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Zusammenfassung

• Wasserlösliches Biotin ist ein wesentlicher Cofaktor für Enzyme des intermediären Stoffwechsels und ein wichtiger Regulator der Genexpression. (Weitere Informationen)
• Sowohl eine parenterale Ernährung ohne Biotin als auch ein längerer Verzehr von rohem Eiweiß wurden mit Symptomen eines offenen Biotinmangels in Verbindung gebracht, darunter Haarausfall, Dermatitis und Hautausschlag, Ataxie, Krampfanfälle und andere neurologische Störungen. (Weitere Informationen)
• Biotinidase-Mangel ist eine seltene Erbkrankheit, die die Biotinabsorption und das Biotinrecycling beeinträchtigt und zu einem sekundären Biotinmangel führt. (Weitere Informationen)
• Die empfohlene adäquate Zufuhr (AI) von Biotin ist auf 30 Mikrogramm (μg)/Tag bei Erwachsenen festgelegt. Der Biotinbedarf ist während der Schwangerschaft und Stillzeit wahrscheinlich erhöht. (Weitere Informationen)
• Tierstudien haben gezeigt, dass eine ausreichende Biotinzufuhr für eine normale Entwicklung des Fötus unerlässlich ist. Die Frage, ob ein marginaler Biotinmangel während der Schwangerschaft das Risiko für angeborene Anomalien beim Menschen erhöht, ist derzeit Gegenstand von Bedenken und Untersuchungen. (Weitere Informationen)
• Biotin wird zur Behandlung einer vererbten Störung des Thiamintransports, der so genannten Biotin-responsiven Basalganglienkrankheit, eingesetzt und wird derzeit in Versuchen zur Begrenzung oder Umkehrung funktioneller Behinderungen bei Personen mit Multipler Sklerose getestet. (Weitere Informationen)
• Endgültige Beweise dafür, ob eine Biotinsupplementierung die Glukose- und Lipidhomöostase bei Personen mit Typ-2-Diabetes mellitus verbessert, gibt es derzeit nicht, aber es wurden suggestive Beobachtungen veröffentlicht. (Weitere Informationen)
• Biotin kann von Säugetierzellen nicht synthetisiert werden und muss aus exogenen Quellen gewonnen werden. Biotin ist in der Nahrung weit verbreitet, und gute Nahrungsquellen sind Eigelb, Leber, Vollkorngetreide und einige Gemüsesorten. (Weitere Informationen)
• Eine Langzeittherapie mit Antikonvulsiva (Mittel gegen Krampfanfälle) kann den Bedarf an Biotin in der Nahrung erhöhen, da Antikonvulsiva die intestinale Absorption und die renale Reabsorption von Biotin beeinträchtigen können und wahrscheinlich auch den Abbau von Biotin zu inaktiven Metaboliten verstärken. (Weitere Informationen)

Biotin ist ein wasserlösliches Vitamin, das allgemein als Vitamin des B-Komplexes eingestuft wird. Nach seiner ersten Entdeckung im Jahr 1927 waren 40 Jahre zusätzlicher Forschung erforderlich, um Biotin eindeutig als Vitamin zu etablieren (1). Biotin wird von allen Organismen benötigt, kann aber auch von einigen Bakterien-, Hefe-, Schimmelpilz- und Algenstämmen sowie einigen Pflanzenarten synthetisiert werden (2).

Funktion

Biotinylierung

Biotin fungiert als kovalent gebundener Cofaktor, der für die biologische Aktivität der fünf bekannten biotinabhängigen Carboxylasen von Säugetieren erforderlich ist (siehe unten). Ein solcher Nicht-Protein-Cofaktor wird als „prosthetische Gruppe“ bezeichnet. Die kovalente Bindung von Biotin an die Apocarboxylase (d. h. die katalytisch inaktive Carboxylase) wird durch das Enzym Holocarboxylase-Synthetase (HCS) katalysiert. Der Begriff „Biotinylierung“ bezieht sich auf die kovalente Anlagerung von Biotin an beliebige Moleküle, einschließlich Apocarboxylasen und Histone. HCS katalysiert die posttranslationale Biotinylierung der Epsilon-Aminogruppe eines Lysinrests an der aktiven Stelle jeder Apocarboxylase, wodurch die inaktive Apocarboxylase in eine voll aktive Holocarboxylase umgewandelt wird (Abbildung 1a). Bestimmte Lysinreste innerhalb des N-terminalen Schwanzes bestimmter Histone, die zur Verpackung der DNA in eukaryontischen Kernen beitragen, können ebenfalls biotinyliert werden (3). Biotinidase ist das Enzym, das die Freisetzung von Biotin aus biotinylierten Histonen und aus den Peptidprodukten des Holocarboxylase-Abbaus katalysiert (Abbildung 1b).

Enzym-Cofaktor

Fünf Säugetier-Carboxylasen, die wesentliche Stoffwechselreaktionen katalysieren:

– Sowohl die Acetyl-Coenzym A (CoA)-Carboxylase 1 (ACC1) als auch die Acetyl-CoA-Carboxylase 2 (ACC2) katalysieren die Umwandlung von Acetyl-CoA in Malonyl-CoA unter Verwendung von Bicarbonat und ATP; Das über ACC1 erzeugte Malonyl-CoA ist ein ratenlimitierendes Substrat für die Fettsäuresynthese im Cytosol, und das über ACC2 erzeugte Malonyl-CoA hemmt CPT1, ein Enzym der äußeren Mitochondrienmembran, das für die Fettsäureoxidation wichtig ist (Abbildung 2). ACC1 kommt in allen Geweben vor und ist besonders in lipogenen Geweben (d. h. Leber, weißes Fettgewebe und Brustdrüse), im Herzen und in den Pankreasinseln aktiv. ACC2 kommt besonders häufig in der Skelettmuskulatur und im Herzen vor (4).

– Pyruvatcarboxylase ist ein entscheidendes Enzym bei der Gluconeogenese – der Bildung von Glucose aus anderen Quellen als Kohlenhydraten, wie Pyruvat, Lactat, Glycerin und den glucogenen Aminosäuren. Pyruvat-Carboxylase katalysiert den ATP-abhängigen Einbau von Bicarbonat in Pyruvat, wodurch Oxalacetat entsteht; daher ist Pyruvat-Carboxylase anaplerotisch für den Zitronensäurezyklus (Abbildung 3). Oxalacetat kann dann in Phosphoenolpyruvat und schließlich in Glukose umgewandelt werden.

– Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase katalysiert einen wesentlichen Schritt im Katabolismus von Leucin, einer essentiellen verzweigtkettigen Aminosäure. Dieses biotinhaltige Enzym katalysiert die Produktion von 3-Methylglutaconyl-CoA aus Methylcrotonyl-CoA (Abbildung 4a).

– Propionyl-CoA-Carboxylase produziert D-Malonylmalonyl-CoA aus Propionyl-CoA, einem Nebenprodukt bei der β-Oxidation von Fettsäuren mit einer ungeraden Anzahl von Kohlenstoffatomen (Abbildung 4a). Die Umwandlung von Propionyl-CoA in D-Malonylmalonyl-CoA ist auch für den Abbau von zwei verzweigtkettigen Aminosäuren (Isoleucin und Valin), Methionin, Threonin und der Seitenkette von Cholesterin erforderlich (Abbildung 4a und 4b).

Regulierung der Chromatinstruktur und der Genexpression

In eukaryotischen Zellkernen ist die DNA in kompakte Strukturen verpackt und bildet Nukleosomen – die Grundeinheiten des Chromatins. Jedes Nukleosom besteht aus 147 Basenpaaren DNA, die um acht Histone (Histonpaare: H2A, H2B, H3 und H4) gewickelt sind. Ein weiteres Histon, der so genannte H1-Linker, befindet sich an der Außenfläche jedes Nukleosoms und dient als Anker, um die DNA um den Histonkern zu fixieren. Die kompakte Verpackung des Chromatins muss von Zeit zu Zeit gelockert werden, damit biologische Prozesse wie die DNA-Replikation und die Transkription ablaufen können. Chemische Modifikationen der DNA und der Histone beeinflussen die Faltung des Chromatins und erhöhen oder verringern die Zugänglichkeit der DNA für Faktoren, die an den oben genannten Prozessen beteiligt sind. Zusammen mit der DNA-Methylierung verändern eine Reihe chemischer Modifikationen innerhalb des N-terminalen Schwanzes der Kernhistone deren elektrische Ladung und Struktur, wodurch die Chromatinkonformation und die Transkriptionsaktivität von Genen verändert werden.

Die verschiedenen Modifikationen der Histonschwänze, einschließlich Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung, Ubiquitinierung, SUMOylierung, ADP-Ribosylierung, Carbonylierung, Deiminierung, Hydroxylierung und Biotinylierung, haben unterschiedliche regulatorische Funktionen. In den Histonen H2A, H3 und H4 wurden mehrere Stellen für die Biotinylierung identifiziert (5). Die Biotinylierung des Histons H4 an Lysin (K) 12 (H4K12bio) scheint im Heterochromatin angereichert zu sein, einem dicht kondensierten Chromatin, das mit Wiederholungsregionen in (Peri-)Zentromeren und Telomeren sowie mit transponierbaren Elementen, den so genannten langen terminalen Wiederholungen, assoziiert ist (3). Darüber hinaus werden Biotinylierungsmarkierungen in transkriptionsfähigem Chromatin mit bekannten Genunterdrückungsmarkierungen wie methyliertem Lysin 9 in Histon H3 (H3K9me) kolokalisiert (6). H4K12bio findet sich beispielsweise am Promotor des Gens SLC5A6, das für den Transporter kodiert, der die Aufnahme von Biotin in die Zellen vermittelt, den menschlichen natriumabhängigen Multivitamintransporter (hSMVT). Wenn Biotin im Überfluss vorhanden ist, kann HCS die Histone H4 im SLC5A6-Promotor biotinylieren, was die hSMVT-Synthese stoppt und die Biotinaufnahme verringert. Umgekehrt werden in biotinarmen Zellen die Biotinylierungsmarkierungen im SLC5A6-Promotor entfernt, so dass die Genexpression stattfinden kann, was die Synthese von hSMVT ermöglicht und anschließend die Biotinaufnahme erhöht (7).

Mangel

Obwohl ein offenkundiger Biotinmangel sehr selten ist, wurde der Bedarf des Menschen an Biotin in der Nahrung in drei verschiedenen Situationen nachgewiesen: bei längerer intravenöser (parenteraler) Ernährung ohne Biotin-Supplementierung, bei Säuglingen, die mit einer biotinfreien Säuglingsnahrung gefüttert werden, und beim Verzehr von rohem Eiweiß über einen längeren Zeitraum (viele Wochen bis Jahre) (8). Rohes Eiklar enthält ein antimikrobielles Protein namens Avidin, das Biotin binden und seine Aufnahme verhindern kann. Durch das Kochen von Eiklar wird Avidin denaturiert, wodurch es verdaulich wird und daher die Aufnahme von Biotin aus der Nahrung nicht mehr verhindern kann (5).

Anzeichen und Symptome von Biotinmangel

Zu den Anzeichen von offenkundigem Biotinmangel gehören Haarausfall (Alopezie) und ein schuppiger roter Ausschlag um Augen, Nase, Mund und Genitalbereich. Zu den neurologischen Symptomen bei Erwachsenen gehören Depressionen, Lethargie, Halluzinationen, Taubheit und Kribbeln in den Extremitäten, Ataxie und Krampfanfälle. Der charakteristische Gesichtsausschlag zusammen mit der ungewöhnlichen Fettverteilung im Gesicht wurde von einigen Forschern als „Biotinmangel-Facies“ bezeichnet (1). Personen mit erblichen Störungen des Biotinstoffwechsels (siehe angeborene Stoffwechselstörungen), die zu einem funktionellen Biotinmangel führen, weisen häufig ähnliche körperliche Befunde sowie Krampfanfälle und Anzeichen einer gestörten Funktion des Immunsystems und einer erhöhten Anfälligkeit für bakterielle und Pilzinfektionen auf (9, 10).

Risikofaktoren für Biotinmangel

Abgesehen vom längeren Verzehr von rohem Eiweiß oder einer vollständigen intravenösen Ernährung mit Biotinmangel können auch andere Bedingungen das Risiko eines Biotinmangels erhöhen. Rauchen wird mit einem erhöhten Biotinabbau in Verbindung gebracht (11). Die sich schnell teilenden Zellen des sich entwickelnden Fötus benötigen Biotin für die Synthese essenzieller Carboxylasen und die Biotinylierung von Histonen; daher ist der Biotinbedarf während der Schwangerschaft wahrscheinlich erhöht. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine beträchtliche Anzahl von Frauen während einer normalen Schwangerschaft einen marginalen oder subklinischen Biotinmangel entwickelt (siehe auch Krankheitsvorbeugung) (8, 12, 13). Außerdem können bestimmte Arten von Lebererkrankungen die Biotinidase-Aktivität verringern und theoretisch den Biotinbedarf erhöhen. In einer Studie mit 62 Kindern mit chronischen Lebererkrankungen und 27 gesunden Kontrollpersonen wurde festgestellt, dass die Biotinidase-Aktivität im Serum bei Kindern mit stark eingeschränkter Leberfunktion aufgrund einer Leberzirrhose ungewöhnlich niedrig war (14). Diese Studie lieferte jedoch keine Beweise für einen Biotinmangel. Außerdem erhöhen Antikonvulsiva, die zur Verhinderung von Anfällen bei Epilepsie eingesetzt werden, das Risiko eines Biotinmangels (weitere Informationen über Biotin und Antikonvulsiva finden Sie unter Wechselwirkungen mit Arzneimitteln).

Angeborene Stoffwechselstörungen

Biotinidase-Mangel

Die erblich bedingte Störung, der Biotinidase-Mangel, führt auf verschiedene Weise zu einem sekundären Biotinmangel. Die intestinale Absorption ist vermindert, weil ein Mangel an Biotinidase die Freisetzung von Biotin aus Nahrungsprotein verhindert (15). Das Recycling des an Carboxylasen und Histone gebundenen körpereigenen Biotins ist ebenfalls beeinträchtigt, und der Verlust von Biocytin (N-Biotinyl-Lysin) und Biotin über den Urin ist erhöht (siehe Abbildung 1 oben) (5). Der Biotinidase-Mangel spricht einheitlich auf eine Biotin-Supplementierung an. Eine orale Supplementierung mit 5 bis 10 Milligramm (mg) Biotin täglich ist manchmal erforderlich, obwohl kleinere Dosen oft ausreichen (siehe 16).

Holocarboxylase-Synthetase (HCS)-Mangel

Einige Formen des HCS-Mangels sprechen auf eine Supplementierung mit pharmakologischen Dosen von Biotin an. HCS-Mangel führt zu einer verminderten Bildung aller Holocarboxylasen bei physiologischen Biotinkonzentrationen im Blut; daher ist eine hochdosierte Biotinsupplementierung (10-80 mg Biotin täglich) erforderlich (10).

Die Prognose dieser beiden Störungen ist in der Regel gut, wenn die Biotintherapie früh (im Säuglings- oder Kindesalter) eingeleitet und lebenslang fortgesetzt wird (10).

Biotintransportmangel

Es gibt einen Fallbericht über ein Kind mit Biotintransportmangel, das auf eine hochdosierte Biotinsupplementierung ansprach (17). Bemerkenswert ist, dass das Vorhandensein eines defekten humanen natriumabhängigen Multivitamintransporters (hSMVT) als Ursache des Biotintransportmangels ausgeschlossen wurde.

Phenylketonurie (PKU)

Abnormal erhöhte Konzentrationen der Aminosäure Phenylalanin im Blut von PKU-Betroffenen können die Aktivität der Biotinidase hemmen. Schulpis et al. spekulierten, dass die seborrhoische Dermatitis, die bei diesen Patienten mit einer niedrigen Biotinidase-Aktivität einhergeht, bei Einhaltung einer speziellen eiweißarmen Diät, nicht aber bei einer Biotinsupplementierung abklingen würde (18).

Marker des Biotinstatus

Vier Messgrößen für einen marginalen Biotinmangel wurden als Indikatoren für den Biotinstatus validiert: (1) verringerte Urinausscheidung von Biotin und einigen seiner Kataboliten; (2) hohe Urinausscheidung einer organischen Säure, 3-Hydroxyisovaleriansäure, und ihres Derivats, Carnityl-3-Hydroxyisovaleriansäure, die beide eine verringerte Aktivität der biotinabhängigen Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase widerspiegeln; (3) verringerte Propionyl-CoA-Carboxylase-Aktivität in Lymphozyten des peripheren Blutes (5); und (4) verringerte Spiegel von Holo-Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase und Holo-Propionyl-CoA-Carboxylase in Lymphozyten – den zuverlässigsten Indikatoren für den Biotinstatus (19). Diese Marker wurden nur bei Männern und nicht schwangeren Frauen validiert und spiegeln den Biotinstatus bei schwangeren und stillenden Frauen möglicherweise nicht genau wider (12).

Die angemessene Zufuhr (AI)

Es liegen keine ausreichenden wissenschaftlichen Erkenntnisse vor, um den Bedarf an Biotin in der Nahrung zu schätzen; daher wurde keine empfohlene Tagesdosis (Recommended Dietary Allowance, RDA) für Biotin festgelegt. Stattdessen hat das Food and Nutrition Board (FNB) des Institute of Medicine (IOM) Empfehlungen für eine angemessene Zufuhr (AI; Tabelle 1) festgelegt. Die AI für Erwachsene (30 Mikrogramm/Tag) wurde aus der AI für Säuglinge, die ausschließlich mit Muttermilch gefüttert werden, extrapoliert und dürfte den Bedarf an Biotin in der Ernährung von Erwachsenen überschätzen. Die Zufuhr von Biotin über die Nahrung wird bei allgemein gesunden Erwachsenen auf 40-60 μg/Tag geschätzt (1). Der Bedarf an Biotin in der Schwangerschaft kann erhöht sein (20).

Tabelle 1. Angemessene Zufuhr (AI) für Biotin

Lebensphase	Alter	Männer (μg/Tag)	Frauen (μg/Tag)
Kleinkinder	0-6 Monate	5	5
Kleinkinder	7-12 Monate	6	6
Kinder	1-3 Jahre	8	8
Kinder	4-8 Jahre	12	12
Kinder	9-13 Jahre	20	20
Jugendliche	14-18 Jahre	25	25
Erwachsene	19 Jahre und älter	30	30
Schwangerschaft	alle Altersgruppen	–	30
Stillen	Alle Altersgruppen	–	35

Krankheitsvorbeugung

Kongenitale Anomalien

Aktuelle Forschungen deuten darauf hin, dass mindestens ein Drittel der Frauen während der Schwangerschaft einen geringfügigen Biotinmangel entwickelt (8), Es ist jedoch nicht bekannt, ob dies das Risiko für angeborene Anomalien erhöhen könnte. In kleinen Beobachtungsstudien bei schwangeren Frauen wurde sowohl in der Früh- als auch in der Spätschwangerschaft eine abnorm hohe Ausscheidung von 3-Hydroxyisovaleriansäure im Urin festgestellt, was auf eine verminderte Aktivität der biotinabhängigen Methylcrotonyl-CoA-Carboxylase schließen lässt (21, 22). In einer randomisierten, einfach verblindeten Interventionsstudie an 26 schwangeren Frauen begrenzte eine Supplementierung mit 300 μg/Tag Biotin über zwei Wochen die Ausscheidung von 3-Hydroxyisovaleriansäure im Vergleich zu Placebo und bestätigte, dass die erhöhte Ausscheidung von 3-Hydroxyisovaleriansäure tatsächlich einen marginalen Biotinmangel in der Schwangerschaft widerspiegelt (23). In einer kleinen Querschnittsstudie an 22 schwangeren Frauen wurde eine Inzidenz einer niedrigen Propionyl-CoA-Carboxylase-Aktivität der Lymphozyten (ein weiterer Marker für Biotinmangel) von über 80 % festgestellt (13). Obwohl das Ausmaß des Biotinmangels bei schwangeren Frauen nicht mit offensichtlichen Mangelerscheinungen einhergeht, sind solche Beobachtungen besorgniserregend, da subklinischer Biotinmangel bei mehreren Tierarten nachweislich zu Gaumenspalten und Gliedmaßenhypoplasien führt (siehe 13). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass ein Biotinmangel die Expression von biotinabhängigen Carboxylasen unterdrückt, Biotinmarkierungen von Histonen entfernt und die Proliferation von humanen embryonalen mesenchymalen Gaumenzellen in Kultur verringert (24). Eine gestörte Carboxylaseaktivität kann zu Veränderungen im Lipidstoffwechsel führen, die bei Tieren mit Gaumenspalten und Skelettanomalien in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus könnte ein Biotinmangel, der zu einer verminderten Histon-Biotinylierung an bestimmten genomischen Loci führt, möglicherweise die genomische Instabilität erhöhen und zu Chromosomenanomalien und fötalen Missbildungen führen (13).

Schwangeren Frauen wird zwar empfohlen, vor und während der Schwangerschaft zusätzlich Folsäure zu sich zu nehmen, um Neuralrohrdefekte zu verhindern (siehe Folat), doch wäre es auch ratsam, während der gesamten Schwangerschaft eine angemessene Biotinzufuhr sicherzustellen. Die derzeitige AI für schwangere Frauen liegt bei 30 μg/Tag Biotin, und bei dieser Aufnahmemenge wurde noch nie über eine Toxizität berichtet (siehe Sicherheit).

Krankheitsbehandlung

Biotin-responsive Basalganglien-Krankheit

Die Biotin-responsive Basalganglien-Krankheit, auch Thiamin-Stoffwechsel-Störungs-Syndrom-2 genannt, wird durch Mutationen in dem Gen verursacht, das für den Thiamin-Transporter-2 (THTR-2) codiert. Die klinischen Merkmale treten im Alter von drei bis vier Jahren auf und umfassen subakute Enzephalopathie (Verwirrung, Schläfrigkeit und verändertes Bewusstsein), Ataxie und Krampfanfälle. Vor kurzem wurde eine retrospektive Studie an 18 betroffenen Personen aus derselben Familie oder demselben Stamm in Saudi-Arabien durchgeführt. Die Daten zeigten, dass eine Biotin-Monotherapie (5-10 mg/kg/Tag) die klinischen Manifestationen der Krankheit wirksam beseitigte, obwohl ein Drittel der Patienten an wiederkehrenden akuten Krisen litt. Akute Krisen, die häufig mit schlechten Ergebnissen einhergehen, wurden nach Beginn der Thiamin-Supplementierung (300-400 mg/Tag) und während einer fünfjährigen Nachbeobachtungszeit nicht mehr beobachtet. Eine frühzeitige Diagnose und sofortige Behandlung mit Biotin und Thiamin führten zu positiven Ergebnissen (25). Der Mechanismus für die positive Wirkung der Biotin-Supplementierung muss noch aufgeklärt werden.

Multiple Sklerose

Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunerkrankung, die durch fortschreitende Schädigung der Myelinscheide, die die Nervenfasern (Axone) umgibt, und den Verlust von Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark der betroffenen Personen gekennzeichnet ist. Das Fortschreiten der neurologischen Behinderungen bei MS-Patienten wird häufig anhand der Expanded Disability Status Scale (EDSS) mit Werten von 1 bis 10 bewertet, von minimalen Anzeichen motorischer Funktionsstörungen (Wert 1) bis zum Tod durch MS (Wert 10). ATP-Mangel aufgrund von mitochondrialer Dysfunktion und erhöhtem oxidativem Stress kann teilweise für die fortschreitende Degeneration von Neuronen bei MS verantwortlich sein (26). Angesichts seiner Rolle im Intermediärstoffwechsel und in der Fettsäuresynthese (die für die Myelinbildung erforderlich ist) (siehe Funktion) wurde die Hypothese aufgestellt, dass Biotin vorteilhafte Wirkungen haben könnte, die die MS-bedingten Funktionsbeeinträchtigungen einschränken oder umkehren würden (26).

Eine nicht randomisierte, unkontrollierte Pilotstudie an 23 Patienten mit progressiver MS ergab, dass hohe Biotindosen (100-600 mg/Tag) bei 5 (von 5) Patienten mit progressivem Sehverlust und 16 (von 18) Patienten mit teilweiser Lähmung der Gliedmaßen nach durchschnittlich drei Monaten nach Behandlungsbeginn zu anhaltenden klinischen Verbesserungen führten (27). Darüber hinaus zeigten die vorläufigen Ergebnisse einer multizentrischen, randomisierten, placebokontrollierten Studie mit 154 Patienten mit progredienter MS, dass 13 von 103 Patienten, die nach dem Zufallsprinzip 48 Wochen lang täglich oral Biotin (300 mg) erhielten, einen zusammengesetzten funktionellen Endpunkt erreichten, der einen Rückgang der EDSS-Scores beinhaltete. Im Vergleich dazu zeigte keiner der 51 Patienten, die in die Placebogruppe randomisiert wurden, signifikante klinische Verbesserungen (28). In zwei laufenden Studien wird die Wirkung einer hochdosierten Biotinsupplementierung bei der Behandlung von MS untersucht (siehe Studien NCT02220933 und NCT02220244 unter www.clinicaltrials.gov).

Diabetes mellitus

Overtierter Biotinmangel beeinträchtigt nachweislich die Glukoseverwertung bei Mäusen (29) und führt bei Hühnern zu einer tödlichen Hypoglykämie. Offener Biotinmangel verursacht wahrscheinlich auch beim Menschen Anomalien in der Glukoseregulation (siehe Funktion). In einer frühen Humanstudie wurden bei 43 Patienten mit Typ-2-Diabetes mellitus im Vergleich zu 64 nicht-diabetischen Kontrollpersonen niedrigere Biotinkonzentrationen im Serum sowie eine inverse Beziehung zwischen Nüchternblutzucker und Biotinkonzentrationen festgestellt (30). In einer kleinen, randomisierten, placebokontrollierten Interventionsstudie an 28 Patienten mit Typ-2-Diabetes führte die tägliche Supplementierung mit 9 Milligramm (mg) Biotin über einen Monat zu einem durchschnittlichen Rückgang der Nüchternblutzuckerkonzentration um 45 % (30). In einer anderen kleinen Studie mit 10 Patienten mit Typ-2-Diabetes und 7 nicht-diabetischen Kontrollpersonen wurde jedoch keine Wirkung einer Biotinsupplementierung (15 mg/Tag) über 28 Tage auf die Nüchternblutzuckerkonzentration in beiden Gruppen festgestellt (31). Eine neuere doppelblinde, placebokontrollierte Studie derselben Forschergruppe zeigte, dass dieselbe Biotinbehandlung die Triglyceridkonzentration im Plasma sowohl bei Diabetikern als auch bei Nichtdiabetikern mit Hypertriglyceridämie senkte (32). In dieser Studie hatte die Verabreichung von Biotin bei beiden Patientengruppen keinen Einfluss auf die Blutzuckerkonzentration. Darüber hinaus haben einige Studien gezeigt, dass die gleichzeitige Verabreichung von Biotin und Chrompicolinat eine vorteilhafte Zusatztherapie bei Patienten mit Typ-2-Diabetes sein kann (33-36). Es hat sich jedoch gezeigt, dass die alleinige Verabreichung von Chrompicolinat die Blutzuckerkontrolle bei Diabetikern verbessert (siehe Artikel über Chrom) (37).

Als Cofaktor von Carboxylasen, die für die Fettsäuresynthese erforderlich sind, kann Biotin die Nutzung von Glukose für die Fettsynthese erhöhen. Es wurde festgestellt, dass Biotin die Glucokinase stimuliert, ein Leberenzym, das die Synthese von Glykogen, der Speicherform von Glukose, erhöht. Biotin scheint auch die Insulinsekretion in der Bauchspeicheldrüse von Ratten anzuregen und die Glukosehomöostase zu verbessern (38). Es ist jedoch zu erwarten, dass eine verringerte Aktivität von ACC1 und ACC2 die Fettsäuresynthese verringert bzw. die Fettsäureoxidation erhöht. Es überrascht nicht, dass derzeit unklar ist, ob pharmakologische Dosen von Biotin für die Behandlung der Hyperglykämie bei Patienten mit gestörter Glukosetoleranz von Nutzen sein könnten. Außerdem ist noch nicht erwiesen, ob eine Biotinergänzung das Risiko kardiovaskulärer Komplikationen bei Diabetikern durch eine Verringerung der Serumtriglyceride und des LDL-Cholesterins senkt (32-34).

Brüchige Fingernägel (Onychorrhexis)

Die Feststellung, dass Biotinergänzungen bei der Behandlung von Hufanomalien bei Huftieren wirksam waren, legt nahe, dass Biotin auch bei der Stärkung brüchiger Fingernägel beim Menschen hilfreich sein könnte (39-41). Es wurden drei unkontrollierte Studien veröffentlicht, in denen die Auswirkungen einer Biotinsupplementierung (2,5 mg/Tag über mehrere Monate) bei Frauen mit brüchigen Fingernägeln untersucht wurden (42-44). In zwei dieser Studien wurde bei 67 % bis 91 % der Teilnehmerinnen, die am Ende des Behandlungszeitraums für eine Nachuntersuchung zur Verfügung standen, ein subjektiver Nachweis einer klinischen Verbesserung erbracht (42, 43). In einer Studie, in der die Brüchigkeit der Fingernägel mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie untersucht wurde, wurde berichtet, dass die Fingernägel weniger splittern und die Dicke der Nagelplatte bei Patienten, die 6 bis 15 Monate lang Biotin erhielten, um 25 % zunahm (44). Eine Biotin-Supplementierung (5 mg/Tag) erwies sich auch als wirksam bei der Kontrolle von widerspenstigem Haar und splitternden Nägeln bei zwei Kleinkindern mit vererbtem Syndrom der unbändigen Haare (45). Obwohl vorläufige Beweise darauf hindeuten, dass zusätzliches Biotin dazu beitragen kann, brüchige Nägel zu stärken, sind größere placebokontrollierte Studien erforderlich, um die Wirksamkeit einer hochdosierten Biotin-Supplementierung zur Behandlung brüchiger Fingernägel zu beurteilen.

Haarausfall (Alopezie)

Biotin-Verabreichung wurde gefunden, um Alopezie bei Kindern, die mit dem Antikonvulsivum Valproinsäure behandelt wurden, rückgängig zu machen (siehe Wechselwirkungen mit Arzneimitteln). Doch obwohl Haarausfall ein Symptom für schweren Biotinmangel ist (siehe Mangel), gibt es keine veröffentlichten wissenschaftlichen Studien, die die Behauptung stützen, dass hochdosierte Biotinpräparate bei der Vorbeugung oder Behandlung von Haarausfall bei Männern oder Frauen wirksam sind (46).

Quellen

Nahrungsquellen

Biotin ist in vielen Nahrungsmitteln enthalten, entweder in freier Form, die direkt von den Enterozyten aufgenommen wird, oder als an Nahrungsproteine gebundenes Biotin. Eigelb, Leber und Hefe sind reichhaltige Biotinquellen. Schätzungen der durchschnittlichen täglichen Aufnahme von Biotin aus kleinen Studien liegen zwischen 40 und 60 Mikrogramm (μg) pro Tag bei Erwachsenen (1). Die nationalen Ernährungserhebungen in den USA waren jedoch bisher nicht in der Lage, die Biotinaufnahme zu schätzen, da die Daten über den Biotingehalt von Lebensmitteln spärlich und unzuverlässig sind. Tabellen zur Lebensmittelzusammensetzung für Biotin sind unvollständig, so dass die Aufnahme von Biotin über die Nahrung beim Menschen nicht zuverlässig geschätzt werden kann. In einer Studie von Staggs et al. (47) wurde anstelle von Biotests eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Methode verwendet (48) und für einige ausgewählte Lebensmittel ein relativ unterschiedlicher Biotingehalt ermittelt. In Tabelle 2 sind einige Biotinquellen in Lebensmitteln sowie deren Gehalt in μg aufgeführt.

Tabelle 2. Einige Lebensmittelquellen für Biotin (47, 48)

Nahrungsmittel	Portion	Biotin (μg)
Hefe	1 Päckchen (7 Gramm)	1.4-14
Brot, Vollkorn	1 Scheibe	0.02-6
Ei, gekocht	1 groß	13-25
Käse, Cheddar	1 Unze	0.4-2
Leber, gekocht	3 Unzen*	27-35
Schwein, gekocht	3 Unzen*	2-4
Lachs, gekocht	3 Unzen*	4-5
Avocado	1 ganze	2-6
Himbeeren	1 Tasse	0.2-2
Blumenkohl, roh	1 Tasse	0.2-4
*Eine Drei-Unzen-Portion Fleisch hat etwa die Größe eines Kartenspiels.

Bakterielle Synthese

Eine Mehrheit der Bakterien, die normalerweise den Dünn- und Dickdarm (Colon) besiedeln, synthetisieren Biotin (49). Ob das Biotin vom Menschen in nennenswerten Mengen freigesetzt und aufgenommen wird, ist nicht bekannt. Die Aufnahme von freiem Biotin in Darmzellen über den humanen natriumabhängigen Multivitamintransporter (hSMVT) wurde in kultivierten Zellen aus der Dünn- und Dickdarmschleimhaut nachgewiesen (50), was darauf hindeutet, dass der Mensch in der Lage sein könnte, von Darmbakterien produziertes Biotin aufzunehmen – ein Phänomen, das bei Schweinen dokumentiert wurde.

Nahrungsergänzungsmittel

Biotin ist als Einzelnährstoffergänzungsmittel in verschiedenen Dosierungen erhältlich und wird häufig in B-Komplex- und Multivitamin-Mineral-Ergänzungsmitteln (MVM) eingesetzt. Viele MVM-Ergänzungen enthalten 30 μg Biotin (51).

Sicherheit

Toxizität

Biotin ist nicht als toxisch bekannt. Bei Menschen ohne Störungen des Biotin-Stoffwechsels waren Dosen von bis zu 5 mg/Tag über zwei Jahre nicht mit unerwünschten Wirkungen verbunden (52). Eine orale Biotin-Supplementierung wurde in Dosen von bis zu 200 mg/Tag (fast das 7.000-fache der AI) bei Menschen mit erblichen Störungen des Biotin-Stoffwechsels gut vertragen (1). Die tägliche Supplementierung mit einer hochkonzentrierten Biotinformulierung (100-600 mg) über mehrere Monate wurde auch von Personen mit progressiver Multipler Sklerose gut vertragen (27, 28). Allerdings gibt es einen Fallbericht über einen lebensbedrohlichen eosinophilen Pleuroperikarderguss bei einer älteren Frau, die zwei Monate lang eine Kombination aus 10 mg/Tag Biotin und 300 mg/Tag Pantothensäure (Vitamin B5) einnahm (53). Da bei der Festlegung der diätetischen Referenzzufuhr (DRI) für Biotin im Jahr 1998 keine Berichte über unerwünschte Ereignisse vorlagen, hat das Institute of Medicine keine tolerierbare obere Zufuhrmenge (UL) für Biotin festgelegt (1).

Nährstoffinteraktionen

Große Dosen von Pantothensäure (Vitamin B5) können mit Biotin um die intestinale und zelluläre Aufnahme durch den menschlichen natriumabhängigen Multivitamintransporter (hSMVT) konkurrieren (54, 55). Biotin teilt sich den hSMVT auch mit α-Liponsäure (56). Es wurde festgestellt, dass pharmakologische (sehr hohe) Dosen von α-Liponsäure die Aktivität von Biotin-abhängigen Carboxylasen bei Ratten verringern, eine solche Wirkung wurde jedoch beim Menschen nicht nachgewiesen (57).

Wechselwirkungen mit Arzneimitteln

Bei Personen, die eine Langzeittherapie mit Antikonvulsiva (Mittel gegen Krampfanfälle) erhalten, wird von verminderten Biotinkonzentrationen im Blut sowie einer erhöhten Ausscheidung organischer Säuren (z. B. 3-Hydroxyisovaleriansäure) im Urin berichtet, die auf eine verminderte Carboxylaseaktivität hinweisen (siehe Marker des Biotinstatus) (5). Zu den möglichen Mechanismen der Biotinverarmung durch die Antikonvulsiva Primidon (Mysoline), Phenytoin (Dilantin) und Carbamazepin (Carbatrol, Tegretol) gehören die Hemmung der intestinalen Absorption und der renalen Rückresorption von Biotin sowie ein erhöhter Biotinkatabolismus (51). Die Anwendung des Antikonvulsivums Valproinsäure bei Kindern hat zu Haarausfall geführt, der durch eine Biotinsupplementierung rückgängig gemacht wurde (58-61). Eine Langzeitbehandlung mit antibakteriellen Sulfonamiden (Sulfa) oder anderen Antibiotika kann die bakterielle Synthese von Biotin verringern. Da jedoch nicht bekannt ist, inwieweit die bakterielle Synthese zur Biotinaufnahme beim Menschen beiträgt, bleiben die Auswirkungen antimikrobieller Medikamente auf den Biotin-Ernährungsstatus ungewiss (51).

Empfehlung des Linus-Pauling-Instituts

Es ist nur wenig über die Menge an Biotin in der Nahrung bekannt, die erforderlich ist, um eine optimale Gesundheit zu fördern oder chronischen Krankheiten vorzubeugen. Das Linus Pauling Institut unterstützt die Empfehlung des Institute of Medicine, die 30 Mikrogramm (μg) Biotin pro Tag für Erwachsene vorsieht. Eine abwechslungsreiche Ernährung sollte für die meisten Menschen ausreichend Biotin liefern. Folgt man jedoch der Empfehlung des Linus-Pauling-Instituts, täglich ein Multivitamin-Mineralstoff-Präparat einzunehmen, so wird im Allgemeinen eine Zufuhr von mindestens 30 μg/Tag Biotin erreicht.

Ältere Erwachsene (>50 Jahre)

Zurzeit gibt es keinen Hinweis darauf, dass ältere Erwachsene einen erhöhten Bedarf an Biotin haben. Wenn die Biotinzufuhr über die Nahrung nicht ausreicht, kann ein tägliches Multivitamin-Mineralstoffpräparat im Allgemeinen eine Zufuhr von mindestens 30 μg Biotin pro Tag gewährleisten.

Autoren und Gutachter

Ursprünglich geschrieben im Jahr 2000 von:
Jane Higdon, Ph.D.
Linus Pauling Institute
Oregon State University

Aktualisiert im Juni 2004 von:
Jane Higdon, Ph.D.
Linus Pauling Institute
Oregon State University

Aktualisiert im August 2008 von:
Victoria J. Drake, Ph.D.
Linus Pauling Institute
Oregon State University

Aktualisiert im Juli 2015 von:
Barbara Delage, Ph.D.
Linus Pauling Institute
Oregon State University

Überarbeitet im September 2015 von:
Donald Mock, M.D., Ph.D.
Professor
Abteilungen für Biochemie und Molekularbiologie und Pädiatrie
University of Arkansas for Medical Sciences

Letzte Aktualisierung am 21.10.15 Copyright 2000-2021 Linus Pauling Institute