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Junge rote Blutkörperchen regulieren Immunreaktionen

Im letzten Beitrag habe ich eine Studie vorgestellt, der zufolge unreife rote Blutkörperchen unser Immunsystem in den Wochen nach der Geburt so stark zäumen, dass die Erstbesiedlung des Darms mit gutartigen Bakterien nicht zu einer gefährlichen großflächigen Entzündung führt. Hier nun die passenden Skizzen – zunächst ein erwachsener, kernloser Erythrozyt, der bekanntlich die Aufgabe hat, Sauerstoff aus den Lungen in unser Gewebe zu transportieren, und ein junger, unreifer Erythrozyt, der wegen seines Zellkerns noch nicht die typische Scheibenform der roten Blutkörperchen angenommen hat. Seine Aufgabe ist es, Immunreaktionen aufzuhalten:

P1260500_Reifer_unreifer_Erythrozyt_650Dass die kernhaltigen rote Blutkörperchen von Nicht-Säugetieren wie Fischen und Vögeln auch Aufgaben im Immunsystem übernehmen, ist schon lange bekannt. Insofern sollte es uns nicht überraschen, dass dies auch bei Menschen der Fall ist – wenn auch nur in einem schmalen Zeitfenster: Vorläufer späterer roter Blutkörperchen, die den Marker CD71 auf der Oberfläche tragen, hemmen durch Enzyme und womöglich weitere lösliche Substanzen die Aktivität der T-Zellen, B-Zellen, dendritischen Zellen und Makrophagen von Neugeborenen. Eventuell fördern sie zudem durch Freisetzung von Zytokinen die Bildung von regulatorischen T-Zellen (Tregs) und T-Helferzellen des Typs 2 (Th2).

Shokrollah Elahi vermutet, dass die massiven Entzündungen, unter denen viele Frühgeborene leiden, auf einen Mangel an CD71+-Zellen zurückzuführen sind. Diese Schutzpolizisten entstehen nämlich vor allem in den letzten Schwangerschaftswochen vor dem normalen Geburtstermin. Bei einer Frühgeburt ist ihre Zahl noch viel zu gering, um das Immunsystem während der Erstbesiedlung des Darms mit unseren Darmbakterien vom Amoklauf abzuhalten.

Wie aber werden unreife Erythrozyten „erwachsen“? Sie versammeln sich im roten Knochenmark um Makrophagen, scheiden ihre Zellkerne ab und nehmen ihre Arbeit als Sauerstofftransporteure auf. Die Kerne, die dabei nur stören würden, werden von den Makrophagen vertilgt:

P1260501_Unreife_Erythrozyten_und_Makrophage_650

Wie so oft übernehmen die Makrophagen also die Müllentsorgung – besonders wichtig, wenn es um die Beseitigung von Kernen geht, da diese jede Menge Nukleinsäuren (DNA) enthalten, die andernfalls starke Immunreaktionen auslösen würden. Extrazelluläre Nukleinsäuren deuten nämlich normalerweise auf Infektionen oder ein massives Zellsterben hin.

Lit.: S. Elahi (2014): New insight into an old concept: role of immature erythroid cells in immune pathogenesis of neonatal infection

 

Homing: Organspezifische Moleküle sorgen für den richtigen Passierschein

Nachdem ich in den letzten Wochen im Manuskript von Teil 3 typische Immunreaktionen im Darm und in der Haut geschildert habe, fasse ich hier noch mal grafisch zusammen, wie die T-Zellen, die in den jeweiligen lokalen Lymphorganen aktiviert werden, nach ihrer Rezirkulation durch den Körper an ihren Einsatzort finden:

P1180496_Homing_Darm_Haut_Vitamine_650Oben: Darmzellen – und nur sie – stellen aus unserer Nahrung Vitamin A bzw. Retinsäure her. Dieses Molekül löst in den örtlichen dendritischen Zellen die Herstellung bestimmter Zytokine aus, die wiederum in den T-Zellen, die von den dendritischen Zellen aktiviert werden, die Produktion darmspezifischer Lockstoff-Rezeptoren bewirken. Der Darm wird diesen T-Zellen gewissermaßen als Heimatort in den Pass eingetragen, und wenn sie bei ihrer Wanderung durch die Blutgefäße in eine Gegend kommen, die die entsprechenden Lockstoffe herstellt, beenden sie ihre Reise und nehmen ihre Arbeit auf.

Unten: In den Hautzellen – und nur in ihnen – entsteht durch die UV-B-Strahlung Vitamin D3. Dieses Molekül löst in den dendritischen Zellen der Haut die Herstellung von Substanzen aus, die dann in den aktivierten T-Zellen die Produktion hautspezifischer Lockstoff-Rezeptoren bewirken. In den Pass dieser T-Zellen wird also die Heimat Haut eingetragen. Entsprechend beenden sie ihre Reise durch die Blutgefäße, sobald sie hautspezifische Chemokine wahrnehmen.

Nach diesem Prinzip gelangen auch alle anderen T-Zellen an ihren jeweiligen Einsatzort. Durch die Rezirkulation nach ihrer Aktivierung können die T-Zellen organ- oder gewebespezifischen Pathogene nicht nur in der engsten Umgebung ihres Aktivierungsorts bekämpfen, sondern im gesamten Organ oder Gewebe. Und dass sie ihre Heimatadresse chemisch wiedererkennen, verhindert, dass sie an völlig falschen Orten ihr Pulver verschießen oder gar Schaden anrichten.

(Nachtrag: Wie die T-Zellen beim Homing vorgehen, habe ich hier schon mal skizziert.)

Größenordnungen

Übersichtsskizze fürs Buch: Wie viele Bakterien, menschliche Zellen, Nervenzellen und weiße Blutkörperchen enthält ein Mensch ungefähr?

Das sog. Bauchhirn besteht aus etwa 100 Millionen Nervenzellen; es ist nach dem Gehirn mit seinen 100 Milliarden bis 1 Billion Nervenzellen das größte Nervengeflecht im Körper.

Von unseren weißen Blutkörperchen halten sich etwa zwei Drittel im bzw. am Verdauungstrakt auf – so wichtig ist das Darm-Immunsytem. Und als wäre das Immunsystem nicht schon komplex genug, ist es hier auch noch mit den beiden anderen großen Signalsystemen des Körpers, dem Hormonsystem und dem Nervensystem, eng verknüpft.

Schleim: zäh, fesselnd und antibakteriell

Die Schleimstoffe oder Mucine, die von den Becherzellen im Darmepithel abgesondert werden, polymerisieren (= vernetzen sich) im Darmlumen zu einer Matrix.

In die innere Schleimschicht sind antibakterielle Substanzen aus den Epithelzellen eingebettet, die schädliche Bakterien bekämpfen, welche dem Epithel trotz der Zähigkeit des Schleims zu nahe gekommen sind – z. B. das „klebrige“ Lektin RegIIIy und das Peptid α-Defensin, das wegen seiner vielen positiv geladenen und hydrophoben Aminosäuren besonders gern an negativ geladene, cholesterinarme Bakterienmembranen andockt.

Die Ökosysteme auf und in uns

Im Rahmen des Human Genome Project sind die bakteriellen Lebensgemeinschaften an zahlreichen unterschiedlichen Stellen des Körpers untersucht worden. Die Umweltbedingungen unterscheiden sich so deutlich, dass zum Beispiel an den Knien z. T. andere Arten siedeln als unter den Füßen (Schnittmengendiagramm rechts).

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Frühwarn- und Entsorgungssysteme

Gar nicht so leicht für Parasiten und Pathogene, unbemerkt in uns einzudringen: Die Härchen auf unserer Haut verlängern die Zeit, die ein stechendes oder beißendes Insekt braucht, um eine geeignete Stelle zu finden, und warnen uns vor den Plagegeistern. Da die Körperflüssigkeiten von Insekten oft Pathogene enthalten, die durch Stiche und Bisse in unser Blut gelangen, kann man die Behaarung als Teil unseres Immunsystems ansehen.

Schädliche Bakterien, Würmer usw., die in unseren Verdauungstrakt eingedrungen sind, werden dort von zähen Substanzen aufgehalten, die die Schleimhaut absondert, und bei Bedarf zusammen mit größeren Schleimmengen hinausgespült.

Entdeckung und Erforschung regulatorischer T-Zellen im Verdauungstrakt

F. Powrie (Wellcome Library, London, CC by-nc 2.0 UK)

Fiona Powrie: Gut reactions: immune pathways in the intestine in health and disease. EMBO Molecular Medicine 4/2, 2012,71–74; doi: 10.1002/emmm.201100197 (Open Access)

Die Autorin war maßgeblich an der Entdeckung und Erforschung regulatorischer T-Zellen in der Schleimhaut des Verdauungstrakts beteiligt und zeichnet in diesem kleinen Artikel ihren Weg und die wichtigsten Erkenntnisse nach.   Weiterlesen