Dennis Lenz
Weiße Blutkörperchen galten lange als reine Fresszellen, die Erreger jagen und unschädlich machen. Eine Untersuchung von Forschungsteams aus Münster und Bochum zeigt nun, dass neutrophile Granulozyten dieselbe molekulare Ausstattung besitzen wie Nervenzellen und aktiv Botenstoffe wie Dopamin und Adrenalin freisetzen. Mit fluoreszierenden Kohlenstoff-Nanoröhren machten die Wissenschaftler diese Ausschüttung erstmals in Echtzeit sichtbar. Die abgegebenen Katecholamine dämpfen eine überschießende Abwehr und verstärken zugleich die Blutgerinnung. Damit rückt eine bislang übersehene Verbindung zwischen Immunsystem und Gefäßsystem in den Blick.
Neutrophile Granulozyten zählen zu den weißen Blutkörperchen und stellen mit einem Anteil von etwa 50 bis 70 Prozent die häufigste Gruppe dieser Zellen im menschlichen Blut. Sie gehören zum angeborenen Immunsystem und bilden die erste Verteidigungslinie, wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen. Innerhalb von Minuten wandern sie aus den Blutgefäßen in entzündetes Gewebe, nehmen Bakterien auf und setzen aggressive Substanzen frei. Katecholamine wiederum sind eine Stoffgruppe, zu der die bekannten Botenstoffe Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin gehören. Im Nervensystem übertragen sie Signale zwischen Zellen und steuern unter anderem Herzschlag, Blutdruck sowie die Reaktion des Körpers auf Stress. Dass ausgerechnet Immunzellen dieselbe chemische Sprache sprechen könnten, war in dieser Deutlichkeit bisher nicht belegt.
Die Vorstellung, dass Nervensystem und Immunsystem eng zusammenarbeiten, ist in der medizinischen Forschung nicht neu, doch die konkreten molekularen Wege blieben oft unklar. Bekannt war, dass Stresshormone die Aktivität von Abwehrzellen verändern und dass viele Immunzellen Rezeptoren für Katecholamine tragen. Offen war jedoch, ob diese Zellen die Botenstoffe auch selbst herstellen, gezielt speichern und kontrolliert abgeben können. Genau an dieser Frage setzt die neue Arbeit an, die im Fachjournal Advanced Science erschienen ist. Sie verbindet hochauflösende Messtechnik mit Experimenten an menschlichen Zellen und an gesunden Probanden und liefert damit ein Bild davon, wie tief die Verzahnung von Abwehr und Signalübertragung tatsächlich reicht.
Das Team um Luise Erpenbeck von der Universität Münster und Sebastian Kruss von der Ruhr-Universität Bochum wies nach, dass neutrophile Granulozyten dieselbe molekulare Maschinerie besitzen wie Nervenzellen, wie die beteiligten Institutionen in ihrer Mitteilung zur Studie aus Münster und Bochum berichten. Die Zellen nehmen Katecholamine aus ihrer Umgebung auf, lagern sie in kleinen Bläschen, den sogenannten Vesikeln, und schütten sie bei einem Entzündungsreiz wieder aus. Dieser Ablauf entspricht dem Grundprinzip, mit dem Nervenzellen an ihren Kontaktstellen Signale weitergeben. Sichtbar wurde die Freisetzung durch fluoreszierende Kohlenstoff-Nanoröhren, die als hochempfindliche Sensoren dienen und den Moment der Ausschüttung räumlich und zeitlich auflösen. Damit ließ sich erstmals direkt beobachten, wie eine Immunzelle einen Neurotransmitter abgibt, statt dies nur indirekt aus Messwerten abzuleiten.
Besonders aufschlussreich ist die Wirkung dieser freigesetzten Botenstoffe. Die Katecholamine bremsen eine überschießende Abwehrreaktion der Neutrophilen und verhindern so, dass die Entzündung außer Kontrolle gerät. Gleichzeitig fördern sie die Blutgerinnung und stellen damit eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Immunsystem und dem Gefäßsystem her. Eine solche Rückkopplung ist medizinisch bedeutsam, weil überschießende Entzündungen und gestörte Gerinnung bei schweren Krankheitsverläufen häufig gemeinsam auftreten. Ähnlich eng verknüpft ist auch die Rolle der Zellbiologie bei der Frage, wie Abwehrzellen ihr Verhalten fein abstimmen. Der beschriebene Mechanismus wirkt dabei wie ein eingebauter Regler, der zwei sonst getrennt betrachtete Körpersysteme koordiniert und die Reaktion auf eine Infektion in beide Richtungen ausbalanciert.
Um zu prüfen, ob dieser Mechanismus auch im lebenden Körper eine Rolle spielt, untersuchten die Forscher die Genaktivität gesunder Probanden, bei denen experimentell eine kontrollierte Entzündung ausgelöst wurde. Dabei zeigte sich, dass die Neutrophilen während der Entzündungsreaktion ihre Katecholamin-Rezeptoren sowie ihr Programm zur Herstellung und zum Abbau dieser Botenstoffe koordiniert anpassen. Diese Veränderung trat nicht nur unter künstlichen Laborbedingungen auf, sondern auch im menschlichen Organismus. Für die beteiligten Wissenschaftler ist das ein deutliches Zeichen, dass der Signalweg in der menschlichen Entzündungsreaktion tatsächlich von Bedeutung ist und nicht nur ein Nebeneffekt isolierter Zellen im Reagenzglas darstellt. Damit gewinnt der Befund an klinischer Relevanz und verlässt die Ebene reiner Grundlagenbeobachtung.
Die Ergebnisse öffnen ein Feld für weitere Fragen, etwa ob sich der neu beschriebene Regelkreis bei entzündlichen Erkrankungen gezielt beeinflussen lässt. Da viele Medikamente bereits am Katecholamin-System ansetzen, könnte ein besseres Verständnis dieser Immunfunktion langfristig neue Ansatzpunkte für Behandlungen liefern. Offen bleibt bislang, wie stark der Mechanismus bei verschiedenen Krankheitsbildern ausgeprägt ist und ob andere Immunzellen ähnliche Fähigkeiten besitzen. Klar ist jedoch, dass die klassische Trennung zwischen einer signalgebenden Nervenzelle und einer rein ausführenden Abwehrzelle zu kurz greift. Die Arbeit reiht sich in eine wachsende Zahl von Untersuchungen ein, die zeigen, wie flexibel und vielseitig Zellen des angeborenen Immunsystems auf ihre Umgebung reagieren und dabei Aufgaben übernehmen, die man ihnen lange nicht zugetraut hat.
Advanced Science, Catecholaminergic Signaling in Human Neutrophils; doi:10.1002/advs.202524193