Etablierung von Biomarkern zur Erfassung der Furanaufnahme im Menschen
Lebensmittelchemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Furan und 2-Methylfuran (2-MF) sind flüchtige Verbindungen, welche beim Erhitzen von Lebensmitteln entstehen können. Hauptexpositionsquellen sind Lebensmittel in Dosen und Kaffee. Furan und 2-MF werden über Cytochrom P450 2E1 zu den hochreaktiven Metaboliten cis-2-buten-1,4-dial (BDA) und Acetylacrolein (AcA) metabolisiert. Diese Verbindungen reagieren wiederum mit Glutathion und Aminosäuren bzw. Proteinen. Da eine Erfassung der Furan-/2-MF-Aufnahme über Lebensmittel stark von der Zubereitungsart aber auch Zeit zwischen Bildung und Verzehr beeinflusst werden kann, sollte im Rahmen des Projekts eine Dosimetriestudie durchgeführt werden. Dazu sollten die Mengen an aufgenommenem Furan bzw. 2-MF via Kaffee, sowie die gebildeten Biomarker von Furan- und 2-MF im Urin von 10 Männern und 10 Frauen erfasst werden. Eine 11-tägige humane Interventionsstudie wurde 2021 unter kontrollierten Bedingungen im Naturfreundehaus Finsterbrunnertal durchgeführt. Die Probanden*innen erhielten eine Furanbzw. 2-MF-arme Diät. An den Studientagen 4 und 8 erhielten die Probanden*innen 250 bzw. 500 ml Kaffeegetränk. Die Furan- und 2-MF-Gehalte der konsumierten Lebensmittel inkl. Kaffeeproben wurden mittels headspace(hs)-SPMS-GC-MS erfasst. Im weiteren Verlauf der Arbeiten wurden fünf (Haupt-)Biomarker in den Urinproben nach Kaffeekonsum mit UPLC-ESI-MS/MS identifiziert. Dabei handelte es sich um drei Metabolite von Furan: ein cyclisches Glutathion(GSH)-Addukt von BDA (GSH-BDA) sowie zwei Lysin-Addukte (Acetyllysin-BDA und Lysin-BDA). Für 2-MF konnten Addukte des Phase-I-Metaboliten AcA mit Acetyllysin (AcLys-AcA) und Lysin (LysAcA) identifiziert werden. Im Anschluss wurden diese Biomarker sowie ihre stabilisotopenmarkierten Analoga synthetisiert. Dann wurde eine Stabilisotopenverdünnungsanalysenmethode (SIVA) zur Quantifizierung etabliert und die Urinproben vermessen. Es zeigte sich, dass im Gegensatz zu den entsprechenden AcLys- und Lys-Addukte das cyclische GSH-BDA-Addukt kurz nach der Kaffeeaufnahme ein Maximum der Exkretion aufwies. Für die anderen vier Metabolite konnten zwei Maxima ermittelt werden: ein Maximum (analog wie für GSH-BDA) kurz nach der Aufnahme via Kaffeegetränk und ein weiteres kleineres zweites Maximum nach 24 h. Auch konnten Unterschiede in den Exkretionskinetiken zwischen Männern und Frauen beobachtet werden. So zeigte sich, dass die weiblichen Probandinnen mehr Metabolite ausschieden als die männlichen Probanden. Im Rahmen der durchgeführten Interventionsstudie konnten Biomarker der Furan- bzw. 2-MF-Exposition in humanen Urinproben nach Kaffeeverzehr identifiziert werden und eine valide Methode zur Quantifizierung mittels SIVA etabliert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Detection and stability of BDA-lysine and -glutathione metabolites as urinary exposurebiomarkers for furan in humans. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 393 (Suppl 1): S51.
Kremer J.I.; Karlstetter D.; Klier C.; Rotermund J.; Thomas H.; Becker H.; Lang L.; Bakuradze T.; Eisenbrand G. & Richling E.
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Stable Isotope Dilution Analysis (SIDA) to Determine Metabolites of Furan and 2-Methylfuran in Human Urine Samples: A Pilot Study. Metabolites, 13(9), 1011.
Kremer, Jonathan Isaak; Karlstetter, Dorothea; Kirsch, Verena; Bohlen, Daniel; Klier, Carina; Rotermund, Jan; Thomas, Hannah; Lang, Lukas; Becker, Hanna; Bakuradze, Tamara; Stegmüller, Simone & Richling, Elke
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Dosimetry of human exposure to furan and 2-methylfuran by monitoring urinary biomarkers. Food and Chemical Toxicology, 189, 114774.
Bohlen, D.; Karlstetter, D.; Leidner, J.; Kremer, J.I.; Kirsch, V.; Eisenbrand, G.; Bakuradze, T.; Stegmüller, S. & Richling, E.
