Genistein

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Genistein ist neben Daidzein und Glycitein ein typischer Vertreter der Isoflavone (Synonym: Isoflavonoide), die zur Gruppe der sekundären Pflanzenstoffe (bioaktive Substanzen mit gesundheitsfördernder Wirkung – "anutritive Inhaltsstoffe") gehören [8, 21].

Chemisch ist Genistein den Polyphenolen zuzurechnen – eine uneinheitliche Stoffgruppe, die auf der Struktur des Phenols (Verbindung mit einem aromatischen Ring und einer oder mehrerer gebundener Hydroxyl (OH)-Gruppen) beruht. Bei Genistein handelt es sich um ein 3-Phenylchromanderivat mit der Summenformel C15H10O5, das drei OH-Gruppen gebunden hat. Dessen exakte Bezeichnung lautet 4´,5,7-Trihydroxyisoflavon beziehungsweise 5,7-Dihydroxy- 3-(4-hydroxyphenyl) chromen-4-on nach der »Internationalen Union für reine und angewandte Chemie« (engl.: International Union of Pure and Applied Chemistry, kurz IUPAC) [8, 10, 13, 19].

Genistein weist eine dem Steroidhormon 17ß-Östradiol (weibliches Geschlechtshormon) ähnliche molekulare Struktur auf und kann aus diesem Grund mit Östrogenrezeptoren (ER) interagieren. Es sind zwei humane ER-Subtypen zu unterscheiden – ER-alpha und ER-beta (ß), die die gleiche Grundstruktur besitzen, aber in unterschiedlichen Geweben lokalisiert sind. Während sich die ER-alpha-Rezeptoren (Typ I) hauptsächlich in Brust, Endometrium (Gebärmutterschleimhaut), Ovarien (Eierstöcke) und Hypothalamus (Abschnitt des Zwischenhirns) befinden, sind die ER-ß-Rezeptoren (Typ II) vor allem in Niere, Gehirn, Knochen, Herz, Lunge, Darmmukosa (Darmschleimhaut), Prostata und Endothel (zum Gefäßlumen hin gerichtete Zellen der innersten Wandschicht von Lymph- und Blutgefäßen) nachweisbar. Isoflavone binden bevorzugt an die ER-ß-Rezeptoren, wobei die Bindungsaffinität (Bindungsstärke) von Genistein im Vergleich zu der von Daidzein, Equol (durch Darmbakterien aus Daidzein synthetisiertes 4´,7-Isoflavandiol) und Glycitein höher ist [1-3, 8, 10, 15, 17, 19, 21]. In-vitro-Studien (Untersuchungen außerhalb eines lebenden Organismus) mit Sojabohnenextrakten zeigen neben einer deutlichen Interaktion (Wechselwirkung) mit Östrogenrezeptoren auch eine Affinität der Isoflavone zum Progesteron- und Androgenrezeptor [8].

Aufgrund der hormonellen Aktivität zählt Genistein zu den Phytoöstrogenen. Dessen östrogene Wirkung ist jedoch im Vergleich zu der des im Säugetierorganismus gebildeten 17ß-Östradiols um den Faktor 100 bis 1.000 geringer. Allerdings kann die Konzentration von Genistein im Körper um bis zu 1.000-fach über der des endogenen (körpereigenen) Hormons liegen [1-3, 8, 10, 12, 13, 19, 21].
Die von Genistein vorherrschende Wirkung ist sowohl von der individuellen Menge zirkulierender endogener (körpereigener) Östrogene als auch von Anzahl und Typ der Östrogenrezeptoren abhängig. Bei erwachsenen prämenopausalen Frauen (Frauen vor der Menopause), die einen hohen Östrogenspiegel aufweisen, entfaltet Genistein eine antiöstrogene Wirkung, da das Isoflavon die ER für endogenes (körpereigenes) 17ß-Östradiol durch kompetitive Hemmung blockiert. Im Kindesalter bis zur Pubertät und bei postmenopausalen Frauen (Frauen nach der Menopause), bei denen der Östrogenspiegel erniedrigt ist, entwickelt Genistein hingegen eine eher östrogene Wirkung [1-3, 8, 10, 19, 21]. Die gewebetypischen Effekte von Genistein beruhen unter anderem auf Liganden-induzierten Konformationsänderungen am Rezeptor, die gewebespezifisch die Genexpression und die physiologische Antwort modulieren (verändern) können. In-vitro-Untersuchungen mit humanen Endometrium (Gebärmutterschleimhaut)-Zellen bestätigen das östrogene und antiöstrogene Potential von Isoflavonen an ER-alpha- beziehungsweise ER-ß-Rezeptoren [8, 15]. Demnach ist Genistein als natürlicher SERM (Selective Estrogen Receptor Modulator) zu klassifizieren [8, 21]. Selektive Östrogenrezeptormodulatoren, wie Raloxifen, führen zur Downregulation (Herabregulierung) der ER-alpha- und Stimulation der ER-ß-Rezeptoren, wodurch beispielsweise am Knochen östrogenähnliche Effekte ( Prävention von Osteoporose (Knochenschwund)) und in reproduzierenden Geweben im Gegensatz dazu dem Östrogen antagonisierende (gegenläufige) Effekte induziert werden (Hemmung des hormonabhängigen Zellwachstums) [1, 2, 9, 15, 17, 23, 24, 28].

Synthese

Genistein wird ausschließlich von Pflanzen, vor allem von tropischen Leguminosen (Hülsenfrüchten), synthetisiert (hergestellt). Den quantitativ (mengenmäßig) bedeutendsten Anteil an Genistein enthalten Sojabohnen (30-92 mg/100 g Frischgewicht) und die daraus hergestellten Produkte, wie Sojamilch (3-17 mg/100 g Frischgewicht) und Tofu (8-20 mg/100 g Frischgewicht) [3, 7, 11, 16, 19, 20, 25, 27]. Genistein ist von allen Isoflavonen der mengenmäßig relevanteste Bestandteil der Sojabohne (> 50 %), gefolgt vom Daidzein (> 40 %) und Glycitein (> 5-10 %) – Verhältnis Genistein : Daidzein : Glycitein = 10 : 8 : 1. Die höchsten Isoflavonkonzentrationen befinden sich direkt in oder unter der Samenschale – dort ist Genistein 5- bis 6-fach höher konzentriert als im Kotyledone (Keimblatt) [8, 11].

In Europa und den USA beträgt die durchschnittliche Zufuhr an Isoflavonen < 2 mg pro Tag. In Japan, China und anderen asiatischen Ländern werden dagegen aufgrund des traditionell hohen Konsums von Sojaprodukten, wie Tofu (aus Sojabohnen hergestellter Sojaquark beziehungsweise -käse, der bei der Koagulation von Sojamilch entsteht), Tempeh (Fermentationsprodukt aus Indonesien, das durch Beimpfung von gekochten Sojabohnen mit verschiedenen Rhizopus (Schimmelpilz)-Arten entsteht), Miso (japanische Paste aus Sojabohnen mit veränderlichen Anteilen von Reis, Gerste oder anderem Getreide) und Natto (japanisches Lebensmittel, das aus gekochten Sojabohnen hergestellt wird, die unter Einwirkung des Bakteriums Bacillus subtilis ssp. natto fermentiert werden), zwischen 25-50 mg Isoflavone pro Tag aufgenommen, wobei die tägliche Genisteinzufuhr in Japan bei 7,8-12,4 mg pro Kopf liegt [5, 14, 21, 26].

Im pflanzlichen Organismus liegt das Phytoöstrogen vorrangig in konjugierter Form als Glycosid (Bindung an den Zucker Glucose) – Genistin – und nur zum geringen Teil in freier Form als Aglycon (ohne Zuckerrest) – Genistein – vor. Im Durchschnitt enthalten 50 mg Genistin etwa 30 mg Genistein. In fermentierten Sojaprodukten, wie Tempeh und Miso, überwiegen die Genistein-Aglycone, da der Zuckerrest durch die zur Fermentation eingesetzten Mikroorganismen enzymatisch abgespalten wird [6, 8, 11, 22].

Resorption

Die Resorption (Aufnahme) von Genistein kann sowohl im Dünndarm als auch im Colon (Dickdarm) erfolgen [1, 8, 22].

Während ungebundenes Genistein über passive Diffusion in die Mukosazellen (Schleimhautzellen) des Dünndarms aufgenommen wird, werden die Genistein-Glycoside zunächst durch Speichelenzyme, wie die alpha-Amylase, durch Magensäure beziehungsweise durch Glycosidasen (Enzyme, die unter Reaktion mit Wasser Glucosemoleküle abspalten) der Bürstensaummembran der Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) gespalten, um anschließend als freies Genistein im Dünndarm passiv resorbiert werden zu können. Die Absorption von glycosidisch gebundenem Genistein kann auch in intakter Form über den Natrium/Glucose-Cotransporter-1 (SGLT-1) erfolgen, der Glucose und Natriumionen mittels eines Symports (gleichgerichteter Transport) in die Zelle schleust [1, 8, 22].

Im Dünndarm nicht absorbierte Aglycon- und Glycosidformen von Genistein werden im Colon (Dickdarm) nach Hydrolyse der Genistein-Glycoside durch bakterielle beta-Glucosidasen (Enzyme, die unter Reaktion mit Wasser Glucosemoleküle abspalten) durch passive Diffusion in die Mucosazellen (Schleimhautzellen) aufgenommen. Vor der Resorption können die Genistein-Aglycone durch mikrobielle Enzyme metabolisiert (verstoffwechselt) werden [3, 8, 22]. Eine Antibiotikatherapie hat negative Auswirkungen sowohl auf die Quantität (Anzahl) als auch auf die Qualität (Zusammensetzung) der Colonflora und kann somit die Metabolisierung von Genistein beeinträchtigen [18].

Die Bioverfügbarkeit von Genistein liegt zwischen 13-35 % [8, 21]. Untersuchungen zur Biokinetik der Genistein-Aglykone und -Glycoside haben ergeben, dass die Aglykone schneller absorbiert werden als die Glycosidderivate. Inwieweit die Gesamtverfügbarkeit von freiem und glycosidisch gebundenem Genistein differiert, ist nicht abschließend geklärt [8].

Transport und Verteilung im Körper

Absorbiertes Genistein und deren Metabolite gelangen über die Pfortader zur Leber und werden von dort aus zu den Organen und Geweben transportiert [11].

Über die Verteilung und Speicherung von Genistein im menschlichen Organismus gibt es bislang wenig Erkenntnisse. In Studien mit Ratten, denen radioaktiv markierte Isoflavone verabreicht wurden, konnte gezeigt werden, dass diese bevorzugt in Brustgewebe, Ovarien (Eierstöcken) und Uterus (Gebärmutter) bei weiblichen Tieren und in der Prostata bei männlichen Tieren eingelagert werden [8, 11]. In der Interventionsstudie von Bolca et al mit gesunden Frauen war nach Aufnahme von Sojamilch und Sojasupplementen eine Verteilung der Isoflavone im Fett- beziehungsweise Drüsengewebe der Brust von 40:60 feststellbar [4].

In den Geweben und Organen liegt Genistein zu 50-90 % als Aglycon vor, der biologisch wirksamen Form. Im Blutplasma ist hingegen ein Aglycongehalt von nur 1-2 % nachweisbar [11].

Die Isoflavon-Plasmakonzentration beträgt bei einer durchschnittlichen Mischkost etwa 50 nmol, während diese mit einer Kost, die reich an Sojaprodukten ist, auf etwa 870 nmol steigen kann [8]. Die maximale Isoflavonkonzentration im Blutplasma konnte circa 6,5 Stunden nach der Aufnahme von Sojaprodukten erreicht werden. Nach 24 Stunden waren praktisch keine Spiegel mehr nachweisbar [21].

Ausscheidung

Um Genistein in eine ausscheidbare Form zu überführen, wird es der Biotransformation unterzogen [8, 11, 21].

Die Biotransformation findet in der Leber statt und kann in zwei Phasen unterteilt werden:

  • In Phase I wird Genistein zur Erhöhung der Löslichkeit durch das Cytochrom-P-450-System hydroxyliert (Einfügen einer OH-Gruppe)
  • In Phase II erfolgt die Konjugation mit stark hydrophilen (wasserlöslichen) Stoffen – dazu wird mit Hilfe von Enzymen Glucuronsäure, Sulfat und die Aminosäure Glycin auf die zuvor eingefügte OH-Gruppe von Genistein übertragen, wobei es hauptsächlich zur Glucuronidierung von Genistein kommt (98 %) [4, 8]

Die konjugierten Genisteinmetabolite, vor allem Genistein-7-O-glucuronide, werden primär über die Nieren und in geringem Umfang über die Galle ausgeschieden [4, 8]. Biliär ("die Galle betreffend") sezerniertes (abgesondertes) Genistein wird im Colon (Dickdarm) durch bakterielle Enzyme metabolisiert und erneut resorbiert. Damit unterliegt das Phytoöstrogen – ähnlich den endogenen (körpereigenen) Steroidhormonen – einem enterohepatischen Kreislauf (Leber-Darm-Kreislauf) [8, 11].

Literatur

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