Bioverfügbarkeit, saisonale Variabilität und Metabolisierung von Photoisomeren des Vitamin D im Menschen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Photoisomere Lumisterol3 (L3) und Tachysterol3 (T 3) entstehen in der Haut durch anhaltende UVB-Strahlung und können in die Blutzirkulation eintreten. Ähnlich kommen Lumisterol2 (L2) und Tachysterol2 (T 2) in Lebensmitteln (LM) wie Pilzen oder Hefe vor, welche zur Vitamin D2-Anreicherung mit UVB-Strahlung behandelt wurden. Solche bestrahlten Produkte sind in der EU als neuartige LM zugelassen. Eigene in vivo Studien zeigen, dass in LM vorkommende Photoisomere bioverfügbar sind. Ihre Hydroxyderivate interagieren mit nukleären Transkriptionsfaktoren wie dem Vitamin-D-Rezeptor (VDR) oder dem Leber-X-Rezeptor und regulieren biologische Prozesse. Diese Erkenntnisse deuten auf einen effizienten Metabolismus und ein hormonelles Potenzial dieser Photoisomere hin. Allerdings ist wenig über die orale Aufnahme, den Stoffwechsel und die Funktion dieser Photoisomere aus LM beim Menschen bekannt, ebenso wenig wie über die saisonale Variation ihrer Produktion in der Haut, wie sie bei Vitamin D3 beschrieben wird. Ziel dieses Projektes war es daher, diese Wissenslücke zu schließen. Diese Daten sind unerlässlich, um die Sicherheit des Verzehrs von UVB- bestrahlten LM und die saisonale Bildung im Hinblick auf das quantitative Verhältnis zu anderen endogenen Hydroxy-Sekosteroid-Metaboliten zu bewerten. Um dies zu untersuchen, verwendeten wir Blutproben aus einer randomisierten, doppelblinden Studie mit 35 Teilnehmenden, durchgeführt im Februar 2023. Eine Gruppe erhielt hierbei 7 Tage lang eine standardisierte Mahlzeit aus UVB-behandelten und die Kontrollgruppe aus nicht bestrahlten Pilzen. Blutproben wurden vor dem Verzehr, 3 und 6 Stunden danach, nach 7 Tagen sowie 3 Monate später im Sommer entnommen. Während des Forschungsaufenthalts konnten wir die 166 Proben mit einem angepassten Protokoll zur Extraktion der Sterolfraktionen für die qTOF-LC/MS-Analyse aufarbeiten. Die Messungen von L 3 und seinen Hydroxyderivaten führten zu erfolgreichen Nachweisen von L 3, 25(OH)L3 & 25(R)-27(OH)L3, in den untersuchten Blutproben. Weiterhin konnten in einer Kooperation mit Robert C. Tuckey (Hydroxy-)L2 Standards synthetisiert und aufgereinigt werden, um die die Analyse von absorbiertem und metabolisiertem L 2 aus UVB-behandelten Pilzen zu ermöglichen. Darüber hinaus konnte erstmals gezeigt werden, dass menschliche Hautzellen das Hormon Fibroblasten- Wachstumsfaktor 23 unter der Kontrolle von 1,25(OH) 2D3 und dessen VDR exprimieren und sekretieren können. Weiterhin konnten die sterolmetabolisierenden Enzyme CYP11A1 und CYP27A1 als neuartige Zielgene dieses Hormons in der Haut beschrieben werden. Zudem deuten weitere Erkenntnisse darauf hin, dass CYP11A1-abgeleitete Hydroxy-D3-Metabolite die Genexpression in Osteoblasten regulieren, wobei die 1α-Hydroxylierung eine Schlüsselrolle bei den biologischen Effekten spielt. Zusätzlich ermöglichten weitere Experimente die Möglichkeit zur Untersuchung der Rolle von (Hydroxy-) D3 & L3 bei der Genregulation in primären Hautzelllinien von Mäusen mit RAR-verwandten Orphanrezeptor α oder γ knockout, um deren Funktion für die D3- & L3-Wirkung zu bestimmen. Diese gewonnenen und ausstehenden Ergebnisse erweitern das Verständnis der Bioverfügbarkeit, des Metabolismus & des hormonellen Potenzials von Photoisomeren und anderen Vitamin-D-Verbindungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The vitamin D3 hormone, 1,25(OH)2D3, regulates fibroblast growth factor 23 (FGF23) production in human skin cells. American Journal of Physiology-Cell Physiology, 328(4), C1177-C1192.
Ewendt, Franz; Janjetovic, Zorica; Kim, Tae-Kang; Mobley, Alisa A.; Brożyna, Anna A.; Ravichandran, Senthilkumar; Fabisiak, Adrian; Brzeminski, Pawel; Sicinski, Rafal R.; Stangl, Gabriele I.; Tuckey, Robert C. & Slominski, Andrzej T.
