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Das Immunsystem

Gut geschützt nach außen und innen

21.09.2009
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Das Immunsystem

Gut geschützt nach außen und innen

von Gudrun Heyn

Anders als die Polizei fahndet das menschliche Immunsystem schon nach möglichen Tätern, bevor ein körperlicher Schaden eingetreten ist. So gehen chemische und zelluläre Abwehrwaffen innerhalb kürzester Zeit in Stellung, wenn fremde Mikroorganismen den Körperbedrohen oder abnorme Körperzellen überhandnehmen wollen.

Menschen nehmen täglich potenziell schädliche Mikroorganismen mit der Nahrung auf oder atmen sie mit der Luft ein. Wie Siedler in der Pionierzeit versuchen diese Mikroorganismen den menschlichen Körper als neue Heimat zu gewinnen. Außerdem dienen ihnen Wunden als Eintrittspforte oder sie werden durch Insektenstiche direkt in die Blutbahn befördert. Dies geschieht nicht ohne Eigennutz, denn Bakterien, Viren, Protozoen, Würmer und Pilze benötigen einen lebenden Organismus als Wirt. So bieten ihnen auch die Organe und Zellen eines Menschen Lebensraum und Nahrung sowie die Möglichkeit sich zu vermehren. Nicht immer ist solch eine Eroberung zum Schaden des Menschen. Allein im Darm leben bis zu 500 verschiedene Bakterienarten. Sie helfen bei der Verdauung, produzieren wichtige Substanzen für den Körper wie die Vitamine B12 und K und besiedeln Orte, wo sich sonst Krankheitserreger ausbreiten könnten. Doch auch diese Nützlinge können Infektionen hervorrufen, wenn sie außer Kontrolle geraten.

Das menschliche Immunsystem steht daher vor einer schweren Aufgabe. Auf der einen Seite muss es gefährliche Eindringlinge erkennen und unschädlich machen. Auf der anderen Seite muss das Immunsystem harmlose Organismen gewähren lassen, damit dem Körper kein Schaden entsteht. Auch normale Körperzellen, Nahrungsbestandteile und eingeatmete Pollen dürfen nicht zum Ziel der Immunabwehr werden. So sind Autoimmunerkrankungen die Folge, wenn der Körper über längere Zeit seine eigenen, gesunden Zellen angreift. Stehen dagegen harmlose Pollen in der Atemluft oder Substanzen aus der Nahrung auf der Fahndungsliste des Abwehrsystems, kommt es in der Regel zu Allergien. Versagt die Abwehr, können sich Krankheitserreger explosionsartig vermehren und den Organismen mit ihren Produkten überschwemmen. So kann eine Invasion mit Escherichia-Coli-Bakterien oder dem Pilz Candida albicans zu einer lebensbedrohlichen Sepsis führen. Auch Krebszellen, Gewebetrümmer und Fremdkörper muss die Körperabwehr unschädlich machen und vernichten. 

Ständig gilt es abzuwägen, ob Abwehr oder Toleranz das Gebot der Stunde ist. Dabei müssen die Beteiligten des Immunsystems Gefahren zielsicher erkennen und Verwechslungen so weit wie möglich ausschließen. Außerdem sollten sie die Intensität einer Gefahr richtig abschätzen. Nur so lassen sich überschießende Entzündungsreaktionen vermeiden, ohne die Abwehr zu vernachlässigen.

Damit es diesen Aufgaben gerecht werden kann, besteht das Immunsystem aus vielen sich ergänzenden Komponenten. Generell werden zwei Abwehrsysteme unterschieden: die unspezifische und die spezifische Immunität. Wenn Krankheitserreger in das Körperinnere eindringen, beginnen beide mit deren Bekämpfung. Dazu stehen ihnen immunkompetente Zellen und außerdem chemische Abwehrwaffen in Form sogenannter humoraler Faktoren zur Verfügung.

Das Immunsystem erkennt seine Feinde an fremden Substanzen. Dies können Proteine, aber auch Zuckerverbindungen oder Nukleinsäuren sein. Sie werden als Antigene bezeichnet und lösen die Abwehrreaktionen des Körpers aus. 

Während das unspezifische Abwehrsystem sogar ganze Fremdorganismen erkennen und beseitigen kann, benötigt die spezifische Abwehr aufbereitetes Material, das heißt in lösliche Peptide zerlegte Antigene. Dies hat zur Folge, dass nur das unspezifische System in der Lage ist, intakte Virusbestandteile oder funktionsuntüchtige Zellen sofort zu bekämpfen. Unspezifische Immunantworten sind daher besonders schnell, aber auch ungenau. Von Geburt an stehen sie jedem Menschen zur Verfügung. Dagegen muss das Immunsystem spezifische Antworten erst erlernen. Sie richten sich nur gegen Antigene, die den spezifischen Abwehrzellen zuvor als Feind präsentiert wurden. Nach einer Erstinfektion kann es daher zwischen einer und drei Wochen dauern, bis genügend Abwehrspezialisten bereitstehen, um einen neuen Angreifer voll attackieren zu können. Dafür arbeiten die Spezialisten der Abwehr dann effektiv und zielgenau. Andere neu gebildete Abwehrzellen des spezifischen Immunsystems merken sich den Feind. Als Gedächtniszellen gehen sie in Lauerstellung, um bei einem erneuten Kontakt alle Abwehrmechanismen schnellstmöglich wieder in Stellung zu bringen. Dies führt zu einer Immunität, die Wochen, Monate manchmal sogar ein Leben lang anhält. 

Bei der Bekämpfung der Feinde ist das Immunsystem nicht auf sich alleine gestellt. So reagiert der Körper etwa mit Fieber und Müdigkeit auf einen Bakterien- oder Viren-Alarm. Dabei gewährleisten Botenstoffe den Nachrichtenaustausch zwischen Immunsystem und Körper, aber auch zwischen den einzelnen Abwehrzellen untereinander.

Die ersten Ermittler

Ende des 19. Jahrhunderts erkannte der Russe Ilja Metschnikow, dass bestimmte weiße Blutkörperchen mit Bakterien und Fremdkörpern ebenso umgehen wie einfache Lebensformen mit ihrer Nahrung. So wie Amöben die Stoffpartikel ihrer Mahlzeit umfließen, so stülpen sich die Blutkörperchen über alles Fremde und nehmen es in ihr Zellinneres auf. Dort zerlegen sie die Eindringlinge in funktionsuntüchtige Einzelteile. Damit hatte Metschnikow die ersten Immunzellen des Körpers entdeckt. Er nannte sie Fresszellen (Phagozyten). Die Einverleibung fester Partikel und deren Abbau im Zellinneren durch Enzyme oder oxidative Prozesse bezeichnete er als Phagozytose. 

Fresszellen sind die Abwehrzellen des unspezifischen Immunsystems. Zu ihnen gehören mobile Einheiten wie die neutrophilen und eosinophilen Granulozyten sowie die Monozyten im Blut, aber auch ortsständige Einheiten wie die Makrophagen und die dendritischen Zellen in den verschiedenen Geweben. Im Blut patrouillieren vor allem neutrophile Granulozyten, um Fremdsubstanzen aufzuspüren. Sie machen rund 70 Prozent der weißen Blutkörperchen aus und können Bakterien, virusinfizierte Zellen und Tumorzellen identifizieren und abtöten. Eosinophile Granulozyten haben dagegen nur einen Anteil von etwa 4 Prozent an den Leukozyten. Sie sind für das Erkennen und Zerlegen von Würmern und anderen Parasiten zuständig. Außerdem sind sie an allergischen Reaktionen beteiligt. 

Obwohl auch die Monozyten mit bis zu 8 Prozent nur einen geringen Teil der weißen Blutkörperchen ausmachen, so sind sie doch von besonderer Bedeutung für die Immunabwehr. Monozyten leben bis zu drei Tage im Blut. Kommt es in dieser Zeit zu einer Infektion in einem Gewebe, wandern sie wie die Granulozyten dorthin, um die fremden Komponenten zu zerstören. Bleibt dagegen die Infektion aus, werden die Monozyten als sogenannte Riesen-Fresszellen (Makrophagen) sesshaft. Makrophagen kommen in allen Geweben vor. Im Zentralen Nervensystem werden sie Mikroglia, in der Leber Kupfer-Zellen, in der Niere Mesangiumzellen und in den Knochen Osteoklasten genannt. Ihre Hauptaufgabe ist die Aufnahme und Vernichtung von Mikroorganismen sowie von funktionsuntüchtigen oder außer Kontrolle geratenen Zellen. Makrophagen sind in der Regel die ersten, die bei einer Antigen-Invasion Alarm auslösen.

Eine Wächterfunktion haben auch die dendritischen Zellen inne. Ihr Name stammt von ihren vielen Armen (Dendriten), mit denen sie in der Haut und in den Schleimhäuten regelrecht schützende Netze bilden. Wie die Makrophagen können sie sich aus Monozyten entwickeln. 

Zentrale Beweisaufnahme

Besonders viele Makrophagen sind in den Lymphknoten zu finden. Dort haben sie einen exzellenten Überblick über die im Körper zirkulierenden Krankheitserreger, Giftstoffe und Fremdsubstanzen, denn die Lymphe, die in den Lymphknoten aus dem ganzen Körper zusammenkommt, transportiert einen Teil der Nährstoffe und sorgt für den Abtransport von Abwasser aus allen Geweben. 

Zum Erkennen von Antigenen nutzen Makrophagen Rezeptoren, die auf bestimmte Muster reagieren. Hierzu gehören Toll-Like-Rezeptoren und NOD-Rezeptoren. Ihre Aktivierung durch Lipopolysaccharide, Peptidoglykane, Flagellin oder DNA signalisiert Gefahr und führt im Gewebe zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren, die den Körper in erhöhte Alarm- und Abwehrbereitschaft versetzen. Außerdem nehmen die Makrophagen das fremde Material auf, zerlegen es und transportieren die entstehenden Peptidfragmente mit Hilfe von Histokompatibilitäts-Molekülen (MHC, engl. major histocompatibility antigens, auch HLA-Moleküle, engl. human leucocyte antigens, genannt) auf ihre Zelloberfläche. Dort dient die Bindung von Peptid und MHC-Molekül als Beweis für eine Bedrohung. Sie ist mit dem Aufkleben eines Fotos auf einen Steckbrief vergleichbar. Aus dem Makrophagen ist somit eine Antigen-präsentierende Zelle geworden. Zellen der spezifischen Immunabwehr wie die T-Helferzellen verstehen diesen Auftrag und lösen die Produktion von antigenspezifischen Abwehrspezialisten aus. 

Auch der Darm ist ein Ort mit einer besonders großen Ermittlerdichte. Mit jeder Mahlzeit gelangen dort Erreger aller Art bis zur Darmwand und versuchen die Darmbarriere zu überwinden. Doch die Schleimhaut und abgesonderte körpereigene Antibiotika wie die Defensine bilden einen ersten effektiven Schutz vor kleineren Überfällen. 

Die Überwachung des Darminhalts obliegt spezialisierten Epithelzellen der Darmschleimhaut. Diese Zellen sammeln vor allem Bakterien und Viren ein, um sie dann an benachbarte dendritische Zellen weiterzuleiten. Auch die Verwandten der Makrophagen phagozytieren das aufgenommene Material und binden die entstehenden Bruchstücke an gefahrsignalisierende MHC-Moleküle. Anschließend wandern sie zu den Lymphknoten und setzen dort die Entwicklung und Vermehrung von Abwehrspezialisten des spezifischen Immunsystems in Gang. Das Signal zu dieser Wanderung erhalten die dendritischen Zellen über ihre Oberflächenrezeptoren. Sobald sie Kontakt zu mikrobiellen Molekülmustern haben oder die Zellen durch Botenstoffe gewarnt werden, machen sie sich auf den Weg. 

Milz als Entsorger

Ein weiterer bevorzugter Ort der Täterfahndung ist die Milz. Sie ist ähnlich aufgebaut wie ein Lymphknoten und wird von Blut durchflossen. In ihr bauen Fresszellen überalterte und geschädigte Blutzellen, Gerinnungsprodukte, Blut verunreinigende Partikel und Mikroorganismen ab. Wie in den Lymphknoten wird dann im Bedarfsfall die spezifische Abwehr aktiviert. 

Die Spezialisten der spezifischen Immunabwehr bekämpfen nur ihnen bekannte Feinde. Daher nehmen mit jedem Antigen-Steckbrief, den ihnen Fresszellen vorlegen, das Täterarchiv und die Schlagkraft des spezifischen Immunsystems zu. 

Hauptbestandteile der spezifischen Abwehr sind die B- und T-Lymphozyten. Sie werden in Form sogenannter Vorläuferzellen im Knochenmark gebildet. Im Lauf ihrer Entwicklung wandern sie als naive, also noch Antigen-unerfahrene Zellen zu den Lymphknoten und anderen lymphatischen Organen wie der Milz. Dort warten die Lymphozyten, bis ihnen MHC-Moleküle neue Antigene präsentieren. Sobald dies geschieht, fangen sie an, sich zu vermehren und zu spezialisieren. Aus naiven T-Lymphozyten werden T-Helferzellen, T-Gedächtniszellen oder zytotoxische T-Zellen (Killerzellen), aus B-Lymphozyten entwickeln sich Plasmazellen oder B-Gedächtniszellen. 

Zwar können auch B-Lymphozyten Antigene direkt erkennen, doch sie werden nur dann aktiv, wenn T-Helferzellen sie angeregt haben. Während sich die B-Gedächtniszellen lange Zeit merken können, welche Antigene den Körper heimgesucht haben, sind für die direkte Abwehr die Plasmazellen von besonderer Bedeutung. Sie sind die Hauptproduzenten der chemischen Abwehrwaffen des Körpers, der Immunglobuline. Sie können an die gesuchten Fremdsubstanzen binden und diese unschädlich machen. Immunglobuline werden auch als Antikörper, die Reaktion auch als humorale (Körperflüssigkeit betreffende) Immunantwort bezeichnet. 

Abwehrwaffen Antikörper

Plasmazellen produzieren große Mengen an Antikörpern. Am schnellsten wird bei einem Erstkontakt mit einem Erreger die Produktion von Immunglobulin M (IgM) angekurbelt. Circa drei Wochen später wird Immunglobulin G (IgG) gebildet. Mit einem Anteil von rund 75 Prozent ist es das häufigste im Körper zirkulierende Immunglobulin. Viele Jahre nach einem Infekt oder einer Impfung ist IgG noch nachweisbar und schützt vor einer erneuten Infektion. Andere Immunglobuline wie das IgA werden sogar mit der Muttermilch auf den Säugling übertragen. 

Während die B-Lymphozyten ihre chemischen Abwehrwaffen in Stellung bringen, sind die T-Lymphozyten mit ihren Killerzellen gegen bekannte Feinde aktiv. So sind sie beispielsweise in der Lage, virusbefallene oder entartete Körperzellen zu töten. Andere T-Lymphozyten wirken als Gedächtniszellen oder helfen als T-Helferzellen das ganze Abwehrsystem zu aktivieren. T-Helferzellen können Fresszellen damit beauftragen, in Zellen versteckte Erreger zu töten oder B-Lymphozyten dazu anregen, sich in Plasmazellen umzuwandeln. Über Lymphe und Blut gelangen die Spezialisten der Abwehr in alle Regionen des Körpers. Dort fahnden sie nach bekannten Antigenen, um sie unschädlich zu machen. 

Geprüfte Sicherheit

Damit das Abwehrsystem nicht außer Kontrolle gerät, unterlaufen naive T-Lymphozyten einen strengen Test, bevor sie die lymphatischen Organe erreichen. Dies geschieht im Thymus. Vom Knochenmark kommend machen sie dort Zwischenstation, um weiter heranzureifen. Dabei bilden sie Milliarden verschiedener Rezeptorstrukturen aus. Diese Rezeptoren dienen dazu, an die MHC-Moleküle zu binden, sobald die dort präsentierten Peptide wie ein Schlüssel in das Rezeptorschloss passen. Um sicherzustellen, dass T-Lymphozyten nur auf fremde Substanzen und fremde Organismen reagieren, werden daher alle diejenigen T-Lymphozyten vor dem Verlassen des Thymus aussortiert, deren Rezeptoren körpereigene Strukturen erkennen. Geschähe dies nicht, würden alle Menschen an Autoimmunerkrankungen wie Diabetes Typ 1 oder Multiple Sklerose leiden. Eine weitere Qualitätskontrolle führen die dendritischen Zellen in den Lymphknoten durch. Sobald naive T-Zellen auf körpereigene Proteine reagieren, werden sie inaktiviert oder abgetötet.

Eine wichtige Aufgabe in der Systemkontrolle haben zudem die sogenannten regulatorischen T-Zellen. Sie entstehen ebenfalls im Thymus und verhindern überschießende Immunreaktionen. So können sie etwa T-Helferzellen ausbremsen und damit die Ankurbelung der humoralen Immunantwort durch die B-Lymphozyten verhindern. 

Auch Botenstoffe sind in der Lage, das Immunsystem zu besänftigen. TGF-beta etwa lässt regulatorische T-Zellen heranreifen. Schleimhautzellen in der Lunge schütten den Botenstoff aus, wenn eine zu aggressive Immunantwort die Atemfunktion gefährdet. Andere Botenstoffe fördern dagegen die Immunantwort, indem sie Abwehrzellen an den Ort des Geschehens locken oder Abwehrzellen zur Arbeitsaufnahme anregen. 

Anwendungen in der Medizin

Dank der Erkenntnisse über das Immunsystem sind viele Infektionskrankheiten schon seit Langem keine tödliche Bedrohung mehr, denn bereits im 18. Jahrhundert führten Ärzte die ersten Impfungen durch. Heute ist die aktive Immunisierung mit lebenden oder inaktivierten Krankheitskeimen, inaktiven Bakteriengiften oder Teilstücken von Erregern genauso selbstverständlich wie die passive Immunisierung mit Immunglobulin-Präparaten oder den Seren aktiv immunisierter Menschen oder Tiere. Manche dieser Impfungen schützen sogar indirekt vor Krebs. So etwa die Hepatitis-B-Impfung vor Leberkrebs oder die Impfung gegen den humanen Papillomavirus (HPV) vor Gebärmutterhals- oder Peniskrebs. Zahlreiche Forschergruppen arbeiten zudem an der Entwicklung von Impfstoffen, die die körpereigene Immunabwehr gegen entartete Zellen mobilisieren sollen.

In der Krebstherapie ist der Einsatz von Antikörpern inzwischen selbstverständlich . Dabei handelt es sich um speziell hergestellte sogenannte monoklonale Antikörper. Gebildet werden sie von Plasmazellen, die von einem einzigen B-Lymphozyten abstammen und daher nur gegen eine einzelne Zielstruktur des Antigens gerichtet sind. Blockiert ein solcher monoklonaler Antikörper Zielstrukturen wie den Epidermal Growth Factor (EGF)-Rezeptor einer Krebszelle, kann das Tumorwachstum gebremst werden. Aber auch zur Behandlung von Erkrankungen wie der rheumatoiden Arthritis oder des Asthma bronchiale sind inzwischen monoklonale Antikörper im Handel. Außerdem dienen klassische Immunglobuline als Arzneistoffe. So etwa bei Infektionen in der Schwangerschaft oder bei einem Antikörpermangel etwa in Folge von Aids. Bei Verdacht auf Tollwut kann ihre frühzeitige Gabe sogar das Leben des Betroffenen retten.

E-Mail-Adresse der Verfasserin:
gheyn(at)gmx.de