Dendritische Zellen (DZ) spielen eine entscheidende Rolle im Immunsystem, insbesondere in der Haut. Sie fungieren als "Wächter" und sind für die Einleitung und Steuerung von Immunantworten unerlässlich. Dieser Artikel beleuchtet die vielfältigen Funktionen der dendritischen Zellen in der Haut, ihren Aufbau, ihre verschiedenen Typen und ihre Bedeutung in der klinischen Forschung, einschließlich ihrer Rolle bei allergischen Reaktionen, HIV-Infektionen und Krebserkrankungen.
Einführung in dendritische Zellen
Dendritische Zellen sind die wichtigsten antigenpräsentierenden Zellen (APZ) des Immunsystems. Ihre Hauptaufgabe ist die Aktivierung von T-Lymphozyten, die für die Zerstörung von Krankheitserregern zuständig sind. Dendritische Zellen sind in Geweben vorhanden, die Kontakt zur Außenwelt haben, wie Haut und Schleimhäute, wo sie als erste Verteidigungslinie gegen eindringende Pathogene dienen.
Aufgaben und Funktionen dendritischer Zellen
Dendritische Zellen nehmen eine zentrale Position im Immunsystem ein, indem sie sowohl Immunantworten einleiten als auch den Körper durch Toleranzvermittlung vor Autoimmunreaktionen schützen.
Einleitung einer Immunantwort
Dendritische Zellen sind in der Lage, über ihre beweglichen Arme (Dendriten) Pathogene wie Bakterien oder Viren zu erkennen und durch Phagozytose aufzunehmen. Während der Phagozytose werden die aufgenommenen Erreger in Vesikeln zersetzt und unschädlich gemacht. Die resultierenden Erreger-Stücke, auch als Antigene bezeichnet, werden anschließend genutzt, um andere Bestandteile des Immunsystems zu alarmieren.
Um andere Immunzellen zu informieren, nach welchem Eindringling sie Ausschau halten sollen, präsentieren dendritische Zellen die Antigene auf ihrer Oberfläche in speziellen Molekülen, den MHC-I- oder MHC-II-Molekülen. MHC-I-Moleküle präsentieren intrazelluläre Fragmente, während MHC-II-Moleküle extrazelluläre Fragmente präsentieren.
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Nach der Antigenaufnahme wandern die dendritischen Zellen in sekundär lymphatische Organe wie die Lymphknoten, wo sie auf naive T-Zellen treffen und diese aktivieren können. Die Aktivierung der T-Zellen erfolgt durch die Interaktion des T-Zell-Rezeptors mit dem Antigen im MHC-Molekül. Die beiden MHC-Moleküle sind für die Aktivierung unterschiedlicher T-Zellen verantwortlich: MHC-I aktiviert CD8+ T-Zellen zu zytotoxischen T-Zellen, während MHC-II CD4+ T-Zellen zu T-Helfer-Zellen aktiviert.
Toleranzvermittlung
Neben der Einleitung von Immunantworten spielen dendritische Zellen auch eine wichtige Rolle bei der Verhinderung von Autoimmunerkrankungen. Sie sammeln Selbstantigene ein und präsentieren sie den T-Zellen in den sekundär lymphatischen Organen. Anstatt jedoch eine Immunreaktion auszulösen, tragen die dendritischen Zellen dazu bei, dass alle selbstreaktiven T-Zellen erkannt und beseitigt werden. Dies geschieht beispielsweise durch Apoptose oder Differenzierung zu regulatorischen T-Zellen.
Aufbau und Reifung dendritischer Zellen
Der Name "dendritische Zellen" leitet sich von dem griechischen Wort "dendrítēs" ab, was "baumartig" oder "verzweigt" bedeutet. Unreife dendritische Zellen haben einen Zellkörper mit langen, sternförmig in alle Richtungen ausstrahlenden Fortsätzen (Dendriten). Diese sind beweglich und können dadurch ihre Umgebung abtasten.
Dendritische Zellen entstehen aus Stammzellen im Knochenmark. Unreife dendritische Zellen besitzen auf ihrer Oberfläche MHC-Moleküle. Nach dem Kontakt mit Antigenen wandern sie in sekundäre lymphatische Organe, wo sie reifen und ihre Form und die Menge der Rezeptoren auf ihrer Oberfläche verändern. Die Membran verändert sich zu Ausstülpungen, die schleierhafte Strukturen bilden, und die Anzahl der MHC-Moleküle auf der Oberfläche nimmt zu. Außerdem bilden sich B7-Moleküle, und die Fähigkeit zur Phagozytose geht verloren.
Typen und Unterklassen dendritischer Zellen
Dendritische Zellen sind keine einheitliche Zellgruppe, sondern verschiedene Arten von Immunzellen, die ähnliche Strukturen und Funktionen aufweisen. Sie können anhand unterschiedlicher Merkmale klassifiziert und in Unterklassen eingeteilt werden.
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Einteilung nach Oberflächenmerkmalen
Anhand der CD-Moleküle (Cluster of differentiation) auf ihrer Oberfläche werden zwei Haupttypen unterschieden:
- Myeloide dendritische Zellen: Sie sind die größte Gruppe und für die Aufnahme, Verarbeitung und Präsentation von Antigenen zuständig. Sie ähneln den Monozyten und besitzen die Oberflächenmarker CD11c und CD33.
- Plasmazytoide dendritische Zellen: Sie sind seltener und ähneln nach ihrer Aktivierung einer Plasmazelle. Sie haben die Oberflächenmarker CD123, CD303 und CD304, jedoch nicht den für myeloide dendritische Zellen charakteristischen CD11c. Sie sind hauptsächlich für die Abwehr von Viren relevant und können große Mengen antiviraler Stoffe (Zytokine) synthetisieren, wie z.B. Typ I Interferone.
Weitere Einteilungen dendritischer Zellen
Neben Oberflächenmerkmalen können dendritische Zellen auch anhand anderer Merkmale klassifiziert werden, wie spezifische Funktionen und Lokalisationen:
- Langerhans-Zellen: Spezialisierte dendritische Zellen der Haut und Schleimhäute, die Pathogene phagozytieren und T-Lymphozyten aktivieren können.
- Interdigitierende dendritische Zellen: Überall im Körper zu finden, vor allem in lymphatischen Organen, wo sie T-Zellen aktivieren.
- Inflammatorische dendritische Zellen: Entwickeln sich während einer akuten Entzündung aus Monozyten und begeben sich in das entzündete Gewebe.
- Follikuläre dendritische Zellen: Befinden sich in den Lymphknoten, sind MHC-II-negativ und aktivieren B-Zellen. Sie entstehen nicht im Knochenmark.
Dendritische Zellen der Haut im Detail
Die Haut ist ein komplexes Organ, das ständig mit der Außenwelt interagiert und einer Vielzahl von potenziellen Bedrohungen ausgesetzt ist. Dendritische Zellen spielen in der Haut eine besonders wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Immunität und der Toleranz.
Verhalten dendritischer Zellen in gesunder Haut
Eine in Nature Immunology veröffentlichte Studie hat ergeben, dass sich dendritische Zellen in gesunder Haut anders verhalten als in anderen Teilen des Körpers. In der Haut ist IL-13, ein Zytokin, das das Immunsystem auf das Vorhandensein einer Bedrohung aufmerksam macht, konstant vorhanden, was auf eine grundlegende Aktivierung der Immunantwort hindeutet. Diese Aktivierung könnte die Ursache dafür sein, dass IL-13 in der Haut in geringer, aber kontinuierlicher Konzentration benötigt wird.
Dendritische Zellen und allergische Reaktionen
Da sich dendritische Zellen, insbesondere Langerhans-Zellen, in großer Zahl in der Haut aufhalten, sind sie auch für viele allergische Reaktionen zuständig, die bei dem Kontakt mit manchen Stoffen auftreten. Die Auslöser einer Allergie können vielfältig sein und zu chronischen allergischen Erkrankungen führen. Häufig beginnt dieser "allergische Marsch" in der Haut schon in jungen Jahren.
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Vorbeugung von Allergien durch Hautkontakt
Was auf die Haut gegeben wird, ist entscheidend für die Entwicklung von Allergien. Wenn der erste Kontakt mit einem Lebensmittel nicht über den Darm, sondern über die Haut erfolgt, kann dies zu einer Sensibilisierung führen. Daher ist es wichtig, die Hautbarriere zu schützen und den Körper auf die richtige Weise mit neuen Stoffen in Kontakt zu bringen.
Klinische Bedeutung dendritischer Zellen
Die Bedeutung der dendritischen Zellen in der Regulation der Immunantwort ist in der klinischen Forschung bekannt. Sie können in schwere Krankheiten verwickelt sein, stellen aber auch Ansätze zur Therapie von Allergien und Krebs dar.
Dendritische Zellen und HIV-Infektionen
Bei der Verbreitung von HIV im Körper spielen dendritische Zellen eine zentrale Rolle. Das HI-Virus wird von dendritischen Zellen, primär Langerhans-Zellen, aufgenommen und wie ein trojanisches Pferd zu den Lymphknoten transportiert. Dort infiziert das Virus T-Helfer-Zellen, was langfristig zu einer Schwächung des Immunsystems führt.
Dendritische Zellen und Krebserkrankungen
Da dendritische Zellen für die Aktivierung von T-Zellen verantwortlich sind, wird vermutet, dass sie die Immunantwort gegen Tumore erheblich verstärken und verbessern können. Diese Erkenntnis diente der Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie, bei der dendritische Zellen außerhalb des Körpers mit Tumorantigenen beladen und dem Patienten durch eine Impfung verabreicht werden. Dies soll dazu führen, dass mehr T-Zellen gegen die Tumorzellen aktiviert werden, was in einigen Fällen zur Stabilisierung oder Rückbildung von Tumoren geführt hat.
Dendritische Zellen in der Tumorvakzinierung
Die Tumorvakzinierung mit dendritischen Zellen zielt darauf ab, die Toleranz gegenüber Tumorzellen zu durchbrechen und eine effektive Immunantwort zu generieren. Hierbei werden dendritische Zellen aus dem peripheren Blut von Tumorpatienten gewonnen und mit Tumorantigenen beladen. In klinischen Studien wurde die prinzipielle Wirksamkeit dieser Vakzinierung bezüglich immunologischer und klinischer Endpunkte belegt, jedoch waren die Therapieerfolge in der Regel nur von kurzer Dauer.
Für die Entwicklung einer effizienten Tumorvakzine ist die Identifizierung geeigneter Tumorantigene sowie die Generierung von dendritischen Zellen mit optimaler T-Zell-stimulatorischer Aktivität entscheidend.
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