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Dissertation: Tina Blei


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Dissertation: Tina Blei

Dissertation / Doktorarbeit / Thesis

Deutsche Sporthochschule Köln
Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin, Abteilung Molekulare und Zelluläre Sportmedizin
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Blei, Tina (2014): Der Einfluss von Sojaisoflavonen auf hormonabhängige Organe - tierexperimentelle Studien im Modell der weiblichen Wistar Ratte

Zusammenfassung:
Zusammenfassung:
Bisherige epidemiologische Studien zeigen, dass ein erhöhter Sojakonsum mit einem verringerten Brustkrebsrisiko verbunden ist. So liegt die Inzidenz von Brustkrebs in asiatischen Ländern rund dreimal niedriger als in westlichen Ländern. Dies wird auf die traditionell asiatische Ernährungsweise zurückgeführt, die durch eine hohe Aufnahme von Soja und Sojaprodukten charakterisiert ist. Studien belegen, dass die darin enthaltenen Isoflavone Genistein, Daidzein und Glückten, aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit mit 17β-Estradiol und dem damit verbundenen estrogenen Wirkpotential in Zusammenhang mit einer Reihe positiver als auch negativer Wirkungen auf die Gesundheit des Menschen stehen. Ziel der vorliegenden Dissertation war es mittels tierexperimenteller Studien zu untersuchen, welchen Einfluss die Dosis, der Expositionszeitraum und ein erhöhter Fettanteil in der Nahrung auf die Wirkung der Isoflavone im weiblichen Organismus, im Speziellen auf die Brustdrüse ausüben.
Für die Beantwortung dieser Fragen wurden 3 Tierversuche (TV) in der weiblichen Wistar- Ratte durchgeführt. Für die Untersuchung einer Dosisabhängigkeit wurden im ersten Tierversuch (TV I) die Tiere lebenslang entweder mit einer isoflavonfreien Diät (IDD) oder einer isoflavonreichen Diät in zwei unterschiedlichen Konzentrationen (IRD50 mit 69 ppm und IRD400 mit 506ppm IF-Aglkyon-Äquivalent) gefüttert, um eine asiatische Ernährungsgewohnheit zu simulieren. Es wurden entwicklungsbiologisch relevante Parameter (Pubertätseintritt, Menstruationszyklus, Körpergewichtsentwicklung), nicht-klassisch estrogensensitive Gewebe (viszerale Fettmasse) und klassisch estrogensensitive Gewebe (Uterus und Vagina) in 80 Tage alten (PND 80) intakten Tieren und ovarektomierten Tieren am PND97 untersucht. Ebenfalls wurde die proliferative (PCNA) und estrogene (PR) Aktivität der Brustdrüse immunhistologisch untersucht. Für die Untersuchung der Estrogensensitivität in der Brustdrüse wurde ein Uterotropher Assay durchgeführt. Hierfür wurden die Tiere am PND80 ovarektomiert und nach einem zweiwöchigen hormonal decline anschließend für 3 Tage mit 4 μg/kg KGW/d 17β-Estradiol (E2) oder Kontrolllösung (OVX) behandelt. Für die Untersuchung des Einflusses des Expositionszeitraumes, erhielten Tiere in TV II zum Zeitpunkt der Ovarektomie (PND80) für 17 Tage entweder die IDD oder die IRD400. Erneut wurde die Responsivität der Brustdrüse im Rahmen eines Uterotrophen Assays untersucht. Inwiefern sich ein erhöhter Anteil an Nahrungsfett auf den Organismus und die Wirkung von Isoflavonen auswirkt, wurde in einem dritten TV (TV III) untersucht. Hierfür wurde der IDD und IRD400 eine zusätzliche Fettquelle in Form von Sonnenblumenöl zugefügt (40 kJ% Energie aus Fett; IDD HF, IRD HF). Zu der lebenslangen Exposition mit einer der beiden fettarmen Diäten (9 kJ% Energie aus Fett; IDD LF, IRD LF) erfolgte am PND21 für je einen Teil der Tiere der Futterwechsel auf das entsprechende HF-Futter. Es erfolgte die Analyse der gleichen Gruppen und Parameter wie zuvor in TV I beschrieben.
Die Ergebnisse aus den ersten beiden Tierversuchen zeigen einen deutlichen Einfluss sowohl der Dosis als auch des Expositionszeitraumes auf die Wirkung von Isoflavonen. In TV I konnte gezeigt werden, dass eine lebenslange hohe Isoflavonexposition (IRD400) in E2- behandelten Tieren zu einer verringerten proliferativen Antwort und Estrogensensitivität in der Brustdrüse führt. Die veränderte Ansprechbarkeit der Brustdrüse auf E2 könnte demnach die Ursache für das verringerte Brustkrebsrisiko in asiatischen Frauen sein und den protektiven Effekt seitens der Isoflavone erklären. Interessanterweise konnte dies nicht für die geringe Isoflavondosis (IRD50) gezeigt werden. Fand die Substitution von hochdosierten Isoflavonen akut für einen kurzen Zeitraum nach der Ovarektomie statt (TV II), so reagiert die Brustdrüse mit einer erhöhten estrogenen Antwort gekoppelt an eine erhöhte Proliferation. Diese Exposition simulierte die Aufnahme von Isoflavonen in der postmenopausalen Frau und unterstreicht die Relevanz des Expositionszeitraums. Der steigende Isoflavon-Konsum bei postmenopausalen Frauen und damit die Verwendung von Nahrungsergänzungsmitteln auf Soja-Basis sind daher kritisch zu betrachten. Hinzu kommt, dass eine lebenslange Isoflavongabe zu einem früheren Pubertätseintritt in Kombination mit einem verkürzten Zyklus führte (TV I), was einen Hinweis auf unerwünschte Nebeneffekte auf das Reproduktionssystem liefert. Eine frühe Menarche und ein kurzer Menstruationszyklus in der Frau führen zu einer erhöhten Lebenszeitexposition mit Estrogen, das einen kritischen Risikofaktor bei der Brustkrebsentstehung darstellt. Die Abschätzung des gesundheitlichen Nutzens der Einnahme von Isoflavonen ist demnach nur unter einer sehr differenzierten Betrachtungsweise möglich und schließt eine Vielzahl von Faktoren ein, die berücksichtigt werden müssen. Interessanterweise zeigte sich die Wirkung von Isoflavonen durch einen erhöhten Fettanteil in der Nahrung unberührt (TV III). Hier konnte sich keine veränderte Proliferation in der Brustdrüse durch die Substitution mit Fett (HF) feststellen lassen. Einen interessanten Nebenaspekt stellten die erhöhten HDL-Serumspiegel in intakten Tieren durch die IRD dar. So gibt dies Hinweise auf einen potentiell protektiven Effekt der Isoflavone auf den Fettstoffwechsel, der möglicherweise für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze bei der Prävention von Adipositas und Arteriosklerose genutzt werden könnte.


Abstract:
The incidence of breast cancer in Asian countries is approximately three times lower than in western countries. Epidemiological studies showed that the lifestyle and the nutritional habits seem to play an important role in cancer etiology. The traditional Asian diet is rich in soy, which is the main source of the isoflavones (IF) genistein, daidzein and glycitein. Isoflavones are plant-derived compounds with structural similarity to 17β-estradiol and can exert estrogenic effects via binding to estrogen receptor. The aim of this study was to investigate the potential beneficial or adverse health aspects of isoflavones in the female organism, especially in the breast with respect to the impact on the risk of developing breast cancer.
In this work, we investigated the impact of the dose, the time point of exposure and the influence of dietary fat on the action of isoflavones. Three independent animal experiments in the female Wistar rat were conducted. For analysis of a dose response relationship animals received lifelong an isoflavone-depleted diet (IDD) or an isoflavone enriched diet with two different concentrations (IRD50 with 69ppm and IRD400 with 506ppm IF aglycone equivalents) for simulating the traditional Asian dietary habits. Body weight development, puberty onset, and the estrus cycle length were determined of growing rats. At the age of 80 days (PND80) proliferative (PCNA) and estrogenic (PR) activity were immunohistochemically analyzed in the mammary gland of intact rats. Body weight, viszeral fat mass, adipocyte size, uterine wet weight, uterine and vaginal epithelial height were examined. In order to analyze estrogen sensitivity of the mammary gland IDD, IRD50 and IRD400 rats were ovariectomized at PND80 and treated either with vehicle (OVX) or 17β- estradiol (E2, 4 μg/kg bw/d). To investigate the short-term effect of isoflavone exposure a second experiment was performed. Adult rats were exposed to IDD or IRD400 from PND 80 for 17 days and an uterotrophic assay was performed as described above. Like in the first experiment the responsiveness of the mammary gland was analyzed. In the last experiment we investigated the influence of dietary fat in combination with a lifelong isoflavone exposure. Therefore in the third experiment we supplemented the IDD and IRD400 with an additional fat source consisting of sunflower oil (40 kJ% energy of fat; IDD HF, IRD HF). In addition animals were subjected to lifelong exposure with one of the low fat diets (9 kJ% energy of fat; IDD LF, IRD LF) and one group per diet was switched to the HF diet at PND 21. The same groups, treatments and parameters were analyzed as mentioned in experiment one.
Lifelong exposure (experiment 1) to IRD400 resulted in decreased proliferative and estrogenic response of the mammary gland in E2 treated animals, which was not achieved through IRD50. We observed a reduced estrogen sensitivity of this organ through a long-term high isoflavone intake (IRD400). Short-term exposure (experiment 2) of isoflavones resulted in the opposite effect. IRD400 caused an induction of proliferation and a higher estrogenic activity compared to IDD. This result brought about serious concerns in terms of the safety of using soy supplements and, therefore further investigations have to be carried out. Another aspect was the observation of an advanced puberty onset and shortened estrus cycle length in the lifelong IRD exposed animals which led to unwanted side-effects due to inceased lifetime estrogen exposure. In addition the main results of the first two animal experiments showed a strong influence of the given dose and the importancy of the duration of exposition on isoflavone action and should be taken into consideration. Dietary fat did not influence the proliferative response of isoflavone exposed animals. Furthermore, we observed an induction of serum HDL through IRD in intact animals. This indicates potential mechanisms by which soy isoflavones exert beneficial effects on the fat metabolism. This can probably be used to develop new therapeutic strategies in the prevention of obesity and cardiovascular diseases like arteriosclerosis.


17.12.2017 - 03:16