Dendritische Zellen vs. Makrophagen: Ein Vergleich der Immunzellen

Um Allergien besser verstehen zu können, hilft es, Aufbau und Wirkungsweise des Immunsystems zu kennen. Dieses dient insbesondere dazu, Krankheitserreger wie Bakterien, Viren, Pilze, Parasiten oder andere körperfremde Stoffe abzuwehren wie auch körpereigene Vorgänge zu überwachen. Dazu gehört auch, bösartig veränderte Körperzellen auszuschalten, aus denen sich Krebs entwickeln kann. Das Immunsystem ist ein sehr komplexes System, an dessen Funktion eine Vielzahl von Zellen und Eiweißstoffen beteiligt ist. Die Leistungsfähigkeit des Immunsystems ist meist entscheidend dafür, ob eine Krankheit überhaupt ausbricht und wie sie verläuft: Wenn die Abwehr intakt ist, bemerken wir meist nichts von den vielen Vorgängen, die ständig in unserem Körper ablaufen. Wenn die immunologische Schutzfunktion dagegen nicht ausreicht oder gestört ist, werden wir krank.

Das Immunsystem besteht aus verschiedenen Komponenten, die gemeinsam für eine funktionierende Krankheitsabwehr sorgen. Zu den Leukozyten gehören die Lymphozyten (B-Lymphozyten, T-Lymphozyten), Granulozyten (neutrophile, eosinophile und basophile Granulozyten), Monozyten (Monozyten, Makrophagen, Mastzellen) und die natürlichen Killerzellen (NK-Zellen).

In diesem Artikel werden zwei wichtige Akteure des Immunsystems verglichen: dendritische Zellen und Makrophagen. Obwohl beide Zelltypen zur angeborenen Immunabwehr gehören und eine wichtige Rolle bei der Antigenpräsentation spielen, weisen sie deutliche Unterschiede in Bezug auf Ursprung, Funktion und Aktivierungsmechanismen auf.

Das Immunsystem: Ein Überblick

Unser Körper hat eine ganze Reihe von Waffen, mit denen er Krankheitserreger abwehren kann: Haut und Schleimhäute dienen als schützende Barriere, zahlreiche Enzyme im Speichel und in der Tränenflüssigkeit töten eindringende Krankheitserreger ab, ebenso die Säure im Magen. Aber auch wenn es Krankheitskeimen gelungen ist, in den Körper einzudringen, schützt uns ein gut wirksames Abwehrsystem vor dem Krankwerden. Voraussetzung dafür ist, dass die Erreger als „fremd“, das heißt, nicht zum eigenen Körper gehörend erkannt werden. Dieses Erkennen lernt unser Immunsystem schon vor der Geburt. Stoffe, die während des späteren Lebens von außen mit dem Körper in Kontakt kommen, werden als fremd angesehen und lösen eine Reaktion des Immunsystems aus.

Die Zellen des Immunsystems sind die Leukozyten (weiße Blutzellen). Sie werden im Knochenmark gebildet. Ihre „Ausbildung“ erhalten sie im lymphatischen Gewebe, das aus Lymphknoten, Milz, Thymus und Mandeln besteht. Anschließend zirkulieren die Leukozyten im Blut oder wandern ins Gewebe, wo sie eine Art Wächterfunktion übernehmen. Bei unserem Immunsystem unterscheidet man zwei Anteile: die angeborene allgemeine, sogenannte unspezifische und die erworbene spezialisierte, sogenannte adaptive Abwehr. Beide Systeme haben bestimmte Funktionen, wobei sie eng zusammenwirken.

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Angeborene und erworbene Immunität

Granulozyten und Makrophagen gehören zum angeborenen Immunsystem, das auch durch keimtötende Gewebestoffe, sogenannte antimikrobielle Peptide, oder spaltende Enzyme (z. B. im Speichel) unterstützt wird. Dieser sehr urtümliche Teil unseres Immunsystems begleitet uns vom ersten Tag an und erledigt etwa 90 Prozent der Aufgaben bei der Abwehr. Er arbeitet jedoch mit einem beschränkten Repertoire an Erkennungsmustern für fremde Organismen und hat Lücken.

Das erworbene Immunsystem erlaubt uns eine maßgeschneiderte und sehr gezielte Abwehr jedes beliebigen Fremdkörpers, auch eines neu entstandenen Erregers. Eine zentrale Rolle spielen dabei spezialisierte Lymphozyten. Bestimmte Lymphozyten bilden das „Gedächtnis“ des Immunsystems: Wenn sie einmal mit bestimmten Antigenen in Berührung gekommen sind, dann können sie sich lebenslang daran „erinnern“ und bei einem erneuten Kontakt sofort wieder Abwehrmaßnahmen einleiten. Ein typisches Beispiel dafür sind Masern: Wer diese Krankheit einmal gehabt hat, kann sie im Allgemeinen nie wieder bekommen, weil bei einer wiederholten Ansteckung die Masernviren sofort vernichtet werden. Diesen Zustand bezeichnet man als immun beziehungsweise Immunität gegen die Erkrankung. Das erworbene Immunsystem benötigt einige Zeit, bis die Lymphozyten sich vermehrt haben und die Abwehr ausreichend gerüstet ist, um Angreifer unschädlich machen zu können.

Zellen des Immunsystems

Die Zellen des Immunsystems sind die Leukozyten (weiße Blutzellen). Sie werden im Knochenmark gebildet. Ihre „Ausbildung“ erhalten sie im lymphatischen Gewebe, das aus Lymphknoten, Milz, Thymus und Mandeln besteht. Anschließend zirkulieren die Leukozyten im Blut oder wandern ins Gewebe, wo sie eine Art Wächterfunktion übernehmen.

Granulozyten, die häufigste Art der weißen Blutzellen, bilden die erste Abwehrwelle gegen Bakterien. Sie können die Blutbahn verlassen und ins Gewebe einwandern, wo sie an Entzündungsreaktionen beteiligt sind und Parasiten und andere Krankheitserreger unschädlich machen.

Die Lymphozyten spielen eine bedeutende Rolle bei der erworbenen, spezifischen Abwehr. Man unterscheidet zwei Gruppen: T- und B-Lymphozyten. Die B-Lymphozyten (B-Zellen), die sich überwiegend in der Milz und in den Lymphknoten befinden, spielen für die Ausbildung von Allergien eine besondere Rolle. Sie bilden die spezifischen Antikörper, mit denen fremde Strukturen erkannt werden. Die T-Lymphozyten (T-Zellen) „organisieren“ die Abwehr: Über Botenstoffe übermitteln sie Nachrichten an Fresszellen, B-Lymphozyten und weitere, an der Immunabwehr beteiligte Zellen. Diese werden von den T-Zellen dazu angeregt, aktiv zu werden. Bei den T-Zellen unterscheidet man weitere Untergruppen mit verschiedenen Aufgaben und Funktionen. Dazu zählen etwa T-Helfer-, (zytotoxische) T-Killer- oder T-Suppressor-Zellen.

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Neben Granulozyten und Lymphozyten zählen zu den weißen Blutzellen noch die Monozyten. Hierbei handelt es sich um sehr große Zellen, die sich zu so genannten Makrophagen entwickeln, wenn sie die Blutbahn verlassen und ins Gewebe wandern. Gemeinsam mit Granulozyten besitzen sie die Fähigkeit, Bakterien und andere Mikroorganismen, Zelltrümmer und sonstige Partikel in sich aufzunehmen und diese anschließend aufzulösen und/oder zu speichern.

Dendritische Zellen: Die Antigen-Präsentierer

Dendritische Zellen (DCs) sind spezialisierte Immunzellen, die eine Schlüsselrolle bei der Initiierung der adaptiven Immunantwort spielen. Sie sind in fast allen Geweben des Körpers zu finden, insbesondere in denjenigen, die mit der Außenwelt in Kontakt stehen, wie Haut, Lunge und Darm. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Antigene zu erkennen, aufzunehmen, zu verarbeiten und den T-Zellen zu präsentieren, um eine spezifische Immunantwort auszulösen.

Entwicklung und Subtypen

Dendritische Zellen können sich sowohl aus Monozyten als auch von Vorläuferzellen von T-Zellen bilden. Die Bildung von dendritischen Zellen (DC), welche aus vier heterogenen Subtypen [cDC1, cDC2, pDC und von Monozyten abgeleiteten DC (MoDC)] bestehen, wurde untersucht.

Es gibt verschiedene Subtypen von dendritischen Zellen, die sich in ihren Oberflächenmarkern, Funktionen und Lokalisierungen unterscheiden. Zu den wichtigsten Subtypen gehören:

• Klassische dendritische Zellen Typ 1 (cDC1): Diese Zellen sind besonders effizient bei der Kreuzpräsentation von Antigenen, d.h. sie können Antigene, die sie von anderen Zellen aufgenommen haben, an T-Killerzellen (CD8+ T-Zellen) präsentieren. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von intrazellulären Pathogenen und Tumoren.
• Klassische dendritische Zellen Typ 2 (cDC2): Diese Zellen sind effektiver bei der Aktivierung von T-Helferzellen (CD4+ T-Zellen) und spielen eine wichtige Rolle bei der Initiierung von Antikörperantworten und der Abwehr von extrazellulären Pathogenen.
• Plasmazellartige dendritische Zellen (pDC): Diese Zellen sind spezialisiert auf die Produktion großer Mengen von Typ-I-Interferonen, die eine wichtige Rolle bei der antiviralen Immunabwehr spielen.
• Von Monozyten abgeleitete dendritische Zellen (MoDC): Diese Zellen entstehen aus Monozyten und können in entzündeten Geweben gefunden werden. Sie spielen eine Rolle bei der Regulation der Immunantwort und der Gewebereparatur.

Antigenaufnahme und -verarbeitung

Dendritische Zellen sind in der Lage, Antigene auf verschiedene Weise aufzunehmen, z.B. durch Phagozytose, Endozytose und Makropinozytose. Nach der Aufnahme werden die Antigene in den Zellen verarbeitet und in kleine Peptide zerlegt. Diese Peptide werden dann an MHC-Moleküle (Major Histocompatibility Complex) gebunden und auf der Zelloberfläche präsentiert.

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Aktivierung von T-Zellen

Die Aktivierung von T-Zellen durch dendritische Zellen erfolgt in zwei Schritten:

1. Signal 1: Der T-Zell-Rezeptor (TCR) auf der T-Zelle erkennt das Peptid-MHC-Komplex auf der Oberfläche der dendritischen Zelle.
2. Signal 2: Kostimulatorische Moleküle auf der Oberfläche der dendritischen Zelle binden an Rezeptoren auf der T-Zelle und liefern ein zusätzliches Aktivierungssignal.

Nur wenn beide Signale vorhanden sind, wird die T-Zelle vollständig aktiviert und kann ihre spezifische Immunfunktion ausüben.

Dendritische Zellen und Allergien

Beispielsweise spielt in der Haut bei der Entwicklung des atopischen Ekzems unter anderem eine Art von dendritischen Zellen eine wichtige Rolle, die als Langerhans-Zellen bezeichnet werden.

Makrophagen: Die Fresszellen

Makrophagen sind eine weitere wichtige Gruppe von Immunzellen, die zur angeborenen Immunabwehr gehören. Sie sind in allen Geweben des Körpers vorhanden und spielen eine wichtige Rolle bei der Phagozytose von Pathogenen, Zelltrümmern und anderen Fremdmaterialien. Darüber hinaus können Makrophagen auch Antigene präsentieren und die adaptive Immunantwort beeinflussen.

Entwicklung und Aktivierung

Monozyten gehören zur unspezifischen Immunabwehr. Sie sind bereits beim Neugeborenen vorhanden. Monozyten haben die Aufgabe, körperfremdes Material in sich aufzunehmen (zu phagozytieren) und unschädlich zu machen. Hierfür müssen sie aber weiter heranreifen und sich zu Makrophagen ausbilden. Das geschieht nicht im Blutkreislauf, sondern in der Leber und im Bindegewebe.

Makrophagen entstehen aus Monozyten, die aus dem Blut in die Gewebe einwandern. Dort reifen sie zu Makrophagen heran und nehmen ihre spezifischen Funktionen wahr. Makrophagen können durch verschiedene Stimuli aktiviert werden, z.B. durch Pathogene, Zytokine und Entzündungsmediatoren.

Funktionen der Makrophagen

Makrophagen haben vielfältige Funktionen im Immunsystem:

• Phagozytose: Makrophagen sind spezialisiert auf die Aufnahme und Zerstörung von Pathogenen, Zelltrümmern und anderen Fremdmaterialien. Sie können dies effizient durch Phagozytose tun, einen Prozess, bei dem die Zelle das Material umschließt und in einem Vesikel (Phagosom) einschließt. Das Phagosom verschmilzt dann mit Lysosomen, die Enzyme enthalten, die das Material abbauen.
• Antigenpräsentation: Ähnlich wie dendritische Zellen können Makrophagen Antigene aufnehmen, verarbeiten und an T-Zellen präsentieren. Allerdings sind Makrophagen in der Regel weniger effizient bei der Aktivierung von naiven T-Zellen als dendritische Zellen.
• Zytokinproduktion: Makrophagen produzieren eine Vielzahl von Zytokinen, die die Immunantwort regulieren und Entzündungen fördern können.
• Gewebereparatur: Makrophagen spielen eine wichtige Rolle bei der Gewebereparatur und der Beseitigung von Zelltrümmern nach Verletzungen oder Infektionen.

Makrophagen und Krankheiten

Makrophagen spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Infektionen, können aber auch an der Entstehung von chronisch-entzündlichen Erkrankungen beteiligt sein. In einigen Fällen können Makrophagen übermäßig aktiviert werden und zu Gewebeschäden führen.

Makrophagen-Krieger

Es sollen außerdem mehr Makrophagen-Krieger mit ihren Fresszell-Mechs hierher verlegt werden. Die Fresszell-Mechs sind die unübertroffenen Laufroboter des Widerstands.

Unterschiede zwischen dendritischen Zellen und Makrophagen

Obwohl dendritische Zellen und Makrophagen beide wichtige Funktionen im Immunsystem erfüllen, gibt es einige wesentliche Unterschiede zwischen ihnen:

Merkmal	Dendritische Zellen	Makrophagen
Ursprung	Können sich sowohl aus Monozyten als auch von Vorläuferzellen von T-Zellen bilden	Entstehen aus Monozyten, die aus dem Blut in die Gewebe einwandern
Lokalisierung	In fast allen Geweben des Körpers, insbesondere in denjenigen, die mit der Außenwelt in Kontakt stehen	In allen Geweben des Körpers vorhanden
Hauptfunktion	Initiierung der adaptiven Immunantwort durch Aktivierung von T-Zellen	Phagozytose von Pathogenen, Zelltrümmern und anderen Fremdmaterialien, Antigenpräsentation, Zytokinproduktion, Gewebereparatur
Antigenpräsentation	Sehr effizient bei der Aktivierung von naiven T-Zellen	Weniger effizient bei der Aktivierung von naiven T-Zellen
Zytokinproduktion	Produzieren eine Vielzahl von Zytokinen, die die Immunantwort regulieren	Produzieren eine Vielzahl von Zytokinen, die die Immunantwort regulieren und Entzündungen fördern können

München - Makrophagen übernehmen bei der Immunantwort mehr Aufgaben als bislang angenommen. Ähnlich wie dendritische Zellen können sie Antigene anderen Immunzellen präsentieren und diese damit aktivieren

„Bislang ging man davon aus, dass es mit den dendritischen Zellen nur einen zentralen Zelltyp im Immunsystem gibt, der für die Antigenpräsentation zuständig ist. Wir haben nun herausgefunden, dass es mit den Makrophagen eine zweite Art an Zellen gibt, die ähnlich kompetent sind und in bestimmten Situationen wichtigere Rollen spielen können als dendritische Zellen“, erläutert Brocker.

Die Antigenpräsentation: Ein wichtiger Prozess

Ein wichtiger Prozess bei immunologischen Reaktionen ist die so genannte Antigenpräsentation, die bei der Aktivierung von T-Lymphozyten eine wichtige Rolle spielt. Diese besitzen an ihrer Oberfläche Rezeptoren, die speziell zu bestimmten Antigenen passen. Allerdings können "unerfahrene" (naive) T-Zellen fremde Stoffe/ Antigene nicht selbst erkennen. Vielmehr benötigen sie dazu eine Anleitung durch die so genannten Antigen-präsentierenden Zellen (kurz APC), welche die naiven T-Zellen aktivieren. Bei den APC handelt es sich um verschiedene Arten von weißen Blutzellen, vor allem Monozyten, Makrophagen, B-Zellen und so genannte dendritische Zellen (DC). Sie nehmen die Antigene auf und spalten sie in kleinere Bruchstücke (Peptide). Dazu bildet die APC Komplexe aus den Antigen-Bruchstücken und Eiweißstoffen (Proteinen), die an der Oberfläche der APC liegen (sog. MHC-Proteine oder Histokompatibilitätsantigene). Mithilfe dieser Komplexe können Rezeptoren an der Oberfläche der Lymphozyten solche Peptide „erkennen“. Dies führt schließlich dazu, dass die T-Lymphozyten aktiviert werden. In verschiedenen Organen und Geweben befinden sich unterschiedliche Arten von Antigen- bzw. Allergen-präsentierenden Zellen, die jeweils spezielle Eigenschaften besitzen. So auch in der Haut und in den Organen des Atem- und Verdauungstrakts.

MHC-Klasse-I- und -II-Moleküle

Wege der Antigenpräsentation durch MHC-Klasse-I- und -II-Moleküle: Bei der Klasse-I-Antigenpräsentation (links) bauen Proteasomen endogene Antigene oder Proteine (innerhalb der Zelle) zu Peptiden ab. Peptidfragmente werden (über einen Transporter, der mit der Antigenprozessierung [TAP] assoziiert ist) zum ER transportiert, wo sie durch Aminopeptidasen weiter zerkleinert und auf das MHC-Klasse-I-Molekül geladen werden. MHC-Klasse-I-beladene Komplexe gehen zur posttranslationalen Modifikation an den Golgi-Apparat. Anschließend werden die Komplexe an die Zelloberfläche transportiert, wo sie CD8+ T-Zellen präsentiert werden. Bei der Antigenpräsentation der Klasse II (rechts) werden extrazelluläre/exogene Antigene in Phagosomen von Antigen-präsentierenden Zellen aufgenommen. Die Phagosomen verschmelzen dann mit den mit proteolytischen Enzymen gefüllten Lysosomen. Dies führt zum Abbau von phagozytierten Proteinen in kleine Peptide. Inzwischen werden im endoplasmatischen Retikulum (ER) neue MHC-Klasse-II-Moleküle synthetisiert. Diese Moleküle haben die invariante Kette (rosa Struktur im rechten Bild, markiert mit Ii), die die Antigen-bindende Domäne bindet. Wenn die Domäne (durch die invariante Kette) verschlossen ist, können ER-residente Peptide nicht an ihr binden. Die invariante Kette lenkt den MHC II-Komplex nach Austritt aus dem ER zum sauren Endosom, in dem die Antigenpeptide enthalten sind. Wenn die MHC-II-Komplexe zum Endosom transportiert worden sind, wird die invariante Kette freigesetzt, was das Beladen von Antigenpeptiden (begleitet von einem Protein, HLA-DM) auf die MHC-Klasse-II-Moleküle ermöglicht. Nach der Beladung werden die gebildeten Antigen-Peptid-MHC-Klasse-II-Komplexe an die Zelloberfläche gebracht, um das Antigen CD4+-T-Zellen zu präsentieren.

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