Background: Endogenous polyamines are important products of cell metabolism, involved in essential cell processes like autophagy, whose concentration decreases with age. Polyamines are involved in healthy as well as pathological aging, e.g. in the context of Alzheimer's disease (AD). Previous studies have shown that polyamine-rich food can help maintain cognitive and cardiovascular health as well as promote longevity, most thoroughly described in animal models. However, in humans the role of autophagy-enhancing polyamines on brain, cognitive and cardiovascular health needs to be better understood. This study aimed to determine whether dietary polyamine intake is related to hippocampal volume, cortical thickness and volume, cognition, and cardiovascular risk as well as to other well-known health promoting dietary habits in older adults.
Methods: In total, 101 cognitively unimpaired individuals (age 70 ± 6) underwent medical examination and neuropsychological testing. Polyamine intake (spermidine and spermine) as well as further dietary patterns were assessed through food frequency questionnaires. Composite scores of individual neuropsychological tests were calculated to quantify the performance of different cognitive domains. A score was calculated to assess cardiovascular risk. Cerebral magnetic resonance imaging was conducted to derive hippocampal and hippocampal subfield volumes, cortical thickness and volume among others in AD-vulnerable regions. The relationship of polyamine intake on these dependent variables was analysed using general linear models, adjusting for potential confounding factors. Results: Spermidine intake was related to Mediterranean Diet adherence. Higher dietary intake of spermidine was associated with larger hippocampal and total grey matter volume, even after adjusting for confounders. Dietary spermidine was related with several hippocampal subfield volumes (cornu ammonis 1, subiculum, tail). Higher spermidine intake was also associated with greater mean cortical thickness as well as cortical thickness in AD-vulnerable, frontal, temporal and parietal regions. Adjustments for confounding factors did not substantially attenuate the relationships, except for frontal cortical thickness and hippocampal subfield volumes. No correlations with brain-structural parameters were observed for dietary intake of spermine. There were no associations between dietary polyamine intake and regional cortical volume, cognition or cardiovascular risk.
Conclusions: This study provided first evidence, that a spermidine-rich diet is related to larger hippocampal and total grey matter volume as well as greater cortical thickness among others in AD-vulnerable regions in older adults. These findings suggest that higher spermidine intake, through specific diet or supplementation, may help preserve brain health during human aging, a hypothesis to be further evaluated in future interventional studies.
Hintergrund: Endogene Polyamine sind wichtige Produkte des Zellstoffwechsels, die an wesentlichen Zellprozessen wie der Autophagie beteiligt sind und deren Konzentration mit zunehmendem Alter abnimmt. Polyamine sind in gesundem sowie auch pathologischem Altern, z.B. im Rahmen der Alzheimer Krankheit (AD), involviert. Studien haben gezeigt, dass polyaminreiche Nahrung helfen kann, die kognitive und kardiovaskuläre Gesundheit zu erhalten und das Erreichen eines hohen Lebensalters zu fördern, was bisher hauptsächlich in Tiermodellen beobachtet wurde. Die Rolle von Autophagie-anregenden Polyaminen in der Gesundheit von Gehirn, Kognition und Herz-Kreislauf-System beim Menschen muss hingegen noch genauer untersucht werden. Diese Studie ermittelt, ob ein Zusammenhang zwischen der Polyaminaufnahme über die Ernährung und Hippocampusvolumen, kortikaler Dicke und Volumen, Kognition, kardiovaskulärem Risiko und anderen bekannten gesundheitsfördernden Ernährungsgewohnheiten bei älteren Menschen besteht.
Methoden: Insgesamt wurden 101 kognitiv uneingeschränkte Probanden*innen (Alter 70 ± 6 Jahre) medizinisch und neuropsychologisch untersucht. Die Polyaminzufuhr (Spermidin und Spermin) sowie weitere Diätgewohnheiten wurden anhand von Fragebögen zur Häufigkeit von Nahrungsmitteleinnahmen erfasst. Gesamtwerte einzelner neuropsychologischer Tests wurden berechnet, um Leistungen verschiedener kognitiver Domänen zu quantifizieren. Zur Einschätzung des kardiovaskulären Risikos wurde ein Prozentwert berechnet. Eine strukturelle Magnetresonanztomographie wurde durchgeführt um Hippocampusvolumen, hippocampale Subfeldvolumina, kortikale Dicke und Volumen von unter anderem AD-vulnerablen Regionen abzuleiten. In einem Querschnittsdesign wurde das Verhältnis der Polyaminzufuhr zu diesen abhängigen Variablen mit Hilfe von allgemeinen linearen Modellen analysiert, welche für potenzielle Störfaktoren korrigiert wurden.
Ergebnisse: Die Aufnahme von Spermidin über die Nahrung war mit einer mediterranen Ernährungsweise assoziiert. Eine höhere Aufnahme von Spermidin war mit einem größeren Hippocampus sowie gesamtkortikalen Volumen assoziiert, selbst nach Anpassung an Störfaktoren. Spermidin war mit dem Volumen einiger hippocampaler Unterregionen (Cornu Ammonis 1, Subiculum, Hippocampusschweif) verbunden. Eine höhere Spermidinzufuhr war zudem mit einer ausgeprägteren mittleren sowie AD-vulnerablen, frontalen, temporalen und parietalen kortikalen Dicke verbunden. Anpassungen an die potenziellen Störfaktoren haben die Ergebnisse nicht sonderlich verändert, mit Ausnahme der frontalen kortikalen Dicke und der hippocampalen Subfeldvolumina. Für die Nahrungsaufnahme von Spermin wurden keine Korrelationen mit hirnstrukturellen Parametern beobachtet. Zudem zeigten sich keine Zusammenhänge zwischen diätischer Polyaminaufnahme und regionalen Kortikalvolumina, Kognition oder kardiovaskulärem Risiko.
Schlussfolgerung: Diese Studie ergab, dass eine spermidinreiche Ernährung mit einem größeren Hippocampus- und gesamtkortikalen Volumen sowie einer größeren kortikalen Dicke unter anderem in AD-vulnerablen Regionen bei älteren Menschen zusammenhängt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine höhere Spermidinzufuhr durch eine spezifische Ernährung oder Nahrungsergänzung dazu beitragen kann, die Gehirngesundheit während des menschlichen Alterns zu erhalten. Diese Hypothese sollte in zukünftigen Interventionsstudien eingehender untersucht werden.
