycin-Komplexes 1 (mTORC1) begrenzt. Die Infektion reguliert auch das Autophagie-induzierende Spermidin herunter und erleichtert den AKT1/SKP2-abhängigen Abbau des Autophagie-induzierenden Beclin-1 (BECN1). Die gezielte Beeinflussung dieser Signalwege durch exogene Verabreichung von Spermidin, des AKT-Inhibitors MK-2206 und des Beclin-1-stabilisierenden Antihelminthikums Niclosamid hemmte die Ausbreitung von SARS-CoV-2 um 85, 88 bzw. >99%. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine SARS-CoV-2-Infektion die Autophagie kausal vermindert. Eine klinisch zugelassene und gut verträgliche, die Autophagie induzierende Verbindung zeigt Potenzial für die Evaluierung als Behandlung gegen SARS-CoV-2.

SPERMIDINOKARDVERLETZUNGEN UND HERZDYSFUNKTIONEN NACH EINEM MYOKARDINFARKT (MI) IST JEDOCH NOCH NICHT BEKANNT.

E-ENHANCED AUTOPHAGIC FLUX IMPROVES CARDIAC DYSFUNCTION FOLLOWING MYOCARDIAL INFARCTION BY TARGETING THE AMPK/MTOR SIGNALLING PATHWAY.

11. Mai 2019 • Yan J, Yan JY, Wang YX, Ling YN, Song XD, Wang SY, Liu HQ, Liu QC, Zhang Y4, Yang PZ, Wang XB, Chen AH
Link zur Studie (PubMed, englisch)

Abstract (Übersetzung)

HINTERGRUND UND ZWECK:
Spermidin, ein natürliches Polyamin, ist in Säugetierzellen reichlich vorhanden und an Zellwachstum, Proliferation und Regeneration beteiligt. Vor kurzem waren orale Spermidinpräparate kardioprotektiv bei altersbedingter Herzinsuffizienz, durch die Verbesserung des autophagischen Flusses. Die Wirkung von Spermidin auf My

EXPERIMENTELLER ANSATZ:
Wir haben die Auswirkungen von Spermidin in einem Modell von MI, Sprague-Dawley-Ratten mit permanenter Ligatur der linken vorderen absteigenden Arterie und in kultivierten neonatalen Rattenkardiomyozyten (NRCs), die Angiotensin II (Ang II) ausgesetzt sind, bestimmt. Die kardiale Funktion in vivo wurde mit einer Echokardiographie untersucht. In vivo und in vitro Studien wurden histologische und immunhistochemische Techniken sowie Western Blots verwendet.

ERGEBNISSE:
Spermidin verbesserte die Lebensfähigkeit der Kardiomyozyten und verringerte Zellnekrose bei NRCs, die mit Angiotensin II behandelt wurden. Bei Ratten nach der MI reduzierte das Spermidin die Infarktgröße, verbesserte die Herzfunktion und schwächte die myokardiale Hypertrophie. Spermidin unterdrückte auch die oxidativen Schäden und entzündlichen Zytokine, die durch MI verursacht wurden. Darüber hinaus erhöhte Spermidin den autophagischen Fluss und verringerte die Apoptose sowohl in vitro als auch in vivo. Die schützenden Wirkungen von Spermidin auf die kardiomyozytöse Apoptose und die kardiale Dysfunktion wurden durch den Autophagiehemmer Chloroquin beseitigt, was darauf hindeutet, dass Spermidin zumindest teilweise durch die Förderung des autophagischen Flusses, durch die Aktivierung des AMPK/mTOR-Signalweges kardioprotektive Wirkungen ausübte.

SCHLUSSFOLGERUNGEN UND AUSWIRKUNGEN:
Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Spermidin die MI-induzierte kardiale Dysfunktion verbessert, indem es den AMPK/mTOR-vermittelten autophagischen Fluss fördert.

HIGHER SPERMIDINE INTAKE IS LINKED TO LOWER MORTALITY: A PROSPECTIVE POPULATION-BASED STUDY

28. Juni 2018 • Kiechl, Pechlaner, Willeit, Notdurfter, Paulweber, Werner, Ruckenstuhl, Iglseder, Weger
Link zur Studie (American Journal of Clinical Nutrition, englisch)

Abstract (Übersetzung)

nicht vorhanden

SPERMIDINE IN HEALTH AND DISEASE

26. Januar 2018 • Madeo, Eisenberg, Pietrocola, Kroemer
Link zur Studie (PubMed, englisch)
Volltext (Sciencemag, englisch)

Abstract (Übersetzung)

Maßnahmen, die das Altern verzögern und vor altersbedingten Krankheiten schützen, nähern sich langsam der klinischen Umsetzung. Zu diesen Maßnahmen gehören Kalorienrestriktionsmimetika, die als Mittel definiert sind, die die positiven Auswirkungen der Ernährungsrestriktion nachahmen und gleichzeitig ihre schädlichen Auswirkungen begrenzen. Ein solches Mittel, das natürliche Polyamin Spermidin, hat eine ausgeprägte kardioprotektive und neuroprotektive Wirkung und stimuliert die Immunüberwachung von Krebserkrankungen bei Nagetieren. Darüber hinaus korreliert die Aufnahme von Polyamin in der Nahrung mit einer reduzierten kardiovaskulären und krebsbedingten Mortalität in epidemiologischen Studien am Menschen. Spermidin bewahrt die mitochondriale Funktion, zeigt entzündungshemmende Eigenschaften und verhindert die Seneszenz der Stammzellen. Mechanistisch teilt es die molekularen Bahnen, die von anderen Kalorienrestriktions-Mimetika eingenommen werden: Es induziert die Protein-Deacylierung und ist abhängig von der funktionellen Autophagie. Da Spermidin bereits in der täglichen menschlichen Ernährung vorhanden ist, erscheinen klinische Studien zur Steigerung der Aufnahme dieses Polyamins möglich.

SPERMIDINE RESCUES PROXIMAL TUBULAR CELLS FROM OXIDATIVE STRESS AND NECROSIS AFTER ISCHEMIC ACUTE KIDNEY INJURY

Oktober 2017 • Kim, J

Link zur Studie (PubMed, englisch)
Volltext (Springer Link, englisch, kostenpflichtig)

Abstract (Übersetzung)

Nierenischämie und Reperfusionsschäden (IRI) sind mit einer hohen Sterblichkeitsrate verbunden, die auf tubulären oxidativen Stress und Nekrose zurückzuführen ist; ein effektiver Ansatz zur Begrenzung von IRI bleibt jedoch schwer fassbar. Spermidin, ein natürlich vorkommendes Polyamin, schützt Hefezellen vor dem Altern durch Hemmung von oxidativem Stress und Nekrose. In der vorliegenden Studie schwächte die Spermidinsupplementierung deutlich die Zunahme der Plasmakreatininkonzentration und des tubulären Verletzungswertes nach IRI. Darüber hinaus hemmte exogenes Spermidin stark den oxidativen Stress, insbesondere die Lipidperoxidation nach IRI in den Nieren und die Exposition gegenüber Wasserstoffperoxid in den proximalen Rohrzellen der Niere, wodurch Plasmamembranstörungen und Nekrosen unterdrückt wurden. Im Einklang mit der Spermidinergänzung, der Hochregulierung der Ornithindecarboxylase (ODC) in den proximalen röhrenförmigen Zellen der menschlichen Niere verringerte sich die Lipidperoxidation und die Nekrose, die durch eine durch Wasserstoffperoxid induzierte Verletzung hervorgerufen wurde. Umgekehrt hat der ODC-Mangel die Lipidperoxidation und Nekrose nach der Exposition gegenüber Wasserstoffperoxid deutlich erhöht. Schließlich verursachte eine kleine störende RNA-vermittelte ODC-Hemmung funktionelle und histologische Schäden in den Nieren und erhöhte den Lipidhydroperoxidspiegel nach der IRI. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Daten darauf hindeuten, dass der Spermidinspiegel die proximale tubuläre Schädigung der Niere durch oxidativen Stress und Nekrose, die durch IRI induziert wird, bestimmt, und dieser Befund liefert ein neues Ziel für die Prävention von tubulären Schäden, die durch IRI induziert werden.

CARDIOPROTECTION AND LIFESPAN EXTENSION BY THE NATURAL POLYAMINE SPERMIDINE

2016 • Eisenberg, Abdellatif, Kroemer, Madeo, Sedej

Link zur Studie (Nature, englisch, kostenpflichtig)

Abstract (Übersetzung)

Das Altern ist mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Tod verbunden. Hier zeigen wir, dass die orale Supplementierung des natürlichen Polyamins Spermidin die Lebensdauer von Mäusen verlängert und kardioprotektive Effekte ausübt, die die Herzhypertrophie reduzieren und die diastolische Funktion bei alten Mäusen erhalten. Spermidin, das eine verbesserte kardiale Autophagie, Mitophagie und mitochondriale Atmung ernährt, und es verbessert auch die mechanisch-elastischen Eigenschaften von Kardiomyozyten in vivo, was mit einer erhöhten Titinphosphorylierung und einer unterdrückten subklinischen Entzündung zusammenfällt. Die Spermidinzufuhr konnte bei Mäusen, denen das autophagische Protein Atg5 in Kardiomyozyten fehlt, keinen Herzschutz bieten. Bei Dahl salzsensitiven Ratten, die mit einer salzreichen Ernährung gefüttert wurden, ein Modell für hypertonieinduzierte kongestive Herzinsuffizienz, Spermidinfütterung, reduzierter systemischer Blutdruck, erhöhte Titinphosphorylierung und verhinderte Herzhypertrophie und einen Rückgang der diastolischen Funktion, wodurch das Fortschreiten zur Herzinsuffizienz verzögert wurde. Beim Menschen korrelierten hohe Konzentrationen an diätetischem Spermidin, wie sie anhand von Lebensmittelfragebögen ermittelt wurden, mit einem reduzierten Blutdruck und einer geringeren Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Unsere Ergebnisse deuten auf eine neue und praktikable Strategie zum Schutz vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen hin.

DEPLETION OF THE POLYAMINES SPERMIDINE AND SPERMINE BY OVEREXPRESSION OF SPERMIDINE/SPERMINE N¹-ACETYLTRANSFERASE 1 (SAT1) LEADS TO MITOCHONDRIA-MEDIATED APOPTOSIS IN MAMMALIAN CELLS

Juni 2015 • Mandal S, Mandal A, Park MH

Link zur Studie (PubMed, englisch)

Abstract (Übersetzung)

Die Polyamine Putrescin, Spermidin und Sperma sind eng an der Regulierung des Zellwachstums und der Lebensfähigkeit beteiligt. Die Transduktion von HEK293T-Zellen mit einem Adenovirus (AdSAT1), das für ein wichtiges kataboles Polyamin-Enzym, Spermidin/Spermin-N1-Acetyltransferase1 (SAT1), kodiert, führt zu einer schnellen Abnahme von Spermidin und Spermatozoen, einem Stillstand des Zellwachstums und einem Rückgang der Zelllebensfähigkeit. Annexin V/ Propidiumjodid Fluorescent Activated Cell Sorter (FACS)-Analysen, Terminal Uridine Nucleotide End- Labeling (TUNEL) und Caspase 3-Assays zeigten einen klaren Hinweis auf Apoptose in AdSAT1-transduzierten Zellen (um 24-72 Uhr), nicht aber in Zellen, die mit GFP-kodierendem Adenovirus (AdGFP) transduziert wurden. Die Apoptose in den polyaminabgeschwächten Zellen erfolgt durch den mitochondrialen intrinsischen Weg, wie der Verlust des Potenzials der Mitochondrienmembran, die Zunahme des proapoptotischen Bax, die Abnahme des antiapoptotischen Bcl-xl, Bcl2 und Mcl-1 sowie die Freisetzung von Cytochrom c aus den Mitochondrien nach der Transduktion mit AdSAT1 zeigen. Darüber hinaus zeigten Transmissionselektronenmikroskopie-Bilder von AdSAT1-transmittierten Zellen morphologische Veränderungen, die üblicherweise mit der Apoptose verbunden sind, einschließlich Zellschrumpfung, Kernfragmentierung, mitochondrialer Veränderung, Vakuumierung und Membranblutung. Die Apoptose scheint weitgehend aus der Erschöpfung der Polyamine, des Spermidins und des Spermas als Polyaminanaloga zu resultieren, α-Methylspermidin und N1,N12-Dimethylspermin, die keine Substrate für SAT1 sind, könnten das Wachstum teilweise wiederherstellen und die Apoptose von AdSAT1-übertragenen Zellen verhindern. Die Hemmung der Polyamin-Oxidasen stellte das Wachstum der AdSAT1-übertragenen Zellen nicht wieder her oder blockierte die Apoptose, was darauf hindeutet, dass der Wachstumsstillstand und die Apoptose nicht durch oxidativen Stress induziert wurden, der sich aus dem beschleunigten Polyaminkatabolismus ergab. Zusammengenommen liefern diese Daten einen eindeutigen Beweis dafür, dass die Erschöpfung von Polyaminen Spermidin und Spermatozoen zu mitochondrienvermitteltem Apoptose führt.

DEPLETION OF THE POLYAMINES SPERMIDINE AND SPERMINE BY OVEREXPRESSION OF SPERMIDINE/SPERMINE N¹-ACETYLTRANSFERASE 1 (SAT1) LEADS TO MITOCHONDRIA-MEDIATED APOPTOSIS IN MAMMALIAN CELLS

August 2011 • Pichiah

Link zur Studie (ResearchGate, englisch)

Abstract (Übersetzung)

Das Risiko für Diabetes steigt mit steigendem BMI<25. Die Insulinresistenz ist der Schlüsselfaktor für Typ-2-Diabetes; Studien zeigten, dass der endoplasmatische Retikulumstress der Hauptfaktor für diese Krankheit ist. Mit zunehmendem ER-Stress beginnen Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse, sich einer Apoptose zu unterziehen, was zu einem Rückgang der Beta-Zellpopulation der Bauchspeicheldrüse führt. Der ER-Stress entsteht durch die entfaltete Proteinreaktion. Vor kurzem erhielt Spermidin Bedeutung für die Erhöhung der Langlebigkeit in den meisten der Eukaryonten einschließlich Hefe, Caenorhabditis elegans, Drosophila und menschlichen peripheren mononuklearen Blutzellen durch Induktion des Autophagiewegs. Die Autophagie ist auch an der Regulation der Abfischung von Proteinen beteiligt. Einer der wichtigsten zellulären Wege zum Abfangen des aggregierten intrazellulären Proteins ist die Autophagie. Daher kann Spermidin ein Kandidat für die Behandlung von Typ-2-Diabetes sein. Autophagie-Gene werden durch mTOR (Säugetier Target Of Rapamycin) abhängigen oder unabhängigen Weg über AMPK reguliert. Daher spielt entweder die Hemmung von mTOR oder die Aktivierung von AMPK durch Spermidin zwei entscheidende Rollen, zum einen die Aktivierung der Autophagie und zum anderen die Reduktion von endoplasmatischem Retikulumstress, der den Beta-Zelltod durch Apoptose reduziert und somit ein neuartiger therapeutischer Kandidat bei der Behandlung der Insulinresistenz bei Typ-2-Diabetes und der Erhaltung der pankreatischen Beta-Zellmasse sein kann.