Jeder T-Helferzellen-Typ hat einen Doppelgänger unter den ILCs, der ihn bei der Bekämpfung unterschiedlicher Pathogene unterstützt.
Sie dürfen diese Zeichnung gerne in Folien etc. übernehmen, sofern Sie die Quelle angeben: Dr. Andrea Kamphuis, https://autoimmunbuch.de
Unter dem Titel Early-Life Microbiome wurden in The Scientist zwei Studien beschrieben, in denen – anders als in der gestern vorgestellten Mäuse-Studie – die Entwicklung des Mikrobioms von Kleinkindern untersucht wurde. (Die Fachartikel selbst stecken hinter Bezahlschranken.) Das erste Team hat Stuhlproben aus den ersten drei Lebensjahren von 39 finnische Kindern analysiert. Während in der Darmflora der meisten vaginal geborenen Kindern Bacteroides vorherrschten, fehlten diese Bakterien bei den per Kaiserschnitt zur Welt gekommenen und auch bei einigen vaginal geborenen Kindern in den ersten 6-18 Monaten. Nach einer frühen Antibiotika-Therapie wegen Atemwegs- oder Ohrinfekten fanden sich im Mikrobiom der Kinder Antibiotikaresistenz-Gene, von denen einige wenige noch lange nach der Behandlung nachzuweisen waren. Das andere Team hat die Entwicklung der Darmflora von 43 US-amerikanischen Kindern über die ersten beiden Lebensjahre verfolgt und festgestellt, dass neben der Geburtsmethode und Antibiotika auch die Muttermilch bzw. Muttermilchersatz die Zusammensetzung des Mikrobioms beeinflussen. Kausale Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren und später auftretenden Störungen des Immunsystems wie Allergien oder Autoimmunerkrankungen lassen sich mit solchen Studien allerdings nicht nachweisen.
Einen Schritt zur Aufklärung des Zusammenhangs zwischen früher Darmflora-Dysbiose und späterem Asthma hat das Team um K. E. Fujimura in seiner Arbeit „Neonatal gut microbiota associates with childhood multisensitized atopy and T cell differentiation“ unternommen, über die ebenfalls The Scientist berichtet: Neonatal Gut Bacteria Might Promote Asthma. Kinder, in deren Darmflora im Alter von einem Monat vier „gute“ Bakteriengruppen (Bifidobacteria, Lactobacillus, Faecalibacterium und Akkermansia) schwächer und zwei Pilze (darunter Candida) stärker vertreten waren als bei den meisten Gleichaltrigen, hatten im Alter von zwei Jahren ein dreimal höheres Allergierisiko und im Alter von vier Jahren ein deutlich erhöhtes Asthmarisiko. Diese Risiken werden offenbar durch Stoffwechselprodukte der Darmflora vermittelt, die die Entwicklung der T-Zellen beeinflussen. Den Allergie- und Asthma-anfälligen Kindern fehlten entzündungshemmende Fettsäuren und Oligosaccharide (Zucker), die die Darmflora aus der Muttermilch produziert. T-Zellen aus gesunden Erwachsenen, die Stoffwechselprodukten der Mikrobiome der Hochrisiko-Kinder ausgesetzt wurden, entwickelten sich bevorzugt zu Th2-Helferzellen, die mit Allergien in Verbindung gebracht werden. Zugleich bildeten sich weniger regulatorische T-Zellen (Tregs), die Allergien dämpfen können. Unter den Darmflora-Produkten fielt vor allem das Lipid 12,13-DiHOME auf, das alleine schon die Entwicklung von T-Zellen zu Tregs verhindern konnte.
Um Allergierisiken geht es auch in einem weiteren The-Scientist-Artikel: Study: Nail-Biters, Thumb-Suckers Have Fewer Allergies. In einer Längsschnittstudie haben Stephanie J. Lynch und ihre Kollegen gut 1000 Neuseeländer untersucht, die 1972 oder 1973 geboren wurden. Unter denjenigen, die als Kinder am Daumen gelutscht oder an ihren Nägeln geknabbert hatten, reagierten 39 Prozent in einem Allergietest positiv auf mindestens ein gängiges Allergen. Wer nichts davon getan hatte, kam auf 49 Prozent. Und nur bei 31 Prozent derer, die früher sowohl am Daumen gelutscht als auch an den Nägeln gekaut hatten, schlug der Allergietest an: eine Bestätigung der Hygiene-Hypothese, denn durch das Lutschen und Knabbern nehmen Kinder Mikroorganismen aus ihrer Umwelt auf. Bei Asthma oder Heuschnupfen zeigten sich dagegen keine Unterschiede zwischen den Gruppen.
Auch zur alten Streitfrage, ob eine frühe Allergen-Exposition spätere Überreaktionen des Immunsystems eher fördert oder hemmt, gibt es Neues. Unter dem Titel Further Support for Early-Life Allergen Exposure berichtet The Scientist über eine Metaanalyse von 146 Studien mit zusammen über 200.000 Kindern. Die Ergebnisse: Kleinkinder, die schon früh Eier oder Erdnüsse zu sich nehmen, haben ein geringeres Risiko, später allergisch auf diese Lebensmittel zu reagieren. Bei Milch, Fisch und Muscheln, Nüssen und Weizen gab es dagegen keine hinreichenden Indizien für eine Schutzwirkung durch frühe Aufnahme in den Speiseplan. Auch für einen Schutz vor Autoimmunerkrankungen wie Zöliakie durch eine frühe Konfrontation des Immunsystems mit Weizen oder anderen Gluten-Quellen fanden die Forscher keine Hinweise.
Nach der im letzten Beitrag besprochenen Arbeit über fruchtbarkeitshemmende und -fördernde Darmparasiten habe ich zwei weitere Arbeiten desselben Forscherteams über Parasiten-Koinfektionen (Martin et al. 2013 PDF, Blackwell et al. 2013 sowie Begleittext) gelesen. Aus diesen geht hervor, dass ein Befall mit dem Wurm Ascaris lumbricoides oder anderen im Dünndarm ansässigen Würmern bei den bolivianischen Tsimane das Risiko eines Befalls mit dem ebenfalls im Dünndarm siedelnden Einzeller Giardia lamblia erheblich verringert und umgekehrt. Außerdem ging der Einsatz des Entwurmungsmittels Albendazol bei den Tsimane nicht nur mit keiner dauerhaften Reduktion, sondern sogar mit einer Zunahme der Infektionen mit dem Peitschenwurm Trichuris trichiura und dem Einzeller G. lamblia einher. Auch der Einsatz eines Anti-Protozoen-Mittels konnte die Giardien nur vorübergehend zurückdrängen.
The key finding in this study is that worms and giardia have antagonistic effects on one another, such that infection with one limits infection with the other. – Aaron Blackwell
Das heißt: Wer den bei leichtem Befall zumeist harmlosen Wurm A. lumbricoides medikamentös zu bekämpfen versucht, hat in einem Umfeld, in dem Reinfektionen recht wahrscheinlich sind, keinen Erfolg und schadet seinen Patienten unter Umständen sogar, weil sie sich stattdessen als Nächstes eine gefährlichere Infektion mit einem anderen Parasiten einhandeln können.
And if intestinal worms are protective against giardia, there’s a tradeoff, and then the question is, which of the two is worse? – Michael Gurven
Auch andere Parasiten wie der Malaria-Erreger Plasmodium oder der Pärchenegel Schistosoma können durch Wurminfektionen – je nach Wurmart positiv oder negativ – beeinflusst werden, wie andere Forscherteams herausgefunden haben. Ob die um eine ökologische Nische konkurrierenden Parasiten sich gegenseitig bekämpfen oder eine Immunreaktion, die gegen die bereits etablierte Infektion gerichtet ist, weitere Neuinfektionen verhindert, ist noch unklar.
Würmer scheinen zudem das Immunsystem so zu besänftigen oder zu polarisieren, dass Autoimmunerkrankungen – selbst bei einer entsprechenden genetischen Veranlagung – nur ganz selten zum Ausbruch kommen.
We see very minimal autoimmune disorder in the Tsimane. – Michael Gurven
Anschließend habe ich einen Artikel gelesen, in dem die Autoren der größten klinischen Studie der Welt (DEVTA) mit einigen Jahren Verspätung einräumen mussten, dass die jahrelange massenhafte Behandlung von über einer Million indischen Kindern im Vorschulalter mit achttausend Kilogramm (!) Albendazol weder die Kindersterblichkeit signifikant gesenkt noch das Körpergewicht nennenswert erhöht hat (Awasthi et al. 2013; dazu auch Garner et al. 2013).
Existing ICDS village staff can be organised to deliver simple pre-school interventions sustainably for many years at low cost, but regular deworming had little effect on mortality in this lightly infected pre-school population. – Awasthi et al. 2013
Belief disconfirmation bias is a recognised phenomenon … Undoubtedly, the fact that there was no apparent effect detected delayed publication. – Garner et al. 2013
Eine aktuelle systematische Übersichtsarbeit in der Cochrane Database of Systematic Reviews zum Einsatz von Entwurmungsmitteln gegen Würmer, die im Darm leben und sich über den Boden übertragen (Taylor-Robinson et al. 2015), kommt zu ähnlich ernüchternden Ergebnissen: Die pauschale Behandlung aller Kinder in einem Endemiegebiet erhöht weder deren Körpergewicht noch den Hämoglobingehalt ihres Blutes signifikant; ihre kognitiven Fähigkeiten und ihr schulischen Leistungen verbessern sich nicht merklich; ihre Sterblichkeit verringert sich nicht signifikant; lediglich die Häufigkeit der Schulbesuche scheint bei regelmäßiger Entwurmung geringfügig anzusteigen.
However, in mass treatment of all children in endemic areas, there is now substantial evidence that this does not improve average nutritional status, haemoglobin, cognition, school performance, or survival. – Cochrane Review, 2015
Haben diese Erkenntnisse über die Zweischneidigkeit der isolierten Bekämpfung eines Parasiten-Typs unter Ausblendung des restlichen Ökosystems und über die geringe Wirksamkeit und Nachhaltigkeit von breit angelegten Entwurmungskampagnen bereits Niederschlag gefunden in den Policies all der Stiftungen und Organisationen, die sich zum Teil nicht weniger als die Entwurmung der gesamten Menschheit auf die Fahnen geschrieben haben?
Bei der Bill & Melinda Gates Foundation ist im April 2014 noch nichts davon zu bemerken. In einer Ankündigung einer neuen Kooperation zur Bekämpfung von über den Boden verbreiteten Würmern heißt es:
CIFF is now committing an additional US$50 million over the next five years to implement large-scale systematic approaches to deworming in a number of countries, with the hope that, ultimately, we can break the transmission of worms and achieve the vision of: every child, everywhere, free from worms forever. – Jamie Cooper-Hohn, Chair of CIFF
Erreichen will man das unter anderem, indem man die Entwurmungsmittel systematisch unter die Schulspeisen mischt. Wie bei anderen großen Programmen auch werden die Kinder nämlich nicht auf Wurmbefall untersucht, sondern der Wirkstoff wird einfach allen verabreicht – weil das billiger ist, wie es in den Berichten ganz offen heißt. Dabei hat zum Beispiel Albendazol eine Reihe von Nebenwirkungen. Schwere Nebenwirkungen sind selten, aber wenn Abermillionen Kinder, darunter Millionen ohne Würmer und weitere Millionen mit einem schwachen, asymptomatischen Befall, das Medikament zum Teil mehrmals jährlich nehmen, summieren sich die seltenen Fälle – und das bei gleichzeitig starken Zweifeln an der Sinnhaftigkeit und Wirksamkeit der Maßnahme.
Wenn in Europa einfach mal prophylaktisch Antibiotika oder ähnliche Substanzen in Kindernahrung gemischt würden, wäre – zu Recht – der Teufel los. Denn dass es keine gute Idee ist, ohne Not das Mikrobiom junger Menschen zu destabilisieren, spricht sich allmählich herum.
Beim Giving What We Can Trust wird im Juli 2014 „The evidence for deworming“ zusammengefasst. Die aktuelle Studienlage wird als uneinheitlich bezeichnet. Eine Cochrane-Übersicht von 2012, die ähnlich ernüchternd ausgefallen war wie ihr aktueller Nachfolger (s. o.), wurde offenbar vor allem von Innovations for Poverty Action (IPA) wegen der Nichteinbeziehung einiger Studien mit positiven Ergebnissen scharf kritisiert. Auch die 2013 – acht Jahre nach ihrem Abschluss – endlich veröffentlichte DEVTA-Studie von Awasthi et al. (s. o.) musste viel Kritik einstecken, nicht nur wegen der langen Verzögerung. Ich habe allerdings den Eindruck, dass diese Kritik hier hervorgehoben wird, um ein Festhalten an der Unterstützung von Massenentwurmungskampagnen zu rechtfertigen. So heißt es dann auch:
To conclude, although some recent studies have shown no improvements to health and education after deworming, the data are not always reliable and the studies not always well-executed … Overall, it appears that there can be short-term and long-term health benefits to deworming … As a result, both GiveWell and Giving What We Can continue to recommend deworming and schistosomiasis treatment programs such as SCI and Deworm The World Initiative. – Olga Kuznetsova
Ein knappes Jahr später, im Mai 2015, veröffentlicht Giving What We Can ein ausführliches Update, das den allmählichen Einzug eines ökologischen und evolutionsbiologischen Denkens und zumindest leichte Kurskorrekturen erkennen lässt. So heißt es nun:
There are several reasons to believe that certain intensities of some STHs [soil-transmitted helminths, also über den Boden übertragene Würmer] actually protect people from malaria and thus there is a worry that deworming might make people more susceptible to malaria. … The default condition of the mammalian ancestral immune system was to be parasitized by gastrointestinal worms … Malaria is one the strongest known selective force on the human genome. Based on our knowledge about the human immune system, it is plausible to assume that malaria and helminths interact. – Hauke Hillebrandt
Dass die große DEVTA-Studie keine signifikanten Gesundheits- oder Bildungseffekte einer Massenentwurmung von Kindern ergab, könnte laut Hillebrandt an einer unzureichenden Teststärke der Studie liegen – was bei fünf Jahren Beobachtungszeit und über einer Million Kindern schon ein wenig seltsam klingt, selbst wenn die Daten der Studienteilnehmer zu größeren Blöcken zusammengefasst wurden, was die Power reduziert hat.
Zur Fortführung der Massenmedikation ohne vorheriges Screening heißt es:
Crucially, screening followed by treatment of those children testing positive for worms is far less practical and more costly than mass treatment of infected and uninfected children without diagnostic testing.
Immerhin will man sich künftig auf Regionen mit starkem Wurmbefall konzentrieren:
In the light of this cost-benefit analysis for screening versus mass treatment, the case for mass deworming is still strong, but one might suggest that it is better to focus more on more heavily infected populations and improve trials.
Die Kooperation mit der Deworm The World Initiative soll fortgesetzt werden. Deren Website macht allerdings nach wie vor einen leicht schönfärberischen, undifferenzierten Eindruck. So heißt es dort:
… the drugs are very safe and has no side effects for the uninfected …
Über mögliche negative Auswirkungen einer Entwurmung auf andere Infektionsraten verliert die Initiative kein Wort; vielmehr werden nur positive Interaktionen vermerkt, etwa zwischen Entwurmung und Malaria-Abwehr. Aus der großen DEVTA-Studie wird auch hier lediglich abgeleitet, dass man sich künftig vorrangig in Gegenden mit stärkerem Wurmbefall engagieren will. Für eine Initiative, die von einer Organisation namens Evidence Action getragen wird, ist das ein schwaches Bild.
Im August 2015 hat Innovations for Poverty Action (IPA) – die Initiative, die die 2012er Cochrane-Übersicht so scharf kritisiert hat – unter dem Titel „Deworming: An informed debate requires a careful look at the data“ die Notwendigkeit betont, eine sehr positiv ausgegangene Studie über Entwurmungen in kenianischen Grundschulen von 2004 unabhängig zu reproduzieren, um Zweifel an den damaligen Ergebnissen zu klären. Bis dahin will man aber mit den Schul-Entwurmungskampagnen fortfahren wie bisher. Und „bisher“ heißt: gut 95 Millionen entwurmte Kinder.
Da wünscht man sich schon eine etwas bessere Evidenzbasierung – und ernsthaftere Diskussionen über die potenziellen Nebenwirkungen dieser Eingriffe ins Immunsystem, seien es nun Autoimmunerkrankungen, Asthma und Allergien oder die Zunahme anderer gefährlicher Infektionen.
Dieser Beitrag wird lang, trocken und abstrakt, und er enthält nur ein einziges eigenes Bild, und es bleibt kompliziert. Genau genommen ist er trotz langen Ringens mit dem Stoff nahezu unlesbar. Sorry. Ich musste das einfach mal notieren, um selbst nicht immer wieder durcheinander zu kommen. Im Buch landet dann eine weniger technische und überfrachtete Quintessenz.
Wann ist ein Mann ein Mann?
Und was macht eine Frau zur Frau, biologisch betrachtet? Das ist zum Glück bei Menschen, Mäusen und allen anderen Säugetieren grundsätzlich ähnlich geregelt: Neben einer Reihe „normaler“ Chromosomen, den sogenannten Autosomen, gibt es Geschlechtschromosomen – auch Gonosomen oder Heterochromosomen genannt. Während wir in jeder Körperzelle (abgesehen von unseren Keimzellen, also Eizellen oder Spermien) einen doppelten, zur Hälfte von der Mutter und zur Hälfte vom Vater stammenden Satz vom Aufbau her identischer Autosomen tragen, gilt das bei den Geschlechtschromosomen nur für die Frauen bzw. Weibchen, die von beiden Eltern je ein sogenanntes X-Chromosom erben. Männer bzw. Männchen erben dagegen von der Mutter ein X-Chromosom und vom Vater ein Y-Chromosom.
Das Y-Chromosom sieht unter dem Elektronenmikroskop im Grunde gar nicht wie ein Y aus; es ist einfach sehr klein und knubbelig und enthält viel weniger codierende, d. h. als Proteinbauanleitungen dienende Gene, nämlich 72 auf gut 57 Millionen Basenpaaren, als das X-Chromosom mit seinen 819 codierenden Genen auf 156 Millionen Basenpaaren. Evolutionär stammt das Y- wohl vom X-Chromosom ab, aber das ist schon sehr lange her: 240 bis 320 Millionen Jahre. An beiden Enden enthält es sogenannte pseudoautosomale Sequenzen, die direkte Entsprechungen auf den Enden des X-Chromosoms haben. Dadurch kommt es während der Meiose (der Reduktionsteilung, die bei der Bildung von Keimzellen den doppelten zu einem einfachen Chromosomensatz reduziert) an diesen Stellen zur Rekombination zwischen X- und Y-Chromosom, wie es sonst nur bei den Autosomen üblich ist. Die nicht pseudoautosomalen Sequenzen von X- und Y-Chromosom können dagegen schon sehr lange nicht mehr rekombinieren und tragen mittlerweile völlig unterschiedliche Gene.
Ein einzelnes Gen sorgt für Hoden
Die nicht pseudoautosomale Sequenz des kurzen Arms des Y-Chromosoms enthält das geschlechtsbestimmende Sry-Gen (für „sex-determining region of Y“), das ein Protein namens TDF codiert (für „testis determining factor“, zu Deutsch: Hoden-determinierender Faktor). Im jungen Embryo entstehen zunächst geschlechtsneutrale Keimdrüsen-Anlagen. Sobald im männlichen Embryo das Sry-Gen abgelesen wird, was beim Menschen ab der 7. Entwicklungswoche der Fall ist, regt das Protein TDF bestimmte Zellen in diesen Anlagen zur Testosteron-Produktion an, und aus den Keimdrüsen-Anlagen werden Hoden. In Abwesenheit eines Y-Chromosoms und damit des Sry-Gens entstehen dagegen Eierstöcke.
Ein Testosteron-Gen gibt es nicht
Es drängt sich die Frage auf, wo denn die Gene für Testosteron und die anderen Sexualhormone liegen – etwa auch auf den Geschlechtschromosomen? Die naive Annahme, die Bauanleitung für das männliche Sexualhormon sei wohl auf dem männlichen Geschlechtschromosom zu finden, kann nicht stimmen: Auch Frauen produzieren und benötigen Testosteron, und sie haben kein Y-Chromosom. Liegt das Gen also auf einem der Autosomen, die beiden Geschlechtern gemeinsam sind? Nein, es liegt nirgends: Es gibt kein Testosteron-Gen. Testosteron ist nämlich kein Protein, und Gene codieren nur Proteine.
Unsere Sexualhormone sind Steroidhormone, die in mehreren Schritten unter Beteiligung etlicher Enzyme aus (größtenteils vom Körper selbst hergestelltem) Cholesterin hergestellt werden, und zwar in den Keimdrüsen sowie der Nebennierenrinde. Gesteuert wird die Herstellung von der Hypophyse und dem Hypothalamus im Gehirn. Das Sexualhormonsystem ist so komplex und omnipräsent, dass es sinnlos wäre, ein bestimmtes Gen oder auch nur ein bestimmtes Chromosom für zuständig zu erklären. Einen guten Eindruck vermittelt diese Creative-Commons-Grafik:
Häggström M, Richfield D (2014). „Diagram of the pathways of human steroidogenesis“. Wikiversity Journal of Medicine 1 (1). DOI:10.15347/wjm/2014.005. ISSN 20018762. (Self-made using bkchem and inkscape) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons
Hormon- und Chromosomen-Wirkungen überlagern sich
An der Ausbildung der Unterschiede zwischen den Geschlechtern (beispielsweise in der Muskulatur, im Immunsystem oder im Gehirn, somit auch im Verhalten) sind weitere Gene auf dem X- und dem Y-Chromosom beteiligt, deren Wirkung nicht so gut erforscht ist wie die des Sry-Gens. Dass sie so schwer zu erforschen sind, liegt unter anderem an den Sexualhormonen, vor allem am Testosteron. Es wird bereits ab dem ersten Schwangerschaftsdrittel im Embryo produziert und prägt die gesamte weitere Entwicklung des Organismus dauerhaft. Deswegen lässt sich der reine, unverfälschte Einfluss der Geschlechtschromosomen auch nicht erforschen, indem man die neugeborenen Mäuse kastriert, sodass sie kein Testosteron mehr produzieren: Das Hormon hat dann bereits irreversible Wirkungen gezeitigt.
Selbst wenn die Hormone die geschlechtsspezifischen Effekte der Ablesung von Genen auf den Geschlechtschromosomen nicht überdecken würden, wäre es noch schwer zu ermitteln, ob und wie nun das X- oder das Y-Chromosom für einen Effekt verantwortlich ist. Wenn beispielsweise eine Erkrankung bei Männern häufiger auftritt oder dramatischer verläuft als bei Frauen, liegt das an der Ablesung eines Gens auf dem Y-Chromosom? Oder an der elternspezifischen genomischen Prägung, dem sogenannten parental imprinting, also der Tatsache, dass in allen Zellen eines Mannes das einzige, stets von der Mutter geerbte X-Chromosom aktiv ist (maternal imprinting), während im Körper einer Frau in etwa jeder zweiten Zelle das vom Vater geerbte X-Chromosom abgelesen wird (paternal imprinting)? Oder daran, dass Frauen eben zwei X-Chromosomen haben und damit u. U. über die doppelte Dosis bestimmter (in diesem Beispiel: vor Erkrankung schützender) Gene verfügen, die von der X-Inaktivierung (s. u. ) ausgenommenen sind?
Turner-Frauen, Klinefelter-Männer und der X-Dosis-Effekt
Beim Menschen lassen sich die Effekte der Geschlechtschromosomen und der Sexualhormone nicht entkoppeln, aus ethischen und aus praktischen Gründen. Gewisse Anhaltspunkte lassen sich aber aus der Untersuchung von Menschen ableiten, die nicht über den üblichen Geschlechtschromosomensatz verfügen. In der Fachliteratur werden sie häufig als experiments of nature bezeichnet.
Beim sogenannten Turner- oder Ullrich-Turner-Syndrom fehlt einer Frau eines der beiden X-Chromosomen; ihr Chromosomensatz wird als 45,X0 statt 46,XX notiert. Obwohl die Betroffenen meist ab dem Alter, in dem die Pubertät einsetzen sollte, mit Estrogen behandelt werden, hormonell also „normalen“ Frauen näherstehen als „normalen“ Männern, erkranken sie ähnlich selten wie Männer an bestimmten Autoimmunerkrankungen wie Lupus. Hier kann man einen sogenannten X-Dosis-Effekt vermuten: Irgendein Faktor, der auf dem X-Chromosom codiert ist und bei „normalen“ Frauen auf beiden Exemplaren abgelesen wird, erhöht das Erkrankungsrisiko. Hormonelle Einflüsse sind aber nicht völlig auszuschließen.
Ähnlich sieht es bei Männern aus, die neben ihrem Y-Chromosom zwei X-Chromosomen haben (Chromosomensatz 47,XXY statt 46,XY). Männer mit diesem sogenannten Klinefelter-Syndrom haben ein ebenso hohes Risiko, an Lupus zu erkranken, wie Frauen. Auch das spricht – bei aller Vorsicht wegen der gleichzeitigen Wirkung der Sexualhormone – für einen X-Dosis-Effekt.
Unvollständige X-Inaktivierung
Allerdings ist dieser X-Dosis-Effekt selbst erklärungsbedürftig. Eigentlich besagt das Dogma der X-Inaktivierung: Um die Dosis der vielen nicht für die Geschlechtsentwicklung zuständigen X-chromosomalen Gene zwischen Mann und Frau anzugleichen, wird zu einem frühen Zeitpunkt der Embryonalentwicklung in allen Zellen weiblicher Embryonen eines der beiden X-Chromosomen – und zwar zufällig das von der Mutter oder das vom Vater geerbte Exemplar – inaktiviert, indem es zu einem sehr dichten, nicht mehr ablesbaren Klümpchen verschnürt wird, dem sogenannten Barr-Körperchen. Diese Inaktivierung ist epigenetisch codiert und wird an alle durch die weiteren Zellteilungen entstehenden Tochterzellen weitergegeben. Der Körper einer Frau ist folglich ein Mosaik aus Zellkolonien, in denen das mütterliche, und solchen, in denen das väterliche X-Chromosom ablesbar bleibt.
Aber so einfach ist es nicht. Erstens scheint bei größeren X-Chromosomen-Defekten (etwa fehlenden oder verdoppelten Abschnitten) bevorzugt, d. h. nicht-zufällig, das defekte Exemplar stillgelegt zu werden. Und zweitens gibt es auf dem X-Chromosom eine ganze Reihe von Genen, die sehr wohl von beiden Exemplaren abgelesen werden. Aus dem kompakten Barr-Körperchen ragen Schlaufen nur locker aufgewickelter, sogenannter dekondensierter DNA heraus, an die die Transkriptionsmaschinerie andocken kann. Diese Stellen sind gute Kandidaten für Gene, deren Ablesung Geschlechtsunterschiede bewirkt.
Dann also Mäuse und Ratten
Wie im letzten Artikel erwähnt, lassen sich an Nagetieren (bei allen Unterschieden im Detail) Grundsatzfragen erforschen, die am Menschen niemals zu klären wären – aus ethischen und praktischen Gründen. Zufällig ist das Mäusegenom ähnlich groß wie das Humangenom: Beide umfassen etwa 23.000 bis 24.000 Gene, verteilt auf etwa drei Milliarden Basenpaare. Während Menschen 22 Autosomen-Paare sowie zwei Geschlechtschromosomen haben, verteilt sich das Hausmaus-Genom auf 19 Autosomen-Paare und ein Geschlechtschromosomen-Paar. Laborratten haben neben ihren Geschlechtschromosomen 20 Autosomen-Paare. Die Abstammungslinien der Ratten und der Mäuse haben sich vor 12 bis 24 Millionen Jahren getrennt.
Die einfachsten Experimente kommen ohne genetische Manipulation aus und wurden zum Teil schon vor einem halben Jahrhundert angestellt. Sie machen sich den aus unserer Sicht ungewöhnlichen Aufbau der Mäuse-Gebärmutter zunutze.
Testosteron: Der Positionseffekt
Die Gebärmutter der Maus besteht aus zwei Trakten, sogenannten Hörnern, die sich von den Eileitern bis zur Vagina erstrecken. Die Embryonen (bis zu einem Dutzend) liegen mit jeweils eigener Plazenta in separaten Amnionsäcken aufgereiht, sodass sie bis auf die Endpositionen je zwei Nachbarn haben. Das Testosteron, das die männlichen Embryonen von einem frühen Zeitpunkt an produzieren, diffundiert durch die Gebärmutter auch zu den nächsten Nachbarn hinüber.
Aus dieser Anordnung ergeben sich verschiedene vorgeburtliche Hormonmilieus: Sowohl männliche als auch weibliche Mäusebabies können 0 bis 2 männliche Nachbarn haben und sind entsprechend keinem (0M), wenig (1M) oder viel (2M) geschwisterlichem Testosteron ausgesetzt. Im Blut weiblicher 2M-Embryonen lässt sich deutlich mehr Testosteron und weniger Estrogen nachweisen als in weiblichen 0M-Embryonen.
Weibliche 2M-Embryonen werden zu leicht vermännlichten Weibchen: Ihr Anogenitalabstand (der Abstand zwischen Anus und Genitalöffnung) ist größer als bei den anderen Weibchen, sie sind weniger ängstlich, verteidigen größere Reviere, werden später geschlechtsreif, wirken auf die Männchen weniger attraktiv, haben – unter anderem wegen eines längeren Zyklus – weniger Würfe, sind aber durchaus fruchtbar und verteidigen ihre Jungen energischer gegen Angriffe als die weiblicheren Weibchen. Außerdem scheinen 0M-Weibchen mehr Weibchen und 2M-Weibchen mehr Männchen in die Welt zu setzen.
Es ist anzunehmen, dass auch die genaue Zusammensetzung, die Aktivierungsschwellen und die Reaktionsstärken des Immunsystems bei 2M-Weibchen anders ausfallen als bei 0M-Weibchen, aber das scheint an Mäusen oder Ratten noch nicht näher untersucht worden zu sein. Allerdings belegten andere Versuche, bei denen man neugeborenen Ratten Testosteron in unterschiedlicher Dosis verabreicht hat, eine Vermännlichung des Immunsystems: Die Zahl der CD4+-T-Zellen im Blut sank, und die Zahl der CD8+-T-Zellen sowie der regulatorischen T-Zellen stieg an. (Auch unter uns Menschen ist der CD4/CD8-Quotient, das Zahlenverhältnis der CD4+-T-Zellen zu den CD8+-T-Zellen, bei Männern ein wenig kleiner als bei Frauen.)
Stress wirkt ähnlich
Setzt man trächtige Mäuse hellem Licht oder Hitze oder sozialem Stress durch hohe Besatzdichten der Käfige aus, so hat das auf ihre Jungen ähnliche Auswirkungen wie das Testosteron benachbarter männlicher Embryonen: Ihre Töchter haben einen größeren Anogenitalabstand und – wie die gestressten Mütter selbst – mehr Testosteron im Blut als sonst.
Einer beliebten evolutionsbiologischen Hypothese zufolge ist das kein Zufall, sondern eine Anpassung an schwankende Umweltbedingungen: In bereits dicht besiedelten, mithin stressigen und ressourcenarmen Gebieten geborene Weibchen sind auf diese Weise aggressiver, neigen zur Abwanderung, haben weniger Würfe und bekommen mehr männliche als weibliche Junge, was die Überlebenschancen des Nachwuchses steigern dürfte. In weniger dicht besiedelten Lebensräumen, also unter weniger stressigen Bedingungen ausgetragene Weibchen entsprechen eher dem 0M-Typ, sind für die Männchen attraktiver, bekommen früher und mehr Junge, unter denen überproportional viele weitere „weibliche Weibchen“ sind, die ungern abwandern. So wächst die Population schnell an.
Insgesamt scheint das System der 0M-, 1M- und 2M-Babies die Flexibilität der Tiere bei der Anpassung an unterschiedliche Umwelten und Selektionsdrücke zu gewährleisten. Da mit der örtlichen Populationsdichte auch der Pathogendruck steigt, also mehr und andere Infektionen drohen als in dünn besiedeltem Gebiet, ist anzunehmen, dass diese Variabilität auch das Immunsystem umfasst.
Genetisch veränderte Mäuse: vier Kern-Genotypen
Aber welchen hormonunabhängigen Einfluss nehmen unsere Geschlechtschromosomen auf die Ausprägung der sekundärer und tertiärer Geschlechtsmerkmale, und wie führt das zu Geschlechtsunterschieden bei Erkrankungsrisiken? Um die Wirkung der Hormone von der Wirkung X- und Y-chromosomaler Gene außerhalb der Keimdrüsen zu trennen, muss man in das Genom der Mäuse eingreifen.
Dazu kann man zum Beispiel auf eine spontane Mutation zurückgreifen, die das Sry-Gen (und wohl nur dieses) aus dem männlichen Geschlechtschromosom der Maus entfernt. Dieser Geschlechtschromosomensatz wird als XY– bezeichnet. In einem zweiten Schritt fügt man bei einem Teil der Tiere ein Sry-Gen auf einem der Autosomen, also der Nicht-Geschlechtschromosomen ein. Das Y-Chromosom ist nun nicht mehr für die Entwicklung der Keimdrüsenanlagen zu Hoden zuständig. Man erhält vier Genotypen:
Daher werden diese Mäuse als FCG mice (für four core genotypes) bezeichnet. In den meisten Versuchen kastriert man die Tiere, sobald sie geschlechtsreif sind; d. h. man entfernt die Keimdrüsen, um akute Auswirkungen der Sexualhormone auszuschließen, insbesondere die Beeinflussung der Ablesung aller möglicher Gene. Damit verringern sich die Unterschiede zwischen den Geschlechtern, aber sie verschwinden nicht, da die Keimdrüsen und ihre Hormone die Organe und Gewebe der Tiere bis zum Zeitpunkt der Kastration irreversibel geprägt haben.
Der Vergleich der beiden F-Typen mit den beiden M-Typen, also der Mäuse ohne und mit Sry-Gen, offenbart die Auswirkungen der in den Keimdrüsen produzierten Sexualhormone – u. U. vermischt mit weiteren, nicht über die Hormone vermittelten Auswirkungen des Sry-Gens. Der Vergleich der beiden XX-Typen mit den beiden XY-Typen liefert dagegen Informationen über geschlechtschromosomale Effekte.
Dabei zeigt sich zum Beispiel, dass bei bestimmten Mäusestämmen mit einer angeborenen Neigung zu den Autoimmunerkrankungen XX-Tiere mit höherer Wahrscheinlichkeit tatsächlich erkranken als XY-Tiere, und zwar unabhängig davon, ob sie mit männlichen oder mit weiblichen Keimdrüsen zur Welt gekommen sind.
Geschlechtschromosomen-Effekt beim Mausmodell für Multiple Sklerose
Ein Forscherteam um Rhonda R. Voskuhl versucht seit über einem Jahrzehnt, anhand von FCG-Mäusen zu ergründen, ob es an den Sexualhormonen oder an den sonstigen Wirkungen der Geschlechtschromosomen liegt, dass einerseits so viel mehr Frauen als Männer Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose (MS) oder Lupus bekommen, die Krankheiten andererseits bei männlichen Patienten oft dramatischer verlaufen als bei Frauen. Bereits 2005 stellten sie fest, dass bei einem Mausmodell für MS, nämlich der experimentellen Autoimmun-Enzephalitis (EAE), das männliche Sexualhormon Testosteron die Autoimmunreaktion auf das verabreichte Autoantigen hemmt: Es verlangsamt die Vermehrung autoreaktiver Immunzellen und senkt in den Lymphknoten die Konzentration der Botenstoffe TNFα, IFNΥ und IL-10. Bei kastrierten Männchen und Weibchen fiel der Unterschied geringer aus, aber er blieb erhalten. Das konnte entweder ein langfristiger Testosteroneffekt sein, etwa eine entzündungshemmende Prägung des Immunsystems oder des von der Erkrankung betroffenen Gewebes, oder ein hormonunabhängiger Geschlechtschromosomen-Effekt.
Um das zu klären, kreuzte das Team die oben eingeführten vier Genotypen in ein Mausmodell für MS ein. Bei Mäusen mit Keimdrüsen konnten sie keinen Einfluss der Geschlechtschromosomen auf die Stärke der Autoimmunreaktion feststellen, da die akute Hormonwirkung alles überdeckte. Bei Mäusen mit weiblichen Keimdrüsen, die eine Woche vor der Verabreichung des Autoantigens kastriert wurden, tat sich ein Unterschied auf: „Normale“ Weibchen (XXF) reagierten schwächer auf das Autoantigen als Weibchen mit Y–-Chromosom (XYF = XY–). In den Tieren mit einem Y–-Chromosom vermehrten sich die Immunzellen nach der Stimulation durch das Autoantigen stärker, und sie hatten mehr TNFα, IFNΥ und IL-10 im Blut. Bei kastrierten XXM- und XYM-Mäusen war es genauso, allerdings nur, wenn zwischen Kastration und Autoantigen-Gabe genug Zeit verstrich, um das restliche Testosteron im Körper abzubauen, das andernfalls den Effekt überdeckte.
Damit war klar: Die schwächere Autoimmunreaktion der Männchen im ersten Teil des Experiments war auf die langfristigen Nachwirkungen des Testosterons zurückzuführen und nicht auf eine Schutzwirkung der Geschlechtschromosomen, denn diese wirken genau umgekehrt: Ein Y-Chromosom verstärkt die Autoimmunreaktionen – oder zwei X-Chromosomen schwächen sie ab. Die gegenläufige Wirkung von Testosteron und Geschlechtschromosomen in Männchen tauften die Autoren „Yin-Yang effect“. Nun ja.
Unklar blieb zunächst, welches der drei oben genannten Szenarien hinter der stärkeren, zur beschleunigten Neurodegeneration führenden Immunreaktion bei chromosomal männlichen Mäusen mit experimenteller Autoimmun-Enzephalomyelitis steckt: bestimmte Gene auf dem Y-Chromosom, die höhere X-Chromosomen-Dosis in den XX-Mäusen oder die genomische Prägung (parental imprinting).
Ein X-Dosis-Effekt in den Immunzellen
Weitere, ähnlich angelegte Versuche desselben Teams am selben Mäusestamm erbrachten verwirrende Ergebnisse: Die Autoimmun-Enzephalitis verlief bei kastrierten XX-Tieren (mit oder ohne Sry) nicht etwa leichter, sondern klinisch schwerer als bei kastrierten XY–-Tieren. Das lag offenbar nicht an einer größeren Empfindlichkeit ihres zentralen Nervensystems für Immunreaktionen, sondern an den Autoantigen-stimulierten Immunzellen, die, wenn sie aus chromosomal weiblichen Tieren stammten, mehr Schaden anrichteten als bei einer Herkunft aus chromosomalen Männchen.
Dasselbe galt für ein anderes Mausmodell, bei dem die Tiere eine Lupus-ähnliche Autoimmunkrankheit bekommen, wenn man ihnen die Chemikalie Pristan injiziert: Tiere mit einem XX-Chromosomensatz hatten schlechtere Überlebenschancen als solche mit XY-Chromosomensatz. Bei diesen Versuchen wirkten Ying (Testosteron) und Yang (XY-Chromosomensatz) in den Männchen also nicht gegenläufig, sondern in dieselbe Richtung.
Woran lag’s? In kastrierten XY–-Tieren waren die Konzentrationen der an Th2-Immunreaktionen beteiligten Zytokine IL-5, IL-10 und IL-13 sowie in geringerem Ausmaß auch die Konzentrationen der Th1-Zytokine TNFα und IFNΥ höher als in kastrierten XX-Tieren. Zugleich exprimieren viele Immunzellen (vor allem Makrophagen und dendritischen Zellen) in XY–-Mäuse das auf dem X-Chromosom angesiedelte Gen IL-13Rα2 schwächer als XX-Mäuse. Das Gen codiert einen Interleukin-Rezeptor, der als sogenannter decoy receptor Th2-Zytokine „ködern“ oder einfangen und damit unwirksam machen kann.
Den Zellen der XX-Mäuse stehen wegen der stärkeren IL-13Rα2-Ablesung also weniger Th2-Zytokine zur Verfügung, die Autoimmunreaktionen eindämmen können und damit vor experimenteller Autoimmun-Enzephalitis schützen. Auch bei anderen Mausmodellen für entzündlichen Erkrankungen mit Immunsystem-Überreaktion wurde eine selektive Erhöhung der IL-13Rα2-Expression nachgewiesen. Am einfachsten lässt sich die höhere Dosis des (zumindest in diesem Kontext) schädlichen Köder-Rezeptors mit einer unvollständigen X-Chromosom-Inaktivierung in XX-Mäusen erklären. Demnach handelt es sich um einen X-Dosis-Effekt.
Chimären
Es ist bekannt, dass im Gehirn besonders viele der Gene auf den Geschlechtschromosomen, insbesondere auf dem X-Chromosom, exprimiert werden. Daher wollte das Forscherteam in weiteren Versuchen klären, ob und wie die Geschlechtschromosomen neben der Stärke der Autoimmunreaktionen auch die Empfindlichkeit des zentralen Nervensystems für Beschädigungen durch diese Immunreaktionen beeinflussen.
Diese Frage klärten sie mit einem weiteren Mausmodell: Knochenmark-Chimären. Durch Bestrahlung zerstörten sie das Knochenmark und damit das Immunsystem von XX- und XY–-Mäusen, die beide mangels Sry-Gen weibliche Keimdrüsen und entsprechend ein hormonell weiblich geprägtes zentrales Nervensystem hatten. Dann ersetzten sie es durch Knochenmark (und somit Immunsystem-Stammzellen) aus XX- oder XY–-Mäusen. So entstanden vier Kombinationen:
Ein Parental-Imprinting-Effekt im zentralen Nervensystem
Durch die Verabreichung von Antigenen wurde das Immunsystem dieser Chimären zu Autoimmunreaktionen im zentralen Nervensystem angeregt. Die Autoimmun-Enzephalitis verlief im XY–-Gehirn dramatischer als im XX-Gehirn: Die Tiere konnten sich bald schlechter bewegen, ihre Nervenzellen hatten weniger intakte Myelinscheiden und Axone, und im Kortex waren mehr Synapsen verloren gegangen.
In den Kortex-Neuronen von XY–-Gehirnen wurde auch der Rezeptor Tlr7 stärker exprimiert, der eine solche Neurodegeneration fördert. Die Geschlechtschromosomen-Ausstattung des Immunsystems dieser Mäuse beeinflusste den Effekt nicht. Das Gen Tlr7 liegt auf dem X-Chromosom; am Y-Chromosom kann es also nicht liegen. Ein X-Dosis-Effekt kann es auch nicht sein, denn dann müsste das Gen in XX-Mäusen stärker exprimiert werden.
Aber ein X-Chromosomen-Gen, das je nach seiner Herkunft (Mutter oder Vater) und seiner entsprechenden epigenetischen Markierung, also dem parental imprinting, unterschiedlich stark inaktiviert wird, kann den Effekt erklären. Alle X-Chromosomen in den XY–-Mäusen stammen von der Mutter, da das Y-Chromosom nur vom Vater kommen kann. Aber nur etwa Hälfte aller Zellen in XX-Mäusen exprimiert das mütterliche Tlr7-Gen; in der anderen Hälfte stammt das Gen vom Vater. Wenn die epigenetische Markierung auf dem väterlichen X-Chromosom die Stilllegung dieses Gens fördert, verfügen XX-Mäuse insgesamt über weniger Tlr7 als XY–-Mäuse, deren Nervensystem folglich stärker degeneriert.
Ich mach mir die Maus, widewide wie sie mir gefällt?
Es gibt noch radikalere Versuche, den störenden Einfluss der Sexualhormone auf die Analyse der geschlechtschromosomalen Effekte auszuschließen: In den Embryonen der sogenannten SF1 knockout mouse verhindert eine Mutation im Gen SF1 (für steroidogenic factor 1) die Bildung von Keimdrüsen- und Nebennieren-Anlagen. Auch Teile des Hypothalamus und Hypophyse entwicklen sich nicht normal. Vor allem wegen der fehlenden Nebennierenrinde, dem Produktionsort der Corticosteroide, sterben die Tiere kurz nach der Geburt – es sei denn, man injiziert ihnen sofort Glucocorticoide und implantiert ihnen dann Nebennierenrinden-Gewebe aus intakten Mäusen.
Auch bei diesen Kreaturen unterscheiden sich die „Geschlechter“ (sofern man keimdrüsen- und sexualhormonlose Tiere mit XX- und mit XY-Chromosomen so nennen möchte) noch ein wenig, unter anderem im Körpergewicht und in der Expression eines Enzyms in einigen limbischen Gehirnstrukturen. Ob auch ihr Immunreaktionen Unterschiede aufweist, weiß ich nicht. Aber die Ergebnisse wären ohnehin sehr schwer zu interpretieren, denn diese Geschöpfe haben so viele Defekte, dass sich aus ihnen m. E. nicht viel über normale Säugetiere lernen lässt.
Und als wäre das alles nicht schon kompliziert und entmutigend genug, gibt es ein weiteres Mausmodell für Multiple Skerose, den C57BL/6-Stamm, bei dem die experimentelle Autoimmun-Enzephalitis bei Männchen und Weibchen und auch bei kastrierten Tieren mit allen vier Kern-Genotypen gleich häufig auftritt.
Zusammenfassung: Es ist kompliziert
Man kann also allerlei Mäuse züchten, Puzzle-artig zusammensetzen, zurichten, retten und opfern, um die normalerweise eng verwobenen, zum Teil gegenläufigen Effekte von Sexualhormonen, Geschlechtschromosomen-Genen und epigenetischen Markierungen dieser Gene voneinander zu trennen. Solche Experimente können beliebig kompliziert und artifiziell werden, liefern aber wichtige Hinweise auf mögliche Gründe für Geschlechtsunterschiede bei Autoimmunerkrankungsrisiken.
Leider lautet die Hauptbotschaft dieser Versuche: Es gibt keine einfache Antwort. Sexualhormone wirken sowohl lang- als auch kurzfristig, und zwar unter anderem auf das Immunsystem und auf das Gehirn. Die Geschlechtschromosomen beeinflussen ebenfalls verschiedene Systeme, darunter wiederum Immunsystem und Gehirn, und wirken den Sexualhormonen zum Teil entgegen. Darüber hinaus wirken sie auch von Organ zu Organ unterschiedlich – und über verschiedene Mechanismen, etwa X-Dosis und parentales Imprinting. Bei einigen Mausmodellen für Autoimmunerkrankungen scheinen diese Mechanismen jedoch keine Rolle zu spielen – oder sich gegenseitig aufzuheben. Und das heißt: Man muss eben doch jede Autoimmunerkrankung einzeln untersuchen, an Mäusen, aber auch an Menschen.
Literatur:
Ältere Blogbeiträge mit Literaturzusammenfassungen:
Am Ende des letzten Beitrags habe ich das Protein HLA-G erwähnt, mit dem der Trophoblast – die Kontaktfläche des Embryos zum mütterlichen Gewebe – die Immunzellen in der Gebärmutter friedlich stimmt und für die nötigen Umbaumaßnahmen im Adernetz rekrutiert.
Die klassischen HLA-Moleküle wie HLA-A sind extrem polymorph, d. h. es gibt zahlreiche leicht unterschiedliche Varianten, da diese Moleküle die Aufgabe haben, Abermillionen unterschiedlicher Antigen-Bruchstücke zu binden und den Immunzellen zu präsentieren. HLA-G weist einen viel geringeren Polymorphismus auf und hat entsprechend andere Funktionen. Sein Gen liegt – wie das von HLA-A – im Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) auf Chromosom 6. Man kennt vier membrangebundene Formen (G1 bis G4) und drei lösliche (G5 bis G7).
Die 7 Isoformen von HLA-G und ein HLA-G5-Dimer
Die membrangebundenen Formen können aber durch Enzyme von der Zelloberfläche abgeschnitten werden und den Zellen dann ebenfalls als lösliche Signalstoffe dienen. Einige der Formen können sich zu Dimeren zusammenlagern (s. Abb.: unten ein Dimer aus zwei HLA-G5-Molekülen).
Neulich las ich, dass selbst schwaches Nachtlicht eine Brustkrebstherapie u. U. wirkungslos machen kann, weil das Licht die nächtliche Melatoninproduktion stört, was wiederum die Tumorzellen stärkt. Beim Nachrecherchieren führte eins zum anderen, und zack: Schon muss das Autoimmunbuch um ein Kapitel erweitert werden. Wie die sogenannte circadiane Rhythmik – das Schwingen aller möglicher Abläufe in unserem Körper mit einer Periode von etwa 24 Stunden – und der nächtliche Schlaf unser Immunsystem regeln, ist nämlich hochspannend und auch für Autoimmunerkrankungen relevant.
Von dem Dutzend Arbeiten, die ich zum Thema gelesen habe, empfehle ich vor allem die Übersicht „T Cell and Antigen Presenting Cell Activity During Sleep“ von Tanja Lange und Jan Born (2011), auf der die meisten der folgenden Abbildungen basieren.
Wie stellt das Immunsystem sicher, dass sich entzündungsfördernde und entzündungshemmende Signale, die angeborene und die erworbene Abwehr sowie der Th1- und der Th2-Arm der erworbenen Abwehr nicht ins Gehege kommen? Durch räumliche und zeitliche Trennung: Der Tag gehört den entzündungshemmenden Signalen, der angeborenen Abwehr und denjenigen Zellen der erworbenen Abwehr, die Pathogene unmittelbar bekämpfen: den zytotoxischen T-Zellen. Und in der Nacht – vor allem, wenn man schläft und nicht durchwacht – dominieren Entzündungsreaktionen, die uns tags bei lebensnotwendigen Aktivitäten stören würden. Außerdem wird nachts durch die Kontakte zwischen antigenpräsentierenden Zellen und T-Helferzellen das immunologische Gedächtnis angelegt.
Hormone aus der Zirbeldrüse und der Hypophyse im Gehirn sowie aus der Nebennierenrinde, deren Ausschüttung von der zentralen inneren Uhr im Hypothalamus gesteuert wird, sorgen dafür, dass die richtigen Zellpopulationen zu jeder Zeit am richtigen Ort sind – also im Blut, im Lymphsystem, im peripheren Gewebe oder im Knochenmark. Die zentrale innere Uhr basiert auf einer Handvoll Gene, deren Ableseprodukte (die Proteine PER, CRY, REV-ERB, ROR, CLOCK und BMAL) wechselseitig ihre eigene Ablesung ein- und ausschalten. Ohne äußere Impulse oszilliert diese Rückkopplung mit einer Periode von etwas mehr als 24 Stunden. Durch Tageslichtsignale – von Nervenzellen in der Netzhaut an den Hypothalamus übermittelt – wird sie auf genau 24 Stunden eingestellt.
Die zentrale Uhrzeit wird vor allem durch das Zirbeldrüsen-Hormon Melatonin an die Zellen im gesamten Körper übermittelt. Die Melatoninkonzentration ist mitten in der Nacht am höchsten, fällt noch in der Nacht steil ab und bleibt tags sehr niedrig, bis sie abends wieder anzusteigen beginnt:
In dieser und den folgenden Abbildungen ist die Konzentration im Blut während etwas mehr als 24 Stunden dargestellt, beginnend mit dem Abend eines Tages bis zum Abend des nächsten Tages. Die beiden senkrechten Linien markieren die Nacht, in der man idealerweise zwischen 23 und 7 Uhr schläft. In der ersten Nachthälfte gerät man in den Tiefschlaf, hier wegen der englischen Bezeichnung slow-wave sleep als SWS bezeichnet. Diese Schlafphase ist für die Regelung des Immunsystems entscheidend.
Skizze fürs Buch; Erläuterung folgt dort:
So, puh: der lymphoide Ast des hämatopoetischen Stammbaums, wie er sich nach Lektüre zahlreicher frischer Artikel darstellt. Erläuterungen folgen im Buch – obwohl das alles zum Zeitpunkt der Drucklegung wahrscheinlich schon wieder überholt ist.
P. K. Mishra et al.: Prevention of type 1 diabetes through infection with an intestinal nematode parasite requires IL-10 in the absence of a Th2-type response. Mucosal Immunology, 18. Juli 2012, doi: 10.1038/mi.2012.7
Notizen noch nicht allgemeinverständlich zusammengefasst
Abstract: Wurminfektionen können Typ-1-Diabetes verhindert; Mechanismen noch unklar. Hier wurden NOD-Mäuse (Tiermodell für Typ-1-Diabetes), die kein Interleukin 4 produzieren können (IL-4-/-), im Alter von 5-7 Wochen mit dem Darmparasiten Heligmosomoides polygyrus infiziert und anschließend entwurmt. Im Unterschied zu den nicht infizierten Tieren entwickelten die meisten von ihnen bis zur 40. Lebenswoche keinerlei Anzeichen für Typ-1-Diabetes oder eine Schädigung der Betazellen in der Bauchspeicheldrüse. Die CD4+-STAT6-Phosphorylierung (also der IL-4/IL-13-Signalweg) war unterbunden, die CD4+-STAT1-Phosphorylierung (also die IFN-γ-Produktion) nicht. In FoxP3–-CD4+-T-Zellen war die IL-10-Produktion stark erhöht.
Blockierte man die IL-10-Signalgebung in den NOD-IL-4-/--Mäusen, so wurden die Betazellen zerstört, und die Tiere bekamen Typ-1-Diabetes. NOD-Mäuse, die IL-4 herstellen konnten, blieben dagegen auch bei einer IL-10-Signalblockade gesund. Ein Transfer jener CD4+-T-Zellen aus infizierten NOD-IL-4-/--Mäusen, die offenbar primär für die erhöhte IL-10-Produktion verantwortlich sind, in nicht infizierte NOD-IL-4-/--Mäuse verhinderte deren Erkrankung. Diese Zellen sind keine klassischen regulatorischen T-Zellen oder Tregs (kaum FoxP3). Weiterlesen
Jose U. Scher und Steven B. Abramson: The microbiome and rheumatoid arthritis. Nature Reviews Rheumatology 7, 2011, 569-578, doi: 10.1038/nrrheum.2011.121 (Open Access)
(Notizen nicht allgemeinverständlich aufbereitet; Abstract bereits im Artikel über Zusammenhänge zwischen Parodontitis und AIE zusammengefasst)
Die Bakterien in unserem Darm wiegen etwa 3 Pfund. Rheumatoide Arthritis (RA) ist chronische, unheilbare Erkrankung mit komplexem genetischen Hintergrund. Genetische Risikoallele (per GWAS ermittelt) erklären bislang nur 16% der Krankheitsvarianz; davon entfallen 12% auf die MHC-Klasse-II-Region. Konkordanz bei eineiigen Zwillingen maximal 15%; das ist nicht viel mehr als in der Allgemeinbevölkerung.
Hypothese, das RA in Amerika entstand: Verbreitung in der Welt könnte der Ausbreitung eines Umweltfaktors wie eines Pathogens oder einer bestimmten mirkobiomverändernden Kost gefolgt sein. Indizien: Rubens (frühes 17. Jh., also nach der Entdeckung Amerikas) litte selbst unter schwerer RA und malte die ersten Gemälde, auf denen recht eindeutig Leute mit RA zu sehen sind. 6 Skelette aus Nordwest-Alabama, die aus der Zeit von 6000 bis 3000 v. Chr. stammen, zeigen Symptome, die auf RA zurückzuführen sein könnten (symmetrische, erosive, periphere Polyarthritis ohne Einbeziehung der Wirbelsäule oder der äußersten Fingergelenke). In alten Skeletten aus der alten Welt gibt es keinerlei Hinweise auf RA. Höchste RA-Prävalenz bei Indianern wie den Chippewa, Pima und Tiglit. In Populationen aus dem Subsahara-Afrika und Asien, die erst spät mit Europäern in Kontakt kamen, ist RA viel seltener. Insgesamt scheinen die RA-Inzidenzen proportional zum steigenden Einsatz von Antibiotika in der 1. Hälfte des 20. Jh. gesunken zu sein; neuerdings Stabilisierung. [Es gibt aber auch Arbeiten, in denen von steigenden Inzidenzen die Rede ist – AK] Weiterlesen