Angeborene Immunantwort

Grundprinzip und Bedeutung

Die angeborene Immunantwort ist neben der adaptiven Immunantwort eine Immunreaktion auf Stoffe und Lebewesen, die als fremd eingestuft werden. Ihre beteiligten Proteine sind genetisch festgelegt und können nicht angepasst werden. Sie wirkt deshalb schnell: Die meisten Erreger werden bereits Minuten nach dem Eindringen erkannt und angegriffen; häufig sind sie nach wenigen Stunden beseitigt. In vielen Fällen genügt diese Abwehr, um Infektionen zuverlässig abzuwehren.

Sie besteht aus Zellen und löslichen Faktoren. Immunzellen zirkulieren in Blut und Lymphe oder befinden sich in Geweben. Plasmaproteine zirkulieren dagegen passiv im Blut oder in der Gewebsflüssigkeit und können nicht selbst zum Infektionsort wandern. Im Allgemeinen verändert sich die angeborene Antwort nach einer erneuten Infektion mit demselben Erreger nicht. Ein immunologisches Gedächtnis, das Impfungen ermöglicht, ist ein Merkmal der erworbenen Immunantwort; einige angeborene Immunzellen können jedoch trainiert werden und auf einen zweiten Stimulus stärker reagieren.

Erreger erkennen und markieren

Erreger tragen unveränderliche Merkmale, die in Tier oder Pflanze nicht vorkommen, etwa Lipopolysaccharide der Bakterienhülle oder doppelsträngige RNA mancher Viren. Diese Merkmale heißen pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Immunzellen erkennen sie über Pattern-Recognition Receptors (PRRs), also Membranrezeptoren zur Mustererkennung. Eine verbreitete Untergruppe sind Toll-like Receptors (TLRs): Sie erkennen Strukturen fast aller Erregertypen und lösen Signale zur Bildung von Zytokinen und weiteren Abwehrstoffen aus.

Auch Schäden an Zellen werden über schaden-assoziierte Moleküle (DAMPs) gemeldet und verstärken die angeborene Immunantwort. Lösliche Faktoren unterstützen die Erkennung: Komplementfaktoren und natürliche Antikörper können Erreger markieren; dies heißt Opsonisierung. Markierte Erreger werden leichter erkannt und phagozytiert, also aufgenommen und verdaut. Es wird angenommen, dass circa 90 Prozent aller Infektionen durch die angeborene Immunabwehr erkannt und erfolgreich bekämpft werden können.

Zellen und lösliche Abwehrstoffe

Zu den zellulären Bestandteilen gehören Granulozyten, Monozyten/Makrophagen, dendritische Zellen und Natürliche Killerzellen (NK-Zellen). Neutrophile Granulozyten, Makrophagen und dendritische Zellen können Erreger phagozytieren sowie Zytokine und Chemokine bilden. Chemokine locken weitere Abwehrzellen an. Granulozyten machen den Großteil der Leukozyten aus, können aus der Blutbahn ins Gewebe wandern und enthalten Granula mit aggressiven Stoffen zur Erregerabwehr.

Makrophagen entstehen aus Monozyten, die die Blutbahn verlassen. Im Gewebe erkennen und phagozytieren sie Erreger, beseitigen schädliche Stoffe und Abfallprodukte und können die adaptive Immunabwehr aktivieren. NK-Zellen vernichten infizierte oder Tumorzellen ohne vorherigen Kontakt mit dem Erreger. Beim Prinzip des „Fehlenden Selbst“ (missing self) kann der Verlust des auf fast allen gesunden Körperzellen vorhandenen MHC-I-Komplexes die Balance von hemmenden und aktivierenden NK-Zell-Signalen zur Aktivierung verschieben.

Humorale Bestandteile sind Plasmaproteine. Das Komplementsystem umfasst über 30 Proteine: Proteasen können sich an Mikroorganismen binden und deren Zellwände abbauen; Anaphylatoxine erweitern Gefäße und fördern Entzündungen. Komplementfaktoren locken zudem Abwehrzellen an und aktivieren Fresszellen. Interleukine sind Zytokine, also Botenstoffe von Immunzellen. Bekannt sind IL-1 bis IL-35 (Stand November 2009); sie können Leukozyten zu Wachstum, Reifung, Teilung oder Aktivierung anregen.

Ablauf bei einer Infektion

Der genaue Ablauf hängt von Art und Ort der Infektion ab. Bei Bakterien in einer Hautwunde begegnen Makrophagen den Erregern zuerst. Sie phagozytieren und vernichten sie und setzen gleichzeitig Botenstoffe frei. Das Zytokin TNF-α löst eine Entzündung aus und macht Endothelzellen der Blutgefäße durchlässiger. Dadurch gelangen Antikörper und Komplementproteine ins Gewebe, opsonisieren Erreger und erleichtern ihre Phagozytose.

Makrophagen und neutrophile Granulozyten enthalten das Inflammasom. Dieser Proteinkomplex wird durch Bakterienbestandteile oder Harnsäurekristalle stimuliert und führt zur Aktivierung des proinflammatorischen Zytokins Interleukin-1β. Bei Bakterien unterstützt die Entzündung die Abwehr; bei Harnsäurekristallen kann sie einen Gichtanfall auslösen. Chemokine locken zuerst Neutrophile, danach Monozyten an, die vor Ort zu Makrophagen werden. In Gewebezellen eingedrungene Bakterien können dazu führen, dass NK-Zellen infizierte Zellen abtöten. Dendritische Zellen phagozytieren Bakterien, präsentieren deren Bestandteile und aktivieren T-Zellen; so kann die spezifische Immunantwort anschließen.

Bei Parasiten sind vor allem Mastzellen, Eosinophile und Basophile beteiligt. Sie benötigen zuvor vom spezifischen Immunsystem gebildete IgE-Antikörper, die Parasiten opsonisieren. Anschließend setzen sie toxische Stoffe aus ihren Granula frei. Bei Infektionen können Blutplättchen während der Koagulation beta-Lysin und Akute-Phase-Proteine freisetzen; außerdem wird Laktoferrin ausgeschüttet und durch Eisenrückhaltung im RES ein künstlicher Eisenmangel erzeugt.

Abwehr bei Pflanzen

Pflanzen besitzen weder ein adaptives Immunsystem noch mobile Abwehrzellen. Ihre Immunantwort beruht auf der Reaktion des angegriffenen Gewebes. Diese induzierte Abwehr erfolgt innerhalb von Minuten. Stresssignale können außerdem eine hypersensitive Reaktion auslösen: Zellen um die Infektionsstelle sterben beschleunigt ab, sodass dem Pathogen Nährstoffe entzogen werden und es sich nicht weiter ausbreiten kann.