Determinants of the biological activity of isoflavones: Cellular uptake, intracellular accumulation and metabolism
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Isoflavone sind sekundäre Pflanzenstoffe mit estrogener Wirkung und werden überwiegend durch den Verzehr von Soja-haltigen Lebensmitteln aufgenommen. Aufgrund epidemiologischer Studien werden diesen Verbindungen verschiedene gesundheitsfördernde Wirkungen zugeschrieben. Während in asiatischen Ländern mit traditioneller Ernährungsweise vorzugsweise fermentierte Sojaprodukte verzehrt werden, die Isoflavone in freier Form, d. h. als Aglykone, enthalten, sind in westlichen Industrieländern vor allem native Sojaprodukte oder Nahrungsergänzungsmittel auf Sojabasis im Handel, bei denen die Glucoside dominieren. Hauptziel des Projektes war es zu klären, welchen Einfluß die Zuckerkonjugation auf die Bioverfügbarkeit und den Metabolismus der Isoflavone hat. Dazu wurde eine randomisierte Doppelblindstudie im Cross-Over-Design mit sieben männlichen Probanden durchgeführt. Diese erhielten das Soja-lsoflavon Daidzein (DAI) und sein 7-O-ß-D-Glucosid (DG) in Form der jeweiligen Reinsubstanz. Die Dosis betrug 1 mg pro kg Körpergewicht berechnet als Aglykon-Äquivalente. Daidzein, die intestinalen Metabolite Dihydrodaidzein, O-Demethylanglolensin und Equol sowie die oxidativen Metabolite 3'-, 6- und 8-Hydroxy-Daidzein wurden nach sequenzieller enzymatischer Hydrolyse mit ß-Glucuronidase und Sulfatase in Urin und Plasma bestimmt. Die biokinetischen Kenndaten (AUC, Cmax, W, ti/2) aller Verbindungen und die Wiederfindung von DAI im Urin wurde ermittelt. Überraschend zeigte das Zuckerkonjugat auf der Basis der AUC eine deutlich höhere (Faktor 4,5) Bioverfügbarkeit. (38,5 versus 8,3 uM*h). Die maximale Plasmakonzentration war Sechsfach größer nach Gabe des Glucosids als nach Aufnahme des Aglykons (2,54 versus 0,43 uM). Im Plasma lag Daidzein zu etwa 97% in Form seiner Phase-ll-Konjugate vor, lediglich in der ersten Stunde nach Aufnahme des Isoflavons liegt der freie Anteil an DAI bei ca. 12 %. Während der Anteil an Sulfaten an den gesamten Phase-ll-Konjugaten bei DAI und den intestinalen Metaboliten <10% ist, liegen die oxidativen Metabolite bis zu 30% als Sulfate vor. Die Bildung der intestinalen Metabolite DHD und O-DMA zeigte eine sehr hohe interindividuelle Variabilität. Besonders DHD trat im Plasma in hohen Konzentrationen. Ein Zusammenhang zwischen den Plasma-Konzentrationsverläufen von DAI und den Triglyceriden deutet darauf hin, daß Nahrungsfett die Bioverfügbarkeit von Isoflavonen beeinflußt. In einer 2. Interventionsstudie mit analogem Design wurde deshalb die Rolle der Lipoproteine an Aufnahme und Transport untersucht. Es zeigte sich, daß Isoflavone nicht in nennenswertem Umfang über den Einbau in Chylomikronen aufgenommen werden. In der Zellkultur wurde die zelluläre Aufnahme von Isoflavonen in verschiedenen Zelltypen untersucht (V79-Zellen, Caco-2-Zellen, Lymphozyten). Eine Inkubation mit Isoflavonen führte zu einer deutlichen Akkumulation im Cytosol der Zellen, die bei Genistein am höchsten war. Bei der zellulären Aufnahme spielt die passive Diffusion eine große Rolle. In Caco-Zellen und Lymphozyten konnte die Bildung von Phase-ll-Konjugaten nachgewiesen werden. An der Ausschleusung der Isoflavone sind die Effluxpumpen MDR1 sowie die der MRP-Familie beteiligt. Offen ist, über welche Transportmechanismen Isoflavone aus der Epithelzelle in den Blutstrom transportiert werden. Die unvollständige Wiederfindung wirft die Frage nach einer weiterführenden Metabolisierung auf, die wohl aber nur durch Verwendung von 14C-markierten Isoflavonen beantwortet werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- CE Rufer, C Gerhäuser, N Frank, H Becker, SE Kulling (2005) In vitro phase II metabolism of xanthohumol by human UDP-glucuronosyltransferases and sulfotransferases. Molecular Nutrition & Food Research, 49, 851-856.
- CE Rufer, HR Glatt, SE Kulling (2006) Structural elucidation of hydroxylated metabolites of the isoflavan equol by GC/MS and HPLC/MS, Drug metabolism and Disposition, 34, 51- 60.
- CE Rufer, J Möseneder, A Bub, P Winter halter, SE Kulling (2005) Bioavailability of the soybean isoflavone daidzein in the aglycone and glucoside form. In: Macromolecules and their degradation products in food - Physiological, analytical and technological aspects. T. Eklund, M. Schwartz et al. (Eds.), Plenum Publishers, Vol.1, 53-56, ISBN 3-936028-31-1.
- CE Rufer, R Maul, E Donauer, EJ Fabian, SE Kulling (2007) In vitro and in vivo metabolism of the soy isoflavone glycitein, Molecular Nutrition & Food Research, 51, 813- 823.
- CE Rufer, SE Kulling (2006) Antioxidant activity of isoflavones and their major metabolites using different in vitro assays. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54, 2926-31.
- T Weisel, M Baum, G Eisenbrand, H Dietrich, F Will, J-P Stockis, SE Kulling, C Rufer, C Johannes and C Janzowski (2006) A flavonoid/polyphenolic rich fruit juice reduces oxidative DNA damage and increases glutathione level in healthy probands, Biotechnology Journal, 1,388-397.
