Eine Reise durch die Physiologie

XVI.      XVII. Abwehrvorgänge (Immunologie)       XVIII.


Abwehrstrategien, mikrobielle Besiedelung des Körpers

Funktionen des angeborenen Immunsystems

Phasen der spezifischen Immunabwehr

B-Zellen und Antikörper

MHC-System und Antigenpräsentation

T-Zellen und Zytokine

Lymphoidale Organe und Lymphozyten-'trafficking'

Antigenpräsentierende Zellen; Mikroglia

Möglichkeiten der Untersuchung des Immunsystems



"Immun" bedeutet unangreifbar. Das Immunsystem schützt vor äußeren (Schadstoffe, Infektionserreger, Parasiten) und inneren Herausforderungen (aus dem Ruder gelaufene eigene Zellen), indem es sie inaktiviert und so weit abbaut, dass die harmlos sind bzw. eliminiert werden können. Es kann aber auch zu einer potenziellen Bedrohung werden (Autoimmunerkrankungen). Hohe Komplexität und Anpassungsfähigkeit sind notwendig, um auf ständig wechselnde Umstände adäquat zu reagieren.

Zum Zeitpunkt der Geburt ist das Neugeborene zwar noch über das Immunsystem seiner Mutter (Antikörper in Blut, Milch) geschützt, sein Immunsystem ist aber im Wesentlichen angelegt - bis in die frühe Jugend expandiert es weiter und funktioniert dann bis ins hohe Alter.

Das angeborene Immunsystem hat phagozytierende Zellen (Granulozyten, Monozyten, Makrophagen), die pathogenspezifische Strukturen (invariante Rezeptoren, z.B. auf Bakterien) erkennen und erste Abwehrreaktionen starten. Phagozyten setzen dabei auch Stoffe frei, welche Lymphozyten unterstützen - die Systeme kooperieren. Lymphozyten gehören zum adaptiven Immunsystem; es erkennt mittels Rezeptoren (lösliche oder zellständige Antikörper) bestimmte Molekülstrukturen (Antigene) und reagiert darauf in spezifischer Weise. Das adaptive System eines Organismus kann zwischen mehr als 1012 unterschiedlichen antigenen Strukturen differenzieren. Diese Vielfalt der Rezeptoren ist möglich durch freie Kombination aus verschiedenen Genelementen (somatische Hypermutation).

Lymphozyten werden eingeteilt in B-Zellen, die im Knochenmark (bone marrow), und T-Zellen (Helfer-  und zytotoxische), die im Thymus geprägt werden. Antikörperbildende B-Zellen verfügen über eine ausgeprägte Proteinsynthese-Maschinerie und heißen Plasmazellen. Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) verfügen über aktivierende und inhibierende Rezeptoren, deren Aktivitätsgleichgewicht über eine allfällige Aktivierung des eingebauten "Kill"-Mechanismus entscheiden: Aktivierende Rezeptoren erkennen Oberflächenmoleküle infizierter oder DNS-beschädigter Zellen, inhibierende erkennen (von gesunden Zellen exprimierte) MHC-I-Moleküle.

Die Aktivität von NK-Zellen richtet sich gegen infizierte oder Tumorzellen - ohne vorangegangenen Antigenkontakt.

Humorale Faktoren im Immunsystem werden eingeteilt in Zytokine, Antikörper, und das Komplementsystem. Zytokine sind hormonähnliche Substanzen, die auto-, para- und endokrin wirken können. Zu ihnen zählen u.a. Interleukine (IL), Wachstumsfaktoren, Interferone, Akutphasenproteine. Zytokine koordinieren verschiedenste Vorgänge innerhalb des Immunsystems und auch darüber hinausgreifend (z.B. Blutbildung). Sie können (wie Hormone) nur über spezifische Rezeptorstrukturen (Zytokinrezeptoren) zur Wirkung kommen.

Antikörper gibt es in mehreren Klassen: Die immunologische Erstantwort auf einen Antigenkontakt bildet - gegen Erreger besonders wirksames - IgM (Ig = Immunglobulin). Wiederholter Kontakt mit dem Antigen führt zur Bildung von IgG (dringt besser ins Gewebe ein), IgA (wird über Schleimhäute sezerniert) und IgE (wirkt gegen Parasiten).

Das Komplementsystem lockt Leukozyten ins Gewebe (Chemotaxis), bewirkt durch aktiviertes IgG oder IgM (komplementbindende Antikörper) die Auflösung (Lyse) angegriffener Zellen, und löst Reaktionen an glatter Muskulatur aus (Vasodilatation, Bronchokonstriktion). Das Komplementsystem bildet Konvertasen, die Effektormoleküle freisetzen - Chemokine (locken Abwehrzellen an), Opsonine (erleichtern die Phagozytose), porenbildende Eiweiße (MAC, membrane attack complex) - und helfen so, Pathogene zu eliminieren.
T-Zellen erkennen antigene Proteine nur, wenn sie durch andere Zellen "vorverdaut" und auf Molekülen des Histokompatibilitätskomplexes (HLA) - HMC-Klassen (major histocompatibility complex) I (HLA-A, HLA-B, HLA-C) und II (HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP) - dargereicht werden (Antigenpräsentation).
Bestimmte HLA-Kombinationen heißen Haplotypen; sie sind genetisch vererbbar (und erklären familiäre Häufung von Autoimmunerkrankungen).

Zytotoxische und Helfer-T-Zellen reagieren mit unterschiedlichen HLA-Molekülen:

  Zytotoxische erkennen 8-10 Aminosäuren lange Antigenbruchstücke auf MHC-Klasse I-Molekülen (auf fast allen Körperzellen) in Kombination mit dem Korezeptor CD8 - sie erkennen so z.B. virusinfizierte Zellen: "Intrazelluläre Überwachung"
  Helferzellen erkennen 12-25 Aminosäuren lange Antigenbruchstücke auf MHC-Klasse II-Molekülen (auf Immunzellen) in Kombination mit dem Korezeptor CD4 - an antigenpräsentierenden Zellen (dendritische Zellen, Makrophagen), die aus ihrer Umgebung Verdächtiges phagozytiert haben: "Extrazelluläre Überwachung"

Helferzellen sezernieren bei ihrer Aktivierung unterschiedliche Mediatostoffe und werden dementsprechend in Subpopulationen gruppiert:

Th-1-Lymphozyten setzen Zytokine frei, bekämpfen Viren und Bakterien, regen verschiedene Immunzellen an und hemmen Th-2-Lymphozyten
Th-2-Lymphozyten hemmen Th-1-Lymphozyten und Entzündungsvorgänge, sie wirken gegen Infektionen im Darmbereich. Als Th1/Th2-Balance bezeichnet man die wechselseitige Hemmung von Th-1- und Th-2-Lymphozyten
Treg-Lymphozyten (früher: Suppressor-T-Zellen) dämpfen Immunantworten und erhalten die Autoimmuntoleranz, verhindern also Autoimmunerkrankungen
Th-17-Lymphozyten haben regulierende und pathogen-bekämpfende Eigenschaften; bei Überaktivität können sie Autoimmunerkrankungen auslösen

Meist arbeiten mehrere Komponenten des angeborenen und des adaptiven Immunsystems zusammen, ergänzen und/oder kontrollieren einander gegenseitig. Insgesamt macht die Komplexität dieses stark vermaschten Systems, dessen Funktionsweise von Fall zu Fall unterschiedliche Eigenheiten entwickeln kann, Prognosen über individuelle Krankheitsverläufe nicht gerade einfach.

© H. Hinghofer-Szalkay