1. Einleitung
1.1 Asthma bronchiale
1.1.1 Pathophysiologie
Asthma bronchiale ist eine häufige Erkrankung im Kindes- und Erwachsenenalter mit einer zunehmenden Prävalenz insbesondere in der westlichen Welt (1,2). Aus heutiger Sicht ist das Asthma bronchiale eine chronische Entzündungsreaktion der Bronchien, bei der eosinophilen Granulozyten und T-Lymphozyten eine zentrale Rolle zukommt.
Lymphozyten sind beim immunologisch Gesunden für die Ausprägung einer angepaßten Immunantwort auf exogene Stimuli verantwortlich. Diese Reaktionen des Immunsystems sind üblicherweise selbstlimitierend und hinterlassen keine bleibenden Schäden. Die Lymphozyten lassen sich in zwei verschiedene Untergruppen einteilen, die der B- und die der T-Lymphozyten, wobei die letztere aus CD4+ T-Helferzellen und CD8+ zytotoxischen T-Zellen besteht. Die CD8+ T-Zellen interagieren mit MHC Klasse I Molekülen, über die prozessierte, endogene Antigene präsentiert werden. Wenn ihnen dabei von einer Zelle ein Antigen präsentiert wird, auf das sie spezialisiert sind, können sie die betreffende Zelle direkt zerstören. Damit sind die CD8+ T-Zellen die Akteure der zellgetragenen Immunantwort, die sie durch Sekretion von Botenstoffen zusätzlich beeinflussen können.
Die CD4+ T-Lymphozyten spielen durch Beeinflussung der antikörperproduzierenden B-Zellen eine zentrale Rolle bei der humoralen Abwehr. Sie erkennen fremde Antigene, z.B. über die Bronchialschleimhaut aufgenommene Allergene, die von spezialisierten, antigenpräsentierenden Zellen, hier meist dendritischen Zellen, über MHC Klasse II Moleküle präsentiert werden. Diese Antigenpräsentation, bei der zusätzlich eine Reihe akzessorischer Signale nötig sind, löst eine selektive Aktivierung der antigenspezifischen T-Helferzellen aus (3). Daraufhin sind diese Zellen in der Lage, Botenstoffe, sogenannte Zytokine, zu sezernieren, welche die weitere Immunreaktion steuern (siehe Abbildung 1).
Es wurden zwei distinkte T-Helfer-Subklassen mit einem bestimmten Zytokinspektrum beschrieben (4): Th1-Zellen produzieren IFN-γ und IL-2, Th2-Zellen u.a. IL-4, IL-5, IL-9 und IL-13. Die Th2 Zytokine sind beim Menschen für die allergische Entzündung von besonderer Bedeutung, da sie, neben vielen anderen Effekten, sowohl die IgE-Produktion erhöhen, als auch den Einstrom von eosinophilen Granulozyten in die Bronchial-schleimhaut verstärken, was beides zentrale Befunde beim Asthma sind. Die chronische
Atemwegsentzündung des allergischen Asthma bronchiale wird von aktivierten T-Helfer-zellen aufrechterhalten (5,6). Das nach dem initialen Allergenkontakt unter dem Th2 Einfluß vermehrt gebildete allergenspezifische IgE bindet an den hochaffinen IgE-Rezeptor der Mastzellen. Ein erneuter Allergenkontakt führt dann über eine Quervernetzung der IgE-Rezeptoren durch das IgE-gebundene Allergen zu einer Mastzelldegranulation. Während dieser asthmatischen Sofortreaktion werden zahlreiche Mediatoren (u.a. Histamin und Leukotriene) freigesetzt, die zu den Symptomen des akuten Asthmaanfalls mit Hyperkrinie, Bronchospasmus und Schleimhautödem führen.
Abbildung 1: Allergische Entzündung beim Asthma bronchiale
Abkürzungen: Th: T-Helferzelle; DZ: dendritische Zelle; Eo: eosinophiler Granulozyt; MZ: Mastzelle; B: B-Lymphozyt;
Ez: Epithelzelle; IL: Interleukin
Eine in den asthmatischen Atemwegen sehr zahlreich auftretende Effektorzelle ist der eosinophile Granulozyt (Eosinophiler). Sowohl bei symptomatischen, als auch bei asymptomatischen Asthmatikern kann eine erhöhte Anzahl Eosinophiler und ihrer Produkte gefunden werden. Diese Produkte (basische Proteine, Sauerstoffradikale, etc.) haben eine proinflammatorische und eine epithelschädigende Wirkung. Diese kann zur
MZ
vollständigen Ablösung des Epithelverbandes führen (7), wodurch die subepithelialen Nervenendigungen freigelegt werden. Sie sind nunmehr empfindlicher gegenüber einer Vielzahl inhalativer Stimuli, was zur Ausbildung der für das Asthma typischen bronchialen Hyperreaktivität führt (8,9). Die Eosinophilie wird einerseits von einer erhöhten Menge an im Blut zirkulierenden Vorläuferzellen unterhalten, andererseits ist die Apoptoserate in den Atemwegen vermindert. An beiden Effekten scheint IL-5 beteiligt zu sein, da es die Differenzierung der Eosinophilenvorläufer beschleunigt und in der Lage ist, die Überlebenszeit der Eosinophilen zu verlängern (10).
Die chronische eosinophile Entzündung zusammen mit den wiederholten akuten Asthmaanfällen löst dauerhafte, strukturelle Veränderungen der Atemwege aus. Neben den schon erwähnten Epithelschäden bildet sich unter dem Einfluß profibrotischer Zytokine eine subepitheliale Fibrose mit Basalmembranverdickung aus. Die glatten Muskelzellen der Bronchien hypertrophieren; bei schwerem Asthma ist zusätzlich eine Gefäßproliferation zu beobachten. Daraus resultieren eine größere Wandstärke mit einem kleineren Atemwegslumen, was die asthmatische Obstruktion verstärkt (11,12).
1.1.2 Bedeutung der T-Zell Zytokine
IFN-γ ist ein Th1 Zytokin. Es wird bei allergischen Asthmatikern von einem geringeren Prozentsatz der T-Zellen produziert als bei Kontrollprobanden (13,14). Diese verminderte Th1 Zytokinexpression und insbesondere ein verminderter Th1 zu Th2 Quotient sind typisch für die allergische Entzündung. Die Th1 Zytokine scheinen aber nicht als ausschließliche Gegenspieler von den Th2 Zytokinen zu fungieren, da sie selbst teilweise proinflammatorische Eigenschaften besitzen. So konnte im Tiermodell durch Th1 Zellen eine Schleimhauteosinophilie in der Lunge ausgelöst werden (15). Auch einige IL-13 vermittelte Effekte, z.B. die vermehrte Expression von MHC Klasse II Molekülen auf Zellen der Atemwege, wurden durch IFN-γ verstärkt, wohingegen die Eosinophilie in der BAL abgeschwächt wurde (16). In anderen Studien im Tiermodell konnte die Eosinophilie in der bronchoalveolären Spülflüssigkeit nach Allergenprovokation durch IFN-γ unterdrückt werden (15,17). Auch die bronchiale Hyperreagibilität konnte durch IFN-γ im Tiermodell unterdrückt werden, allerdings nur durch eine einwöchige Behandlung. Eine Behandlung für vier Wochen blieb wirkungslos, was sich möglicherweise durch die zwiespältige Wirkung von IFN-γ erklären läßt, zwar die allergische Entzündung abschwächen, aber auch proinflammatorisch wirken zu können (18).
IL-5 ist ein Th2 Zytokin das selektiv eosinophile Granulozyten aktiviert und deren Apoptose unterdrückt (19). Es ist mitverantwortlich für die auftretenden Gewebeschäden (20). IL-5 wirkt spezifisch, da nur Eosinophile und die selteneren basophilen Granulozyten einen IL-5 Rezeptor exprimieren (10). IL-5 ist ebenfalls für Wachstum und Reifung der Eosinophilen im Knochenmark verantwortlich. Im Tiermodell konnte gezeigt werden, daß monoklonale Antikörper gegen IL-5 eine allergische Reaktion der Lunge hemmen können, wobei interessanterweise die Unterdrückung der Eosinophilie mit geringeren Mengen gelang, als für die Unterdrückung der Hyperreagibilität nötig waren (21). Auch beim Menschen konnte mit monoklonalem Anti-IL-5 die Eosinophilie im Blut unterdrückt werden. Die bronchiale Hyperreagibilität konnte indes nicht beeinflußt werden (22), wobei aus methodischen Gründen mit dieser Studie ein Einfluß von IL-5 und den eosinophilen Granulozyten auf die bronchiale Hyperreagibilität nicht ausgeschlossen werden konnte (23). Beim Menschen korreliert die Konzentration von IL-5 in der BAL Flüssigkeit mit dem Schweregrad der eosinophilen Entzündungsreaktion (24) und es konnte eine Korrelation zwischen der Menge der Zellen in der BAL, die mRNA für IL-5 exprimieren, und sowohl der Stärke der Obstruktion (FEV1), als auch der bronchokonstriktorischen Reaktion auf Metacholin gefunden werden (25). Bei der Behandlung des Asthmas mit Glukokortikoiden sinkt der IL-5 Spiegel im Serum (26,27), was gut zu den in vitro Experimenten paßt, die für Glukokortikoide einen hemmenden Effekt auf Genexpression und Ausschüttung von IL-5 (28) und eine Verkürzung der Lebensspanne der Eosinophilen durch vermehrte Apoptose (29,30) gezeigt haben.
IL-9 wurde ursprünglich als T-Zell- und Mastzellwachstumsfaktor identifiziert. Da es insbesondere von Th2 Zellen gebildet wird, hat es mittlerweile als Th2 Zytokin Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Neben seiner Fähigkeit das Wachstum aktivierter T-Zellen zu verstärken und das Wachstum und die Differenzierung von Mastzellen zu fördern, erhöht es die IgE-Produktion (5). Zusätzlich wird durch IL-9 die Schleim-produktion in den Bronchien angeregt. Auch auf genetischer Ebene konnte eine Korrelation zwischen dem IL-9 Genlocus und Atopie mit IgE Erhöhung und bronchialer Hyperreagibilität gefunden werden (31). Das humane IL-9 Gen liegt in dem Th2 Zytokinkluster auf Chromosom 5, wo u.a. auch IL-3, IL-4, IL-5 kodiert sind (32-34). Nach in vitro Daten wird IL-9 hauptsächlich von Th2 Lymphozyten produziert (35). Weitere IL-9 sezernierende Zellen sind Mastzellen und Eosinophile (36).
In der T-Helferzellentwicklung und damit in einer sehr frühen Phase der Allergieent-wicklung, hat IL-9 einen wichtigen Einfluß, da es auf Th2 Zellen apoptoseunterdrückend
wirkt (37) und im Thymus die Anzahl der reifen T-Zellen erhöht (38). Im Mausmodell führte eine in der Lunge erhöhte IL-9 Expression zu einer T-Zellinfiltration, verbunden mit bronchialer Hyperreagibilität (39).
Auch beim Menschen konnte eine erhöhte IL-9-Aktivität in Bronchialschleimhautbiopsien sowohl auf dem Protein-, als auch auf dem mRNA- Niveau gefunden werden, die nur bei Asthmatikern, nicht aber bei Kontrollprobanden oder Patienten mit anderen Lungenkrankheiten zu finden war (40).