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Überblick über das Immunsystem

Von

Peter J. Delves

, PhD, University College London, London, UK

Inhalt zuletzt geändert Jan 2017
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Das Immunsystem ist in der Lage, zwischen „selbst“ und „nicht selbst“ zu unterscheiden und eliminiert potenziell schädliche fremde Moleküle und Zellen aus dem Körper. Darüber hinaus erkennt und zerstört es abnormale Zellen körpereigenen Gewebes. Jede Substanz, die vom Immunsystem erkannt werden kann, wird als Antigen (Ag) bezeichnet.

Die Haut, Hornhaut und Schleimhaut der Atemwege, des Gastrointestinal- und Urogenitaltrakts bilden eine physische Barriere, die dem Körper als erste Abwehr dient. Einige dieser Barrieren haben auch aktive Immunfunktionen:

  • Die äußeren Keratinozyten der Haut z. B. sezernieren antimikrobielle Peptide (Defensine) und talg- sowie schweißbildende Drüsen sondern Mikroben-hemmende Substanzen ab (z. B. Milchsäure, Fettsäuren). In der Haut finden sich auch verschiedene Zellen des Immunsystems (z. B. Mastzellen, intraepitheliale Lymphozyten, Ag-präsentierende Langerhans-Zellen).

  • Die Schleimhaut der Atemwege sowie des Gastrointestinal- und Urogenitaltrakts enthält antimikrobielle Substanzen wie Lysozym, Laktoferrin und sekretorische IgA-Antikörper (SIgA).

Das Durchbrechen der anatomischen Barrieren kann zwei unterschiedliche Immunantworten auslösen:

  • Angeboren

  • Erworben

Viele molekulare Komponenten (z. B. Komplement, Zytokine, Akute-Phase-Proteine) sind sowohl an der angeborenen als auch der erworbenen Immunität beteiligt.

Angeborene Immunität

Angeborene (natürliche) Immunität erfordert keine frühere Exposition mit einem Antigen (d. h. immunologisches Gedächtnis), um wirksam zu sein. So kann es sofort auf einen Eindringling reagieren. Es erkennt eher großflächig verteilte Antigen-Moleküle als dass es spezifisch für einen Organismus oder eine Zelle ist.

Zu den Komponenten gehören

  • Fresszellen

  • Angeborene lymphoide Zellen (z. B. natürliche Killer [NK] -Zellen)

  • Polymorphkernige Leukozyten

Fresszellen (Neutrophile im Blut und Gewebe, Monozyten im Blut, Makrophagen im Gewebe) nehmen eindringende Antigene auf und zerstören sie. Ein Angriff von Phagozyten wird ermöglicht, wenn Antigene (Ags) mit Antikörpern (Ak) umhüllt sind, die als Teil der erworbenen Immunität produziert werden oder wenn Komplementproteine die Ags ummanteln.

Natürliche Killerzellen töten Virus-infizierte Zellen und einige Tumorzellen ab.

Polymorphonukleäre Leukozyten (Neutrophile, Eosinophile, Basophile, Mastzellen) und mononukleäre Zellen( (Monozyten, Makrophagen, Mastzellen) setzen Entzündungsmediatoren frei.

Die erworbene Immunität

Erworbene (adaptive) Immunität bedarf der vorherigen Exposition gegenüber eines Antigens und braucht somit Zeit, um sich nach der ersten Begegnung mit einem neuen Eindringling zu entwickeln. Danach ist Antwort schnell. Das Immunsystem merkt sich die letzten Expositionen und reagiert Ag-spezifisch.

Zu den Komponenten gehören

  • T-Zellen

  • B-Zellen

Die erworbene Immunität

B-Zellen und T-Zellen arbeiten zusammen, um Eindringlinge zu zerstören. Antigenpräsentierende Zellen sind notwendig, um Ags an T-Zellen abzugeben.

Immunantwort

Für eine erfolgreiche Immunabwehr sind Aktivierung, Regulierung und Rückbildung der Immunantwort erforderlich.

Aktivierung

Das Immunsystem wird aktiviert, wenn ein Fremdantigen (Ag) durch zirkulierende Antikörper (Abs) oder Zelloberflächenrezeptoren erkannt wird. Diese Rezeptoren können sein

  • Hochspezifisch (Ak auf B-Zellen oder T-Zell-Rezeptoren)

  • Grob spezifisch (z. B. Mustererkennungs-Rezeptoren wie Toll-like, Mannose und Scavenger-Rezeptoren auf dendritischen Zellen und andere).

Grob spezifische Rezeptoren erkennen allgemeine mikrobielle pathogen-assoziierte molekulare Muster in Liganden, wie gramnegative Lipopolysaccharide, grampositive Peptidoglykene bakterielle Flagellin nicht methylierten Zytosin-Guanosin-Dinukleotide (CpG-Motive) und virale doppelsträngige RNA. Diese Rezeptoren können auch Moleküle erkennen, die von gestressten oder infizierten menschlichen Zellen produziert werden (sogenannte schädigungsassoziierte molekulare Muster).

Eine Aktivierung findet auch statt, wenn Ak-Ag- und Komplement-Mikroorganismus-Komplexe sich an Oberflächenrezeptoren für den Fc-Bereich (Fc = kristallisierbares Fragment) von IgG (Fc-gamma R) sowie an C3b und iC3b binden.

Einmal erkannt, wird ein Antigen, ein Ag-Ak-Komplex oder ein Komplement-Mikroorganismus-Komplex phagozytiert. Die meisten Mikroorganismen werden abgetötet, nachdem sie phagozytiert worden sind, aber andere hemmen die intrazelluläre Abtötungsfähigkeit der Phagozyten (z. B. Mykobakterien, die von einem Makrophagen verschlungen wurden, hemmen die Abtötungsfähigkeit der Zelle). Zytokine, die von T-Zellen abstammen, insb. Interferon-gamma (IFN-gamma), stimulieren in solchen Fällen den Phagozyten zur vermehrten Produktion lytischer Enzyme und anderer mikrobenabtötender Produkte und erhöhen dadurch die Fähigkeit, Mikroorganismen zu zerstören oder abzukapseln.

Falls ein Antigen nicht sofort phagozytiert und vollkommen abgebaut wird (ein ungewöhnliches Ereignis), tritt die erworbene Immunantwort in Aktion. Diese Antwort beginnt in

  • Milz bei zirkulierendem Antigen

  • Regionale Lymphknoten bei Gewebe-Ag

  • Schleimhautassoziiertes lymphatisches Gewebe (z. B. Tonsillen, Adenoide, Peyer-Plaques) für Schleimhaut-Ag

Dendritische Langerhans-Zellen der Haut phagozytieren zum Beispiel das Antigen und wandern zu lokalen Lymphknoten. Dort findet auf der Zelloberfläche die Expression von Ag-abgeleiteten Peptiden zusammen mit Klasse-II-Molekülen des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC, major histocompatibility complex) statt, welche die Peptide den CD4-T-Helferzellen (TH) präsentieren. Nach der Bindung des MHC-peptischen Komplexes an die TH-Zelle, erhält sie verschiedene kostimulierende Signale, bildet die Rezeptoren für das Zytokin IL-2 und sezerniert verschiedene Zytokine. Jede Teilmenge TH-Zellen sondert verschiedene Kombinationen von Substanzen ab und bewirkt damit unterschiedliche Immunantworten.

Klasse-II-MHC-Moleküle geben typischerweise Peptide, die von extrazellulären (exogenen) Antigenen (z. B. von vielen Bakterien) stammen an CD4-TH-Zellen ab. Im Gegensatz dazu geben Klasse I-MHC-Moleküle typischerweise Peptide, die von intrazellulären (endogene) Antigenen (z. B. von Viren) an CD8 zytotoxischen T-Zellen. Daraufhin vernichtet die aktivierte zytotoxische T-Zelle die infizierten Zelle.

Regulierung

Um den Wirtskörper vor übermäßigem Schaden zu bewahren (z. B. Anaphylaxis, großflächige Gewebezerstörung), muss die Immunantwort gesteuert werden. Durch die Sekretion immunsuppressiver Zytokine wie IL-10 und transformierenden Wachstumsfaktor-beta (TGF-beta), oder auch durch einen mangelhaft definierten Mechanismus des Zellkontaktes, greifen Regulator-T-Zellen (von denen die meisten den Foxp3-Transkriptionsfaktor exprimieren) helfend in die Kontrolle der Immunantwort ein.

Diese regulatorischen Zellen helfen, Autoimmunreaktionen zu verhindern und sind wahrscheinlich auch bei der Rückbildung laufender Reaktionen auf körperfremdes Ag beteiligt.

Rückbildung

Die Immunantwort ist beendet, wenn das Antigen sequestriert oder aus dem Körper eliminiert ist. Ohne Stimulation durch ein Antigen hört die Zytokinsekretion auf und aktivierte zytotoxische T-Zellen unterziehen sich einer Apoptose. Diese markiert die Zellen für sofortige Phagozytose, wodurch die Ausschüttung des Zellinhalts mit Ausbildung einer Entzündungsreaktion verhindert wird. T- und B-Zellen, die sich zu Gedächtniszellen differenziert haben, bleibt dieses Schicksal erspart.

Geriatrische Grundlagen

Mit zunehmendem Alter wird das Immunsystem auf folgende Weise weniger wirksam:

  • Die Fähigkeit des Immunsystems Eigenes von Fremdem zu unterscheiden, nimmt ab, so dass Autoimmunerkrankungen häufiger werden.

  • Makrophagen zerstören Bakterien, Krebszellen und andere Antigene (Ag) langsamer, was möglicherweise zur erhöhten Inzidenz von Krebs bei älteren Menschen beiträgt.

  • T-Zellen reagieren weniger schnell auf Antigene.

  • Es gibt weniger Lymphozyten, die auf neue Antigene antworten können.

  • Die älter werdende Körper produziert als Reaktion auf bakterielle Infektionen weniger Komplemente.

  • Obwohl die Gesamtkonzentration der Antikörper (Ab) nicht signifikant abnimmt, ist die Bindungsaffinität von Ab zu Ag vermindert, was möglicherweise zur erhöhten Inzidenz von Lungenentzündung, Grippe, infektiöser Endokarditis und Tetanus und dem erhöhten Risiko des Todes aufgrund dieser Erkrankungen bei älteren Menschen beiträgt. Diese Veränderungen können auch teilweise erklären, warum Impfstoffe bei älteren Menschen weniger wirksam sind.

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