12.1.2 Biologische Funktionen

Heutzutage haben Anthocyane aufgrund ihres Beitrags zur menschlichen Gesundheit ein hohes ernährungswissenschaftliches Interesse. In der Literatur finden sich zahlreiche Belege für den gesundheitlichen Nutzen einer anthocyanreichen Ernährung (Fang, 2015; Fernandes et al., 2017; Jamar et al., 2017; Kong et al., 2003; Lila et al., 2016; Pojer et al., 2013; Santos-Buelga et al., 2014). Frühe Berichte legten nahe, dass die gesundheitsfördernde Wirkung von Anthocyanen ausschließlich auf ihre antioxidativen Eigenschaften zurückzuführen ist. Neuere Studien haben jedoch festgestellt, dass Anthocyane auch eine Rolle bei entzündungshemmenden, zellulären Signalwegen und der Genexpression spielen (Lila et al., 2016).

Anthocyane haben eine starke antioxidative Kapazität, so dass sie potenziell Schäden durch freie Radikale verhindern können. Ihre chemische Struktur ist geeignet, um freien Radikalen Wasserstoff oder Elektronen zu spenden und sie durch ihre aromatische Struktur abzufangen und zu verschieben. Sie sind in der Lage, ein breites Spektrum reaktiver Sauerstoff- (ROO-, O2, O2–, OH-), Stickstoff- (NO-) und Chlorspezies sowie freie Alkyl- und Peroxylradikale abzufangen und dabei ein stabiles Phenoxylradikal zu bilden. Die antioxidative Kapazität ergibt sich aus dem Vorhandensein von Hydroxylgruppen in den Positionen 3′ und 4′ des B-Rings, die dem gebildeten Radikal Stabilität verleihen. Darüber hinaus wirken die freien Hydroxylgruppen in den Positionen 3 (Ring C) und 5 (Ring A) als Elektronendonatoren (Heim et al., 2002). In-vitro-Studien haben gezeigt, dass die antioxidative Wirkung von Anthocyanen von ihrer chemischen Struktur abhängt und dass die Effizienz zunimmt, wenn die Anzahl der Hydroxylgruppen in Ring B steigt. Die antioxidative Aktivität von Cyanidin nimmt jedoch mit dem Vorhandensein von Glykosidgruppen in Position 3 von Ring C ab (Seeram und Nair, 2002). Außerdem beeinflussen die Catechin-Einheit im B-Ring, das Oxonium-Ion im C-Ring sowie das Hydroxylierungs- und Methylierungsmuster, die Acylierung und die Glykosylierung die antioxidative Eigenschaft (Pojer et al., 2013).

In verschiedenen Studien wurde festgestellt, dass die oxidative Aktivität von Anthocyanen und Aglykonen derjenigen klassischer Antioxidantien wie Vitamin C und E entspricht; außerdem scheinen sie bessere Antioxidantien zu sein als α-Tocopherol (Fukumoto und Mazza, 2000). Darüber hinaus wiesen Heinonen et al. (1998) eine lineare Korrelation zwischen dem Anthocyan-Gehalt und der antioxidativen Wirkung in einigen Früchten wie Brombeeren, roten Himbeeren, schwarzen Himbeeren und Erdbeeren nach. In-vivo-Tests mit gesunden Freiwilligen haben gezeigt, dass die tägliche Aufnahme von Anthocyanen aus Acai-Fruchtfleisch und -Saft eine antioxidative Wirkung im Plasma und Urin erzeugt (Mertens-Talcott et al., 2008). Die Probanden hatten 7 ml/kg der Acai-Beeren-Produkte morgens nach dem nächtlichen Fasten eingenommen, und die Plasma- und Urinproben wurden 12 und 24 Stunden nach dem Verzehr analysiert, was eine Zunahme der antioxidativen Aktivität ergab.

Entzündung ist die schützende Reaktion des Körpergewebes auf schädliche Reize, wie Krankheitserreger, geschädigte Zellen oder Reizstoffe. Die Stimulation der Entzündung ist auf Cyclooxygenase (COX)-Enzyme zurückzuführen, die Arachidonsäure in Prostaglandine umwandeln. Die Expression des COX-1-Isoenzyms ist in den meisten Geweben üblich; COX-2 wird jedoch in entzündeten Zellen hochreguliert, und diese Regulation wird durch Zytokine vermittelt (Bowen-Forbes et al., 2010). Es wurde festgestellt, dass cyanidin-3-glucosidreiche Extrakte eine Wirkung auf die Expression von Genen haben, die immunologische, entzündliche und apoptotische Prozesse regulieren; diese Wirkung wurde beobachtet, wenn Cyanidin NF-κB beeinflusst, einen Proteinkomplex, der eine wichtige Rolle bei der Transkriptionsaktivität im Zellkern spielt (Pascual-Teresa, 2014). Diese Wirkung wurde auch mit einer Herabregulierung von COX-2 und der Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) in Verbindung gebracht, die für die entzündungshemmende und immunologische Reaktion auf verschiedene Auslöser verantwortlich sind. Einige Studien haben die hemmende Wirkung von Anthocyanen nachgewiesen: Bowen-Forbes et al. (2010) beobachteten, dass Extrakte aus jamaikanischen Rubus spp. bei Konzentrationen von 100 μg/ml in Hexan in In-vitro-Tests eine moderate COX-hemmende Wirkung (27,5 %-33,1 %) zeigten. Intuyod et al. (2014) verabreichten Hamstern in einem In-vivo-Experiment einen anthocyanreichen Extrakt (Cyanidin und Delphinidin) und stellten fest, dass Anthocyane die Ansammlung von fibrösem Gewebe verringerten und die Entzündungswerte reduzierten, ohne sich auf die motorischen Funktionen auszuwirken. Delphinidin und Cyanidin hemmen nachweislich die COX-2-Expression, während Pelargonidin, Peonidin und Malvidin dies nicht taten (Pojer et al., 2013).

Die antioxidative Kapazität von Anthocyanen steht im Zusammenhang mit ihrer präventiven Funktion bei verschiedenen Krankheiten, die durch das Vorhandensein reaktiver oxidativer Spezies verursacht werden, die Zellschäden an verschiedenen Stellen wie Membranen, Zytoplasma und Zellkern verursachen. In Anbetracht ihrer entzündungshemmenden Wirkung könnten Anthocyane an der Behandlung von Krankheiten beteiligt sein, die mit Gewebeentzündungen einhergehen. Vorteile wurden bei der Vorbeugung oder Behandlung von nicht übertragbaren chronischen Krankheiten wie kardiovaskulären, neurologischen und kognitiven Veränderungen, Krebs, Fettleibigkeit oder Diabetes sowie bei anderen pathologischen Prozessen wie Alterung oder Sehveränderungen beobachtet.

Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass der Verzehr von Polyphenolen das Auftreten von koronaren Herzkrankheiten verringert, die auf Thrombozytenaggregation, Bluthochdruck, einen hohen LDL-Cholesterinspiegel im Plasma und eine Dysfunktion des Gefäßendothels zurückzuführen sind. Die kardioprotektive Wirkung von Anthocyanen könnte mit der Erhöhung der antioxidativen Kapazität des Serums, die vor LDL-Oxidation schützt, sowie mit entzündungshemmenden und thrombozytenhemmenden Aktivitäten zusammenhängen (Erlund et al., 2008; Thompson et al., 2017). Einige Autoren untersuchten die Wirkung der antioxidativen Aktivität von Beeren auf die LDL-Oxidation und stellten fest, dass Aronia- und Traubenextrakt den Gesamtcholesterin-, LDL- und Triglyceridspiegel senkt, während er das High-Density-Lipoprotein (HDL)-Cholesterin erhöht (Kong et al., 2003; Valcheva-Kuzmanova et al., 2007) und damit Atherosklerose vorbeugt. Hassellund et al. (2013) beobachteten einen Anstieg des HDL-Cholesterins und des Zuckers im Plasma von Männern mit Bluthochdruck nach dem Verzehr von Anthocyanen sowie einen Anstieg der Polyphenole im Plasma, obwohl keine weiteren positiven Auswirkungen auf kurze Sicht beobachtet wurden. Thompson et al. (2017) untersuchten die Wirkung einer Anthocyan-Supplementierung (320 mg/Tag) bei 26 pro-thrombotischen übergewichtigen und fettleibigen Personen und beobachteten eine Verringerung der Bildung von Thrombozytenaggregaten um 29 %.

Die antimutagenen und antikarzinogenen Eigenschaften von Anthocyanen wurden in einer großen Anzahl von In-vitro- und In-vivo-Tests nachgewiesen. Die Vorbeugung der Krebsentwicklung ist von entscheidender Bedeutung, und die Identifizierung von Verbindungen, die die Vermehrung von Tumorzellen hemmen können, kann ein entscheidender Prozess sein. Zu diesem Zweck sollte die Produktion von Hydroperoxiden oder die Zunahme der DNA-Synthese kontrolliert werden. Es wurde nachgewiesen, dass die antioxidative Kapazität von Anthocyanen die Hydroperoxidkonzentration in In-vivo-Tests verringert, wenn Ratten 12 Wochen lang mit einer Vitamin-E-armen Diät ernährt wurden, um die Anfälligkeit für oxidative Schäden zu erhöhen, und dann mit Anthocyanidin-Extrakten aufgefüllt wurden. Der Verzehr von Anthocyanen verbesserte die antioxidative Kapazität des Plasmas und verringerte die Konzentrationen von Hydroperoxid und 8-Oxo-Desoxyguanosin in der Leber, die Indikatoren für Lipidperoxidation bzw. DNA-Schäden sind (Ramírez-Tortosa et al., 2001).

In verschiedenen Studien wurde festgestellt, dass einige Beerenextrakte und isolierte Anthocyane dazu beitragen, neurologische und kognitive Veränderungen zu verhindern. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Anthocyane schützende Wirkungen auf die Kognition, einschließlich des Gedächtnisses und der exekutiven Verarbeitung, ausüben können, entweder durch eine direkte Wirkung auf die Gehirnfunktion oder indirekt durch die Senkung des Blutdrucks (Kent et al., 2017). Anthocyane überwinden die Hirnschranke und verbinden sich mit dem DNA-Molekül im Hippocampus und in der Großhirnrinde und stabilisieren es so gegen oxidative Schäden (Passamonti et al., 2005). Shukitt-Hale et al. (2005) zeigten, dass das kognitive Verhalten und die neuronalen Funktionen verbessert werden können, wenn die Ernährung von Ratten mit Erdbeeren und Heidelbeeren ergänzt wird. Kent et al. (2017) wiesen nach, dass der tägliche Verzehr eines anthocyanreichen Kirschsaftes die verbale Gewandtheit sowie das Kurz- und Langzeitgedächtnis von 49 älteren Erwachsenen (+ 70 Jahre) mit leichter bis mittelschwerer Demenz verbesserte.

Es wurde vermutet, dass Anthocyane die Fähigkeit haben, die Sehkraft auf verschiedene Weise zu verbessern: (i) Verbesserung des Nachtsehens durch Erhöhung der Netzhautpigmente; (ii) Verbesserung der Durchblutung der Netzhautkapillaren; (iii) Verringerung der Degeneration und der diabetischen Retinopathie; (iv) Vorbeugung von Glaukom und anderen Sehkrankheiten (Pojer et al., 2013). Ohgami et al. (2005) verabreichten anthocyanreiche Extrakte an Ratten mit Augenschwäche und beobachteten einen Rückgang der Entzündung und eine Verbesserung der Sehschärfe. Kürzlich untersuchten Nakamura et al. (2014) die Wirkung von Delphinidin 3,5-O-diglucosid, das in der Maqui-Beere enthalten ist, zur Vorbeugung von Erkrankungen des trockenen Auges. Es wurde festgestellt, dass das Anthocyan die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies aus dem Tränendrüsengewebe unterdrückt und die Tränensekretion aufrechterhält.

Übergewicht ist eine entzündliche Erkrankung, die mit einem Ungleichgewicht zwischen Energiezufuhr und -abgabe einhergeht und durch eine übermäßige Ansammlung von Fettgewebe gekennzeichnet ist; die Hypertrophie des Fettgewebes führt durch die Produktion von Adipozytokinen zu Stoffwechselstörungen. Typ-2-Diabetes ist mit einem Insulinmangel verbunden, der zu hohen Glukosespiegeln im Blut führt. Anthocyane interagieren mit Adiponektin, einem der wichtigsten Adipozytokine, und dämpfen die Dysfunktion der Adipozyten (Jamar et al., 2017; Gowd et al., 2017). Tsuda und Mitarbeiter (2004, 2006) experimentierten mit Adipozyten, die aus dem Fettgewebe von Ratten und Menschen isoliert wurden, und beobachteten, dass Anthocyane die Sekretion von Adipozytokinen (Adiponektin und Leptin) verstärken, wobei der Mechanismus noch geklärt werden muss. Andererseits wurde nachgewiesen, dass eine große Anzahl von Polyphenolen, einschließlich Cyanidin, die Synthese von α-Glucosidase hemmt, einem der Schlüsselenzyme, die für die Verdauung von Kohlenhydraten aus der Nahrung in Glukose verantwortlich sind. Die Hemmung senkt die Glukosekonzentration im Blut und damit das Diabetesrisiko (Tadera et al., 2006).

Die antioxidative Kapazität von Anthocyanen ist für ihre Anti-Aging-Eigenschaften verantwortlich, denn die am meisten akzeptierte Theorie für das Altern ist die Schädigung von DNA, Proteinen, Lipiden und anderen Zellbestandteilen durch freie Radikale/oxidativen Stress (Soto et al., 2015). Mehrere Studien haben die Wirkung des Verzehrs von Anthocyanen bei der Verhinderung der Haut- und Gehirnalterung nachgewiesen (Rojo et al., 2013; Soto et al., 2015; Wei et al., 2017).