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(Last modification: 18. May 2010)

 

Sirtuine: Arrangement der Seiten


 

Sirtuin Aktivatoren

Das meiste dieser Seite wurde aus einem excellenten Übersichtsartikel extrahiert: Alcaín and Villalba, 2009). Dazu kamen einige neuere Zitate und Kommentare. 

 

Resveratrol

 

Anmerkungen

- Resveratrol ist das Haupt-Thema in einer anderen Seite (mehr...), und deshalb brauchen wir hier keine Besprechung der Struktur und Biosynthese,

- Es gibt viel mehr Publikationen über Resveratrol-Effekte in in vitro Systemen, und sie implizieren wesentliche Rollen in vielen Aspekten von Stoffwechsel. Das ist hier nicht mein Thema; ich konzentriere mich im Wesentlichen auf die Untersuchungen mit ganzen Organismen, denn das ist was die meisten Leute interessiert, die Resveratrol einnehmen oder dies planen.

 

Wichtige Ergebnisse

   Eine Publikation von Howitz et al. (2003) war sicherlich eines der Schlüsselelemente in der Entwicklung der Resveratrol Story: Sie untersuchte die Fähigkeiten kleiner Naturstoffe in der Stimulierung von Sirtuin-Aktivitäten. Die  Suche mit rekombinantem menschlichen SIRT1 führte zur Identifizierung mehrerer Moleküle, und Resveratrol war das mit der höchsten Aktivität. Andere, mit geringerer Aktivität, waren ein weiteres Stilben (Piceatannol), zwei Chalcone (Butein, Isoliquiritigenin), und zwei Flavonole (Fisetin und Quercetin) (siehe Fig. 1). Das rekombinante Sir2 Protein aus der Hefe wurde auch getestet, aber die Resultate waren ein wenig enttäuschend: Die Stimulierung von gerade mal etwa zweifach (aber schliesslich interessiert ja der Mensch, nicht die Hefe!)

   Gemessen wurde in diesen Testen die Deacetylierung acetylierter Peptide, welche an ein nicht-physiologisches fluoreszierendes Molekül gekoppelt waren. Es gibt begründete Zweifel daran, dass die Resveratrol-Effekte wirklich durch eine direkte Wirkung auf das Sirtuin zustande kamen: Mehr....

    Die in vivo Wirkungen von Resveratrol auf Hefezellen waren beeindruckender: Resveratrol verlängerte die Lebensdauer um etwa 70%, und auch Fisetin und Butein zeigten signifikante Effekte: 55% und 31%. Was auch immer die Limitierungen solcher Experimente sind: Fast jedermann war wie hypnotisiert durch die Zunahme der Lebensdauer um 70%, und fing an zu rechnen, was dies für den Menschen bedeuten könnte.

    In den nächsten Jahren wurden ähnliche Resulte, also Lebensverlängerung durch Resveratrol, auch für andere Organismen beschrieben: die Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) und den Fadenwurm Caenorhabditis elegans (Wood et al., 2004; Viswanathan et al., 2005). Man sollte jedoch anmerken, dass die Ergebnisse mit beiden Organismen in Zweifel gezogen wurden (Bass et al., 2007; Pearson et al., 2008). Eine Studie zeigte sogar, dass Resveratrol das Leben eines Fisches verlängerte (Valenzano et al., 2006).

 

Fig. 1.

Natürliche SIRT1-Aktivatoren, und Links zu Seiten in meiner Website (Resveratrol, Quercetin, Isoliquiritigenin = 6'-Deoxychalcon) oder in Wikipedia (Piceatannol, Fisetin; beide Seiten sind leider nicht sehr informativ). 

 

Natürliche SIRT1-Aktivatoren: Stilbene, Chalcone, Flavonole

 

    Der nächste wichtige Schritt war die Demonstration, dass Resveratrol die Gesundheit und das Überleben von Mäusen verbesserte, die auf einer "Hoch-Kalorien-Diät" gehalten wurden (Baur et al., 2006). Das Wichtige ist hier der Begriff "Hoch-Kalorien-Diät" und die möglichen Konsequenzen für den Menschen: Die Zahl der übergewichtigen und schwer fettleibigen Menschen nimmt kontinuierlich zu; anscheinend sind es bereits 2.1 Milliarden in der Welt, mit der Mehrzahl wohl in den westlichen Ländern. Dies wird als eines der wichtigsten Risikofaktoren für viele Krankheiten angesehen, z.B. Herzkrankheiten, Typ 2 Diabetes, und so weiter; das Ganze wird häufig als "metabolisches Syndrom" zusammengefasst. Der wichtigste Punkt in der Publikation: Sie zeigte, dass Resveratrol die Auswirkungen von übermässigem Essen verhindern konnte, dass es die physiologische Balance in Richtung einer Normal-Diät verschob, und dass es zu einer signifikanten Zunahme der Lebensdauer führte. Vergleichbare Ergebnisse wurden auch von anderen berichtet (Lagouge et al., 2006).

    Im Zusammenhang mit diesen Experimenten wird die Resveratrol-Dosis häufig angesprochen: Für den Laien sieht sie furchtbar hoch aus, aber viele Leute wissen nicht, dass die Mengen pro Maus Kilogramm nicht einfach auf den Menschen extrapoliert werden können (mehr...). Neuere Arbeiten (Barger et al., 2008a) lassen auch vermuten, dass viel niedrigere Resveratrol Dosen ausreichend sein könnten, um die Gesundheits-Effekte zu erreichen, und dass sogar eine kurzzeitige Einnahme wenigstens teilweise die Wirkungen einer Niedrig-Kalorien-Diät erreichen kann (Barger et al., 2008b).

    Die Anwendung von Resveratrol (oder anderen Substanzen mit viel höherer Aktivität, s. unten) zur Behandlung der vielen Probleme des metabolischen Syndroms war eines der zentralen Themen in vielen Studien (siehe Alcain and Villalba, 2009 für eine ausführlichere Diskussion, Zitat am Ende dieser Seite). In diesem Zusammenhang stellen die Autoren fest (in freier Übersetzung): Es wird ausserordentlich schwierig sein, die Essgewohnheiten der Bevölkerung zu verändern ('modifying the dietary habits of populations will be extremely difficult'). Es ist deshalb vermutlich nur realistisch (wenn auch sicher nicht die beste Lösung), sich nach Nahrungsmittel-Ergänzungen umzusehen, welche die positiven Effekte einer Niedrig-Kalorien-Diät imitieren. Die klinischen Versuche zur Testung von Resveratrol bei Typ 2 Diabetes und anderen Krankheiten sollen kurz vor der Vollendung sein (November 2009). Der oben zitierte Übersichtsartikel gibt auch Informationen über einige Firmen, ihre Resveratrol-Präparate (z.B. SRT501, Longevinex, Resvida), und die Nummern der Patente.

 

Es gibt einige bedenkenswerte Punkte bei der Anwendung von Resveratrol beim Menschen

  • Bioverfügbarkeit
       Resveratrol wird als pharmakologisch sichere Substanz angesehen: Es kann an sieben Tagen in Mengen bis zu 5 g / Tag ohne nennenswerte Nebeneffekte genommen werden (Elliott and Jirousek, 2008; siehe auch Williams et al., 2009). Allerdings, über die möglichen Auswirkungen bei Langzeit-Anwendung am Menschen ist nichts bekannt.
       Die in vitro Experimente mit Enzymen oder Geweben zeigen, dass etwa 10 bis 200 µM Resveratrol notwendig sind, um die erwünschten Effekte zur Aktivierung von SIRT1 zu erreichen. Aber: Selbst mit sehr hohen Dosen von Resveratrol werden diese Konzentrationen im Blutplasma kaum erreicht. Das meiste wird sehr schnell in Glucuronid- und Sulfat-Derivate umgewandelt, und diese sind in viel höheren Konzentrationen vorhanden als das Resveratrol. Über die biologische Wirksamkeit dieser Derivate ist kaum etwas bekannt.
        Ein paar einfache Resveratrol-Modifikationen wurden synthetisiert, um höhere Stabilität und Bioverfügbarkeit erreichen (Yang et al, 2007), aber es ist unklar, ob sie für die Praxis tauglich sind.

  • Gewebespezifität
       Wie auch immer man Resveratrol zu sich nimmt: Es sollte prinzipiell in allen Organen und Zellen verfügbar sein, aber dafür gibt es eigentlich keine klaren Angaben. Ebenso wird stillschweigend angenommen, dass die Wirkungen von Sirtuinen in allen Geweben/Zellen gleich sind, z.B. für die guten Effekte der Niedrig-Kalorien-Diät. Neuere Ergebnisse legen aber nahe, dass die SIRT1 Regulation durch Niedrig-Kalorien-Diät gewebe-spezifisch ist, und nicht identisch in allen Zellen/Zell-Typen (Chen et al., 2008). Kann man mit einiger Gewissheit vorhersagen, was passiert, wenn Resveratrol die Sirtuine in allen Zell-Typen stimuliert? Es könnte ohne weiteres sein, dass die Ergebnisse einer systemischen SIRT1-Stimulierung komplexer sind als bisher bekannt. Ein Beispiel für die Komplexität der Sirtuin-Regulation, und der komplexen Effekte von Resveratrol und Sirtinol (ein Sirtuin-Inhibitor) findet sich hier: Pfister et al., 2008.

  • Inaktivierung von p53
       Dieses Protein spielt eine wichtige Rolle in der Kontrolle von Zellwachstum und Tod. Seine Acetylierung führt zu seiner Aktivierung und entweder Wachstums-Stopp oder Apoptose (programmierter Zelltod; die englische Version geht etwas mehr auf die "Dysregulation of p53" ein); diese p53-Aktivität ist ein wichtiger Faktor in der Kontrolle/Eliminierung von Tumorzellen. In der aktiven Form ist es acetyliert. SIRT1 bindet an p53 und deacetyliert es, d.h. es reduziert seine Aktivität, und damit wird Apoptose verzögert oder verhindert (Vaziri et al., 2001; van Leeuwen and Lain, 2009). Das ist gut für das Überleben normaler Zellen, aber es kann auch zum besseren Überleben und Wachstum von Tumorzellen führen. In solchen Fällen hätte Resveratrol sehr unerwünschte Wirkungen: Es würde praktisch als Stimulans von Tumorwachstum wirken können. Man würde dann lieber einen SIRT1-Inhibitor einsetzen, um das zu verhindern, und dazu gibt es intensive Forschungen: Mehr...

  • Verlässlichkeit des Testes für Sirtuin-Aktivatoren (und Inhibitoren)
       Praktisch alle dieser Untersuchungen verwendeten in ihren Testen als Substrate acetylierte Peptide, die an einen nicht-physiologischen Fluoreszenz-Marker gekoppelt waren. Spätere Untersuchungen zeigten jedoch, dass dieser Fluoreszenz-Marker für die Sirtuin-Aktivität eine Rolle spielte, die er eigentlich nicht haben sollte: Ohne ihn, also nur mit acetylierten Peptiden, fand man keine Aktivität im Enzymtest. Es wurde deshalb bezweifelt, dass die Effekte der Naturstoffe tatsächlich etwas mit einer direkten Einwirkung auf die Sirtuine zu tun haben, and es wurde vermutet, dass die Konzentration auf nur die Sirtuine eine zu enge Sicht ist (Borra et al., 2005; Kaeberlein et al., 2005).  Eine neuere Publikation bestätigte die Schlussfolgerung, dass Resveratrol nicht ein direkter Aktivator der SIRT1-Aktivität ist  (Beher et al., 2009).
       Eine Publikation in 2008 (Kahyo et al., 2008) zeigte tatsächlich, dass die Verwendung eines anderen acetylierten Peptids als SIRT1 Substrat zu ganz anderen Ergebnissen führte: In ihrem Testsystem waren Resveratrol und Fisetin miserable Aktivatoren (etwa 1.3-fach), und nur Piceatannol hatte einen signifikante Wirkung (ca. 3-fach). Die anderen sogenannte SIRT1-Aktivatoren benahmen sich tatsächlich als Inhibitoren: Butein, Isoliquiritigenin, und Quercetin reduzierten die Aktivität auf  0.04, 0.32, and 0.38-fach!

Sehen Sie sich auch einen Kommentar auf der generellen Sirtuin-Seite an: Mehr... , und in der Seite über Sirtuin-Inhibitoren (mehr...)


 

Synthetische Sirtuin-Aktivatoren

 

   Die unzureichende Bioverfügbarkeit von Resveratrol, seine rasche Metabolisierung, und die Vielzahl seiner Interaktionen mit verschiedenen Zielorten sind unerwünschte Eigenschaften für ein Medikament ("dirty" Molekül für die pharmazeutische Industrie). Es ist deshalb von beträchtlichem Interesse, andere Moleküle mit der gleichen Wirkung, aber höherer Bioverfügbarkeit, Spezifität, und noch stärkerer Potenz zu finden. Mehrere Firmen haben danach gesucht. Eine fand mehrere Quinoxalin-Derivate mit solchen Aktivitäten (Nayagam et al. 2006), aber darauf soll hier nicht detailliert eingegangen werden, da es anscheinend bisher keine detaillierteren Untersuchungen an Tieren gibt.

   Eine andere Firma (Sirtris Pharmaceuticals) ist offensichtlich schon viel weiter. Die Suchprogramme identifizierten eine Reihe von vielversprechenden Substanzen (Milne et al., 2007), und einige werden in Fig. 2 gezeigt. Besondes SRT1720 erschien interessant, da es bis zu 1000-fach aktiver als SRT501 in in vitro Testen war (SRT501 ist das Resveratrol-Präparat der Firma), und die Experimente mit Mäusen waren auch erfolgreich. Neuere Studien (Feige et al., 2008; Smith et al., 2009) zeigten, dass nicht nur SRT501, sondern auch SRT1720 eine Wirkung wie eine Niedrig-Kalorien-Diät hatte. Klinische Versuche am Menschen werden zur Zeit durchgeführt (Oktober 2009), und man darf auf die Ergebnisse gespannt sein. 
Modifikationen von SRT1720 wurden auch bereits getestet (Vu et al., 2009), und neue SRT1-Aktivatoren wurden publiziert (Fig. 3) (Bemis et al., 2009).

 

Fig. 2.

Synthetische SIRT1-Aktivatoren

Synthetische SIRT1-Aktivatoren

 

 

Fig. 3.

Neuere SIRT1-Aktivatoren (Bemis et al., 2009)

Neuere SIRT1-Aktivatoren (2009)

 

 

Schlussfolgerungen
   Ich werde nicht versuchen, alle die Publikationen über die vielen Rollen von Sirtuinen und die vielen Wirkungen von Resveratrol zu besprechen: Das ist einfach zu viel, und sollte das Privileg der Spezialisten in diesem Arbeitsgebiet sein.
   Trotzdem kann man wohl sagen, dass es gute Evidenz dafür gibt, dass Resveratrol und andere Substanzen die Wirkungen einer Niedrig-Kalorien-Diät zu imitieren vermögen. Man muss aber auch sagen, dass die Mechanismen häufig nicht sehr klar sind, und dass die Einnahme von Resveratrol gut überlegt sein sollte, wie oben besprochen: Mehr.... 

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The source for most of the information summarized in this page

  • Alcain, F. J., Villalba, J. M., 2009a. Sirtuin activators. Expert Opinion on Therapeutic Patents 19, 403-414.
    Background: Sirtuin 1 - 7 (SIRT1 - 7) are deacetylases that are dependent on NAD+ for their activity. SIRT1 down-regulates p53 activity, increasing lifespan, cell survival, and neuroprotection; it also deacetylates peroxisome proliferator-activated receptor-gamma and its coactivator 1α, promoting fat mobilization, increasing mitochondrial size and number, and positively regulating insulin secretion. Sirtuins link nutrient availability and energy metabolism. Calorie restriction, which increases lifespan and is beneficial in age-related disorders, activates sirtuin. Major efforts are thus focused to developing sirtuin activators.
    Objective: After discussing the potential involvement of sirtuins in pathophysiological processes, this review looks at new, synthetic sirtuin activators.
    Conclusions: To date, resveratrol is the most potent natural compound able to activate SIRT1, mimicking the positive effect of calorie restriction. Resveratrol might help in the treatment or prevention of obesity and in preventing the aging-related decline in heart function and neuronal loss. As resveratrol has low bioavailability and interacts with multiple molecular targets, the development of new molecules with better bioavailability and targeting sirtuin at lower concentrations is a promising field of the medicinal chemistry. New SIRT1 activators that are up to 1000 times more effective than resveratrol have recently been identified. These improve the response to insulin and increase the number and activity of mitochondria in obese mice. Human trials with a formulation of resveratrol with improved bioavailability and with a synthetic SIRT1 activator are in progress.
    (Note: In Fig. 3, the structures of fisetin and quercetin lack an H-atom at the single bonded oxygen in the 3-position. Also, although it is formally correct to call them flavones, in the nomenclature used by most plant scientists they are called 'flavonols' because of the -OH group in the 3-position. In Fig. 6, the three O-CH3 groups at the 'top' aromatic ring are missing in SRT1460).

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