Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
H. Jomaa

Folsäure

Folsäure
Synonym(e)
Folat; Vitamin B9; Vitamin B11; Vitamin M; Vitamin Bc; Folacin; Pteroylglutaminsäure; Pteroylglutamat
Englischer Begriff
folate; folic acid
Definition
Wasserlösliches Vitamin des B-Komplexes. Der Begriff Folat wird als Gruppenname für verschiedene Derivate des Tetrahydrofolats (THF) gebraucht. Der Begriff Folsäure steht für die synthetisch hergestellte Pteroylglutaminsäure, die im Organismus in THF-Derivate umgewandelt wird. Folat dient als Koenzym zur Übertragung von Ein-Kohlenstoff-(C1-)Einheiten und ist beteiligt an der Synthese von Purinen, der Umwandlung von dUMP in den DNA-Baustein dTMP sowie der Remethylierung von Homocystein zu Methionin als Folgereaktion S-Adenosylmethionin-(SAM-) abhängiger Methylierungsreaktionen.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
Folsäure besteht aus einem Pterin-Ringsystem, das über eine Methylenbrücke mit dem N-Atom von p-Aminobenzoesäure verbunden ist, die wiederum über eine Amidbindung mit l-Glutaminsäure verknüpft ist (s. folgende Abbildung).
Strukturformel der Folsäure (Pteroylglutaminsäure):
Reduktion des Pteridin-Ringsystems führt über Dihydrofolsäure zur Tetrahydrofolsäure (s. folgende Abbildung).
Dihydrofolat (DHF) und Tetrahydrofolat (THF) (R, Glutamyl- oder Polyglutamylrest):
Verschiedene als Koenzyme aktive THF-Derivate sind mit unterschiedlichen, durch enzymatische Reaktionen übertragbare C1-Einheiten modifiziert, die entweder als Substitution des N-Atoms in Position 5 oder 10 auftreten oder eine Brücke zwischen diesen N-Atomen bilden (s. folgende Abbildung).
Mit C1-Einheiten beladene Tetrahydrofolat-(THF-)Derivate:
Die C1-Einheiten können in unterschiedlichen Oxidationsstufen auftreten, die formal dem Formiat, Formaldehyd oder Methanol entsprechen. Intrazellulär vorliegende THF-Derivate sind überwiegend mit mehreren (bis zu 9) l-Glutaminsäureresten modifiziert, die durch γ-Peptidbindungen untereinander verknüpft sind. Im Blutplasma zirkulierendes Folat liegt hauptsächlich als N5-Methyl-THF-Monoglutamatform vor.
Folat ist in praktisch allen Lebensmitteln enthalten, besonders reichhaltig in Leber, Sojabohnen, Blattgemüse und Getreide. Es wird auch durch die Darmflora gebildet, jedoch ist die Resorption zu gering, um einen alimentären Folatmangel zu kompensieren. In der Nahrung vorkommendes Folat besteht überwiegend aus Polyglutamaten der Methyl- und Formyltetrahydrofolsäure. Die Resorption erfolgt hauptsächlich im Duodenum und Jejunum. Die Polyglutamate werden durch die in der Bürstensaummembran eingelagerte Glutamat-Carboxypeptidase II zu den Monoglutamaten hydrolysiert, die über den protonengekoppelten Folattransporter (PCFT) in die Enterozyten gelangen. In den Enterozyten werden verschiedene THF-Derivate in N5-Methyl-THF umgewandelt und basolateral sezerniert.
Synthetische Folsäure wird mit vergleichbarer Transportrate ebenfalls über PCFT resorbiert, gelangt jedoch unmodifiziert ins Pfortaderblut und wird erst in der Leber unter Beteiligung der Dihydrofolatreduktase in N5-Methyl-THF umgewandelt. Wegen der geringen Effizienz dieser Umwandlung tritt nach Folsäuregabe auch das unmodifizierte Molekül in der systemischen Zirkulation auf.
Periphere Zellen nehmen N5-Methyl-THF über den ubiquitären Carrier für reduziertes Folat (RFC) im Antiport mit organischen Phosphaten (v. a. Adeninnukleotiden) auf. Zusätzlich werden in Epithelzellen bestimmter Gewebe (proximaler Tubulus der Niere, Pigmentepithel der Retina, Plexus choroideus, Uterus und Plazenta) N5-Methyl-THF und Folsäure durch rezeptorvermittelte Endozytose über den Folatrezeptor α (FR α) aufgenommen. Durch die Aktivität der Folylpolyglutamat-Synthetase entstehen die Polyglutamatformen, die hohe Affinität zu den Enzymen des intrazellulären Folatstoffwechsels aufweisen, aber nicht über Membranen transportiert werden. Für den Export werden durch die lysosomale γ-Glutamylhydrolase die Monoglutamate gebildet. Essenzielle Reaktionen des C1-Stoffwechsels sind zwischen dem Zytoplasma und den Mitochondrien kompartimentiert. Nur THF-Monoglutamat ohne gebundene C1-Einheit kann die Mitochondrienmembran passieren. Für den Transport von C1-Einheiten über die Mitochondrienmembran spielt freies Formiat eine wichtige Rolle, das reversibel mit THF zu N10-Formyl-THF reagiert.
Der menschliche Körper enthält 5–20 mg Folat, davon sind ca. 50 % in der Leber gespeichert. Folat wird mit der Galle ausgeschieden (10–90 μg/Tag) und unterliegt einer ausgeprägten enterohepatischen Zirkulation. Folat wird glomerulär filtriert und mit hoher Effizienz im proximalen Tubulus über FRα rückresorbiert; mit dem Harn ausgeschieden werden 1–12 μg/Tag.
Die Plazenta wird wahrscheinlich hauptsächlich über FRα passiert, die Blut-Hirn-Schranke wahrscheinlich RFC- und PCFT-vermittelt, während beim Transport über die Blut-Liquor-Schranke zusätzlich FRα beteiligt ist. Im Liquor ist Folat gegenüber dem Blutplasma 2- bis 3-fach angereichert.
Funktion – Pathophysiologie
Quellen für die durch Folat transferierbaren C1-Einheiten sind Serin, Glycin, Formiat, Histidin und die aus dem Cholinabbau stammenden Substanzen Sarcosin und Dimethylglycin. In schnell proliferierenden Zellen ist Serin, das mit der Nahrung aufgenommen oder aus Glukose synthetisiert wird, die wichtigste C1-Quelle. Bei der Bildung von N5,N10-Methylen-THF aus Serin und THF entsteht Glycin, sodass die Reaktion auch essenziell für die Glycin-de-novo-Synthese ist. Mitochondrial kann Glycin durch die Enzyme des Glycin-spaltenden Systems (GCS) unter Bildung eines weiteren Moleküls N5,N10-Methylen-THF zu CO2 und NH3 abgebaut werden. Freies Formiat, das mit der Nahrung aufgenommen wird und bei metabolischen Prozessen entsteht, liegt im Serum mit einer Konzentration von 20–50 μM vor. Formiat gilt als Giftstoff, der bei Methanol- oder Formaldehydvergiftungen entsteht. Für die Entgiftung ist Folat notwendig. Als Zwischenprodukt des Histidinabbaus entsteht Formiminoglutamat (FIGLU), das mit THF zu Glutamat und N5-Formimino-THF reagiert. Beim Histidinbelastungstest weist eine erhöhte Ausscheidung von FIGLU mit dem Harn auf Folatmangel hin.
Von zentraler Bedeutung für den Folatstoffwechsel ist der Methioninzyklus, der in der folgenden Abbildung dargestellt ist. S-Adenosylmethionin überträgt Methylgruppen auf verschiedene Substrate (R). Die Methioninsynthase enthält Vitamin B12 als prosthetische Gruppe:
Dabei wird aus Methionin S-Adenosylmethionin (SAM) gebildet, das bei vielfältigen Reaktionen als Methylgruppendonator dient (z. B. Synthese von Phosphatidylcholin, Kreatin, Carnitin, Adrenalin, Melatonin; Methylierung von Cytosin in der DNA zur Genregulation). Nach Abgabe der Methylgruppe entsteht aus dem Methioningrundkörper Homocystein, das in der Vitamin-B12-abhängigen Methioninsynthasereaktion durch N5-Metyhl-THF zu Methionin remethyliert wird. Das entstandene THF kann zu N5-Metyhl-THF regeneriert oder für die Bereitstellung anderer THF-C1-Derivate genutzt werden. Die Umwandlung der verschiedenen THF-C1-Derivate ineinander durch Redox- und Isomerisierungsreaktionen ist reversibel; eine Ausnahme ist die Reduktion von N5,N10-Methylen-THF zu N5-Metyhl-THF. Deshalb ist die Erzeugung anderer THF-C1-Derivate aus N5-Metyhl-THF, das die Haupttransport- und Speicherform darstellt, nur über die Methioninsynthasereaktion möglich. Folglich führt ein Vitamin-B12-Mangel zu einem funktionellen Folatmangel.
Bei der Synthese des Puringrundkörpers der Nukleotide AMP und GMP dient N10-Formyl-THF bei 2 Reaktionen als Formylgruppendonator (s. folgende Abbildung).
Die Abbildung stellt die Synthese der Purinnukleotide AMP und GMP über Inosinmonophosphat (IMP) aus Phosphoribosyldiphosphat (PRPP) dar. Bei 2 der insgesamt 10 Reaktionen vom PRPP zum IMP werden Formylgruppen durch die Glycinamide-Ribonukleotide-Transformylase (GAR-TF) bzw. 5-Aminoimidazol-4-Carboxamid-Ribonukleotid-Transformylase (AICAR-TF) übertragen:
Die Synthese von dTMP erfolgt durch N5,N10-Methylen-THF-abhängige Methylierung von dUMP. Das dabei entstehende DHF wird durch die DHF-Reduktase zu THF reduziert (s. folgende Abbildung).
Synthese von Desoxythymidinmonophosphat (dTMP) durch Methylierung von Desoxyuridinmonophosphat (dUMP):
Als Zytostatika und Immunsuppressiva eingesetzte Folatanaloga (z. B. Methotrexat) hemmen dieses Enzym. Selektive Hemmstoffe der bakteriellen DHF-Reduktase (z. B. Trimethoprim) werden als Antibiotika verwendet und typischerweise mit einem Sulfonamid (z. B. Sulfamethoxazol) zur Hemmung der für die Folat-de-novo-Synthese essenziellen Dihydropteroat-Synthase kombiniert. In den Mitochondrien dient N10-Formyl-THF der Synthese der Formylmethionyl-tRNA, die zur Initiation der mitochondrialen Translation erforderlich ist.
Folatmangel gilt als die häufigste Hypovitaminose in den Industrienationen. Erhöhter Bedarf besteht während der Schwangerschaft. Bei älteren Menschen und Alkoholikern ist die Folatversorgung oft unzureichend. Die Bioverfügbarkeit natürlichen Folats ist niedriger (ca. 50 %) als die synthetischer Folsäure (85–100 %). Daher erfolgen Dosisempfehlungen als Folatäquivalente. 1 μg Folatäquivalent entspricht 1 μg Nahrungsfolat oder 0,5 μg synthetischer Folsäure auf nüchternen Magen bzw. 0,6 μg synthetischer Folsäure mit einer Mahlzeit. Die Tagesempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung liegen bei 300 μg für Menschen ab 13 Jahren, 550 μg für Schwangere und 450 μg für Stillende. Bei geplanter und bestehender Schwangerschaft wird grundsätzlich eine Folatgabe empfohlen.
Folatmangel verursacht eine unzureichende DNA-Synthese, die vor allem Zellen mit hoher Teilungsrate beeinträchtigt. Außerdem bedingt er erhöhte Homocysteinplasmaspiegel, die als Risikofaktor für Gefäßerkrankungen gelten. Ein klarer Zusammenhang besteht zwischen Folatmangel und embryonalen Neuralrohrdefekten. Folatmangel manifestiert sich nach 10–12 Wochen als Übersegmentierung der Granulozyten und nach 4–5 Monaten als megaloblastäre (makrozytäre), hyperchrome Anämie.
Untersuchungsmaterial
Serum für die Serumfolatbestimmung, EDTA-Vollblut und Heparin-Vollblut für die Erythrozytenfolatbestimmung.
Präanalytik
Serumfolatbestimmung: Nüchternblutentnahme, Probe lichtgeschützt transportieren und lagern. Hämolytisches Material ist ungeeignet, da 95 % des Blutfolats intraerythrozytär vorliegt. Probenstabilität bei lichtgeschützter Lagerung bei Raumtemperatur für 8 Stunden bei 2–8 °C für 48 Stunden und bei −20 °C für 30 Tage gegeben.
Erythrozytenfolatbestimmung: EDTA- oder Heparin-Blut ggf. vor Vitamingabe entnehmen, Probe lichtgeschützt transportieren und lagern. Hämatokrit bestimmen und anschließend das Vollbluthämolysat herstellen.
Analytik
Kommerziellen Ligandenassays basierend auf der Bindung von Folat an spezifische Bindungsproteine; HPLC mit MS-Detektion; Radioimmuno- und mikrobiologische Assays.
Referenzbereich – Erwachsene
Publizierte Referenzbereiche variieren sehr stark. Neben der Abhängigkeit vom Verfahren und der untersuchten Population ist zu berücksichtigen, dass zum Beispiel in Kanada und den USA eine gesetzlich verpflichtende Anreicherung von Lebensmitteln mit Folsäure vorgenommen wird. Die Ermittlung laboreigener Referenzbereiche wird empfohlen.
Referenzbereich – Kinder
Referenzbereiche für Kinder wurden in Deutschland im Rahmen der KIGGS-, in Kanada im Rahmen der CALIPER-Studie erhoben. Siehe KIGGS-rki.de.
Indikation
  • Megaloblastäre (makrozytäre) Anämie
  • Chronischer Alkoholismus
  • Malabsorptionssyndrom
  • Therapie mit Folatantagonisten, Antiepileptika, Kontrazeptiva
  • Neurologische und psychiatrische Störungen
Diagnostische Wertigkeit
Die Konzentration des Serumfolats kann kurzzeitigen Schwankungen unterliegen. Das Erythrozytenfolat ist ein besserer Indikator für den Versorgungszustand.
Bei der Abklärung einer megaloblastären Anämie ist die zusätzliche Bestimmung der Vitamin-B12-Konzentration dringend empfohlen. Hämatologisch ist ein Folatmangel nicht von einem Vitamin-B12-Mangel unterscheidbar, bei Folatmangel fehlt aber meist die für einen Vitamin-B12-Mangel typische Neuropathie. Seltene genetische Formen des Folatmangels sollten v. a. bei Kindern in Erwägung gezogen werde. Bekannt sind Mutationen der Gene für PCFT-SLC46A1, FTCD, MTHFR, DHFR.
Literatur
Bässler KH, Golly I, Loew D et al (2007) Vitaminlexikon, 4. Aufl. Urban und Fischer, München
Biesalski HK (2016) Vitamine und Minerale. Thieme, StuttgartCrossRef
Ducker GS, Rabinowitz JD (2016) One-Carbon Metabolism in Health and Disease. Cell Metab 25:27–42CrossRefPubMedPubMedCentral
Patanwala I, King MJ, Barrett DA et al (2014) Folic acid handling by the human gut: implications for food fortification and supplementation. Am J Clin Nutr 100(2):593–599CrossRefPubMedPubMedCentral