Polysaccharide

Definition

Polysaccharide werden auch Glykane genannt und sind als Vielfachzucker eine Untergruppe der Kohlenhydrate. Je nachdem aus welchen Einzelzuckern sie zusammengesetzt sind, haben sie unterschiedliche Namen. Die folgenden acht essentiellen Einzelzucker sind die Bausteine für die Polysaccharide: Glukose, Galaktose, Mannose, Fucose, Xylose, N-Acetylglucosamin, N-Acetylgalaktosamin, N-Acetylneuraminsäure.

Eine Untergruppe, die Proteoglykane (Mucopolysaccharide), ist ein wichtiger Bestandteil der extrazellulären Matrix und der Zelloberfläche; Proteoglykane haben ein hohes Wasserbindungsvermögen. Sie sind durch einen großen Polysaccharidanteil von 80 bis 94 Prozent und einen niedrigen Proteinanteil von sechs bis 20 Prozent gekennzeichnet. Proteingebundene Glykane wirken effektiver auf das Immunsystem als reine Polysaccharide.

Studien fokussieren sich heutzutage auf ß-1-3- und ß-1-6-Glukane. Dies sind Polysaccharide aus Glukose mit einer besonderen chemischen Struktur. Je nachdem, in welcher Pflanze oder in welchem Pilz sie gefunden werden, haben sie spezielle Namen: Lentinan aus dem Shiitake (Lentinula edodes), Pleuran aus dem Pleurotus ostreatus, Grifolan oder D-Fraktion aus dem Maitake (Grifola frondosa).

Vorkommen

Beispiele für Polysaccharide sind Glykogen (Speicherzucker bei Mensch, Tier und in Ständerpilzen), Stärke (Speicherzucker in der Pflanze), Zellulose und Chitin. Sie dienen als wichtige Reservestoffe und Nahrungsgrundlage.

ß-Glukane finden sich in Algen, Hafer, Weizen, Hefen; aber vor allem Pilze enthalten die größte Vielfalt. Neben den bereits in Studien gut untersuchten ß-Glukanen gibt es aber auch noch viele andere biologisch aktive Polysaccharide in Pilzen (siehe Inhaltsstoffe). Pflanzen enthalten vor allem ß-1-4-Glukane mit einem Molekulargewicht von 45.000-50.000 Dalton, ß-Glukane in Pilzen haben ein Gewicht von 1,5 - 2 Mio. Dalton. Man vermutet, dass ein hohes Molekulargewicht eine bessere und komplexere Wirkung auf unseren Körper hat. Außerdem hat man festgestellt, dass der Pilz-Fruchtkörper eine höhere Gesamtmenge und eine größere Vielfalt an Polysacchariden enthält als das Myzel. Dabei hängt die Konzentration der Polysaccharide vom Entwicklungsstadium des Fruchtkörpers ab und auch die Zunahme der Aktivität der Polysaccharide steigt mit Entwicklung und Wachstum des Fruchtkörpers.

Eigenschaften

Polysaccharide haben das größte Potential in Bezug auf die Veränderung ihrer chemischen Struktur und somit die beste und größte Kapazität, biologische Informationen zu vermitteln. Dies ermöglicht eine enorme Flexibilität, die wichtig ist, um präzise Regulationsmechanismen in höheren Organismen zu beeinflussen. Während z. B. nur 24 Oligopeptid-Konfigurationen mit vier Peptiden (Proteinen) möglich sind, sind mehr als 1.000 verschiedene Oligosaccharid-Konfigurationen mit vier Kohlenhydratmolekülen möglich.

Es gibt viele ß-Glukane aus Pilzen, deren detaillierte Struktur noch unklar ist. Um effektiv wirksam zu sein, scheinen die ß-Glukane eine ß-(1-3) oder ß-(1-6) Verknüpfung aufweisen zu müssen. Je komplexer sie aufgebaut und verzweigt sind, desto komplexer scheinen sie auch auf den menschlichen Körper zu wirken.

Durch Vitamin C verändert sich ein hohes Molekulargewicht zu niedrigem, das führt zur besseren Absorption in Darm und Blut. Eine Forschungsstudie von Rice hat gezeigt, dass die intestinale Aufnahme des ß-Glukans ein aktiver Prozess ist, der von den gastrointestinalen Makrophagen abhängt.

Experimente mit gekennzeichneten ß-Glukanen haben bewiesen, dass sie drei Tage nach der Einnahme in den Lymphknoten und in der Milz und vier Tage nach der Einnahme im Knochenmark nachzuweisen sind. In allen Fällen sind sie innerhalb der Makrophagen nachzuweisen. In den ersten drei Tagen nach der oralen Einnahme bewirken die ß-Glukane keine Veränderung. Innerhalb von 14 bis 21 Tagen werden sie dann abgebaut. Die so entstandenen Fragmente sind biologisch aktiv, werden nach außen abgegeben und schon am vierten Tag vom CR3 an der Membran der Granulozyten aufgegriffen, wo sie ihre Funktion der Stimulierung des Immunsystems entfalten.

Abhängig vom Grad der Polymerisation gibt es lösliche (stärker immunstimulierend) und unlösliche ß-Glukane. Je stärker sie verzweigt sind, desto eher sind sie wasserlöslich. Die Polysaccharide mit niedrigem molekularem Gewicht sind auch in Alkohol löslich.

Der Zusammenhang zwischen chemischer Struktur und Wirkung

In Japan und China haben einige der Polysaccharide aus Pilzen die Phasen I, II und III von klinischen Studien durchlaufen. Größe und Komplexität der Struktur machen es jedoch schwierig die genauen Wirkmechanismen zu studieren.

Es herrscht Uneinigkeit, ob und inwieweit die chemische Struktur (Verzweigung, Molekulargewicht) Auswirkungen auf die Aktionsmechanismen im Körper hat. Die Daten über die Beziehung zwischen chemischer Struktur und Wirkung sind sehr unterschiedlich und widersprüchlich.

Einerseits wird berichtet, dass Polysaccharide mit hohem Molekulargewicht (800.000 Dalton) Einfluss auf eine Vielzahl von Immunfunktionen haben, aber dass nachdem die Größe durch Erhitzen reduziert wird, auch die Bandbreite und Stärke der Wirkung proportional reduziert ist. Studien in vitro haben gezeigt, dass die ß-Glukane mit hohem molekularem Gewicht die Leukozyten direkt aktivieren können. Nach Fadok et al. erhöhen die ß-Glukane mit hohem Molekulargewicht auch die Fähigkeit der Makrophagen, apoptotische Zellen wiederzuerkennen und zu vernichten. Auch bei ß-Glukanen mit mittlerem und niedrigem molekularen Gewicht wurden biologische Aktivitäten in vivo nachgewiesen, aber ihre zellulären Auswirkungen sind weniger klar. Die ß-Glukane mit sehr niedrigem Molekulargewicht (5.000 - 10.000 Dalton) sind hingegen inaktiv. Auch an anderer Stelle findet man den Hinweis, dass Denaturierung die durch Zytokine induzierte Aktivität der Monozyten reduziert und dass durch die Reinigung von Einzelsubstanzen Wirkungen verloren gehen. Andererseits findet man die Aussage, dass man nicht generell sagen könne, dass ein hohes Molekulargewicht besser wirkt, je nach Ausgangssubstanz sei dies unterschiedlich.

Solange nicht geklärt ist, welches isolierte Polysaccharid das wirkungsvollste ist, sollte man die Polysaccharide in der Form verwenden, wie sie uns von der Natur angeboten werden: Ungereinigt, nicht denaturiert und als Kombination der verschiedensten chemischen Strukturen. Dies wird auch durch mehrere Studien bestätigt: Ghoneum et al., 1995; Wedam and Haynes, 1997; Sawai et al., 2002 zeigen, dass eine Mischung aus verschiedenen Polysacchariden das Immunsystem stärker beeinflusst.

Die Wirkung auf das Immunsystem

ß-Glukane ähneln den Polysaccharid-Ketten auf der äußeren Zellwand von Bakterien. Dadurch wird das Eindringen von Erregern simuliert und das Abwehrsystem trainiert. ß-Glukane werden nicht vom menschlichen Organismus synthetisiert, daher werden sie vom Immunsystem als körperfremd erkannt und regen die angeborene und erworbene Immunantwort an.

Um es genauer zu sagen: ß-Glukane haben ähnliche molekuare Eigenschaften wie Pathogene. Sie werden daher von bestimmten Rezeptoren der Zelloberflächen erkannt und lösen eine Immunantwort aus. Diese Rezeptoren sind Dektin-1, der Komplementrezeptor, der Scavenger Rezeptor, LacCer (Lactosylceramide) und der TLR (toll-like-Rezeptor). Es sind die Rezeptoren über die ß-Glukane ihre Wirkung vermitteln.

Dektin-1 ist ein Lektin und findet sich auf Makrophagen, neutrophilen Granulozyten, dendritischen Zellen und T-Zellen. ß-1-3- und ß-1-6-Glukane binden daran. Diese Bindung führt zur Aktivierung der Phagozytose, welche die Produktion von ROS, TNF-alpha, IL-2, IL-10 und IL-12 stimuliert.

Der Komplementrezeptor ist zu finden auf neutrophilen Granulozyten, Monozyten und NK-Zellen. ß-Glukane und zahlreiche Pathogene binden daran, dies löst einen zytotoxischen Effekt auf Tumorzellen aus. Der Scavenger Rezeptor ist auf Endothelzellen und myeloischen Zellen (Monozyten, Granulozyten) zu finden. Daran binden LDL, HDL, verschiedene körperfremde Zellen und Lentinan. Dies aktiviert verschiedene Kinasen und eNOS. LacCer auf neutrophilen Granulozyten führt zur ROS-Bildung und LacCer auf epithelialen Zellen führt zur Synthese von TNF-alpha und NF-kappa B. Daran binden ß-Glukane und mikrobielle Zellen. Der toll-like-Rezeptor TLR ist auf Makrophagen, Lymphozyten, dendritischen Zellen und Epithelzellen zu finden. Er reagiert auf Pilze, Bakterien, Viren und Protozoen wodurch NF-kappa B und Zytokine (TNF-alpha, IL-12) gebildet werden.

Der Effekt auf die angeborene unspezifische Immunantwort besteht darin, die Zytotoxizität und Zytokinproduktion von Makrophagen, natürlichen Killerzellen und neutrophilen Granulozyten zu erhöhen. Auch durch die Produktion von freien Sauerstoff- und Stickstoffradikalen (NO-Gas) entfalten sie eine Aktivität gegen entartete Zellen, Viren und Bakterien.

Der Effekt auf die erworbene Immunantwort ist die Aktivierung der dendritischen Zellen, diese leiten sich von Monozyten ab und präsentieren den T-Zellen Antigene. ß-Glukane stimulieren außerdem die Produktion der Zytokine und Chemokine IL-8, IL-1b, IL-6, und TNF-a und die Fähigkeit der Makrophagen, die in der Apoptose befindlichen Zellen wiederzuerkennen und zu eliminieren.

ß-Glukane zeigen im Tierversuch und in klinischen Studien antivirale Wirkung bei HIV (CD4-Zellen Anstieg), Hepatitis B (Anregung der Phagozytose) und dem Schweinegrippe-Virus (Abnahme viraler Nukleinsäuren in infizierten Tierzellen, Anstieg von Interferon-gamma und NO-Gas), anti-bakterielle und anti-fungale Wirkung. Auch die Wundheilung wird durch erhöhte Aktivität der Makrophagen unterstützt.

Außerdem wurde ein direkter zytotoxischer Effekt auf Krebszellen durch Polysaccharide entdeckt. Somit kann sowohl die Krebsentstehung als auch das Fortschreiten des Tumorgeschehens durch ß-Glukane aufgehalten werden. Aktive Polysaccharide sind außerdem Ballaststoffe, die mögliche Karzinogene absorbieren und deren Ausscheidung über den Darm fördern.

Weitere Wirkungen der Polysaccharide

ß-Glukane senken den Cholesterinspiegel, wobei der Mechanismus nicht genau geklärt ist. Eine Theorie ist, dass sie eine vermehrte Ausschüttung von Gallensäuren bewirken und so auch mehr Cholesterin ausgeschieden wird. Die andere Theorie besagt, dass die Produktion von Cholesterol in der Leber reduziert wird.

ß-Glukane senken außerdem den Blutzuckeranstieg nach dem Essen, wahrscheinlich durch eine verzögerte Magenentleerung. Tierversuche zeigen aber auch einen hypoglykämischen Effekt nach der Injektion von Polysacchariden. Dies erklärt sich nicht durch die verzögerte Magenentleerung, sondern durch andere bislang nicht eindeutig geklärte Mechanismen. Am wahrscheinlichsten sind Veränderungen an den Insulinrezeptoren; sie werden sensibler für die Aufnahme von Zucker in die Zellen. Auch wird ein direkter Anstieg der Insulinspiegel diskutiert.

ß-Glukane haben auch eine Triglyzerid senkende Wirkung und sind hilfreich gegen Arteriosklerose. Somit lässt sich auch ihr Blutdruck kontrollierender Effekt erklären.

Quellen:

• Smith, Rowan and Sullivan: "Medicinal Mushrooms: Their therapeutic properties and current medical usage with special emphasis on cancer treatments."; May 2002, University of Strathclyde
• Willard, Terry: "Reishi-Der Wunderpilz der alten Chinesen"; Wilhelm Heyne Verlag, 1999
• Prof. Dr. med. Ivo Bianchi: "Moderne Mykotherapie"; Hinckel Druck, 2008
• Chen, Jiezhong, Seviour Robert: "Medicinal importance of fungal ß-(1-3), (1-6)-glucans"; Mycological Research III (2007) 635-652, Elsevier
• Hobbs, C.: "Medicinal Mushrooms"; Botanica Press, 1995
• Halpern, G.M.: "Healing Mushrooms. Effective Treatments for today's illnesses"; Square One Publishers, 2007
• McAnalley B.H., Vennum E.: "Einführung in die Glykonährstoffe", Glycoscience & Nutrition"; Band 1 Nr.1, Januar 2000