Monozyten-Subpopulationen

Die Monozyten machen 3 - 6 % der Leukozyten aus und stellen die größten Zellen dieser Gruppe dar. Charakteristisch und namensgebend ist der große Zellkern. Seit langem ist bekannt, dass die Monozyten die Vorläufer der Gewebsmakrophagen und einiger dendritischer Zellen sind. Der Monozyt selbst entwickelt sich aus einer myeloiden Stammzelle, die er mit den neutrophilen Granulozyten gemein hat, unter Wirkung von GM-CSF und M-CSF über das Stadium des Monoblasten. Die Gesamtheit der Monozyten und ihre Vorläufer sowie die gewebsständigen und spezialisierten Makrophagen und die dendritischen Zellen bezeichnet man als mononukleäres Phagozytensystem (MPS; s.

Abb. 2) (40).

Aufgaben dieses Systems sind vornehmlich das Erkennen und Beseitigen eindringender Pathogene und die Initiation von Mechanismen sowohl der angeborenen als auch der adaptiven Immunantwort (41). Die das MPS umfassenden Zellen sind an der Entstehung einer Vielzahl von Erkrankungen beteiligt, so bspw. an infektiösen, autoimmu-nologischen und hämatologisch-malignen Krankheiten (42).

Ziegler-Heitbrock und Kollegen beschrieben 1989 erstmals, dass der monozytäre Zelltyp keine, wie bis dahin angenommen, homogene Gruppe darstellt, sondern aus zumindest zwei Subpopulationen besteht, die mittels Durchflusszytometrie voneinander unter-schieden werden können (43). Heute wissen wir, dass es drei Subsets sind, die die

10 Monozyten ausmachen und die sich durch die Expression des Lipopoly-saccharidrezeptors (LPS) CD14 und des FcγRIII-Rezeptors CD16 differenzieren lassen (44). Hierbei nehmen die so genannten klassischen Monozyten mit ca. 85 % den größten Anteil in Anspruch. Sie präsentieren als charakteristisches Merkmal CD14 und werden im Folgenden auch als CD14-Monozyten bezeichnet. Davon abzugrenzen sind Mono-zyten, die zusätzlich CD16 auf ihrer Oberfläche tragen (ca. 15 %). Bis vor einiger Zeit wurden diese Zellen als eine Subpopulation aufgefasst, jedoch wurde dieses Konzept aufgrund verschiedener Charakteristika und Funktionen zweier Subsets innerhalb dieser Gruppe aufgegeben (45).

Abbildung 2: Schematische Darstellung des MPS. G-CFU: Granulocyte Colony-forming Unit;

GCFU: Granulocyte/Macrophage Colony-forming Unit; HSC: Haematopoietic Stem Cell; M-CFU: Macrophage Colony-forming Unit. Mit freundlicher Genehmigung aus: Gordon et al.

2005 (40).

So werden neben der klassischen Subpopulation auch die so genannten intermediären Monozyten, die gleichermaßen CD14 und CD16 präsentieren („doppelt-positive“) sowie

11 die nicht-klassischen Monozyten, die hauptsächlich CD16 tragen, unterschieden (s.

Tabelle 3).

Monozyten-Subpopulation Anteil Marker

Klassische Monozyten ca. 85 % CD14⁺⁺CD16

-Intermediäre Monozyten ca. 5 % CD14⁺⁺CD16⁺

CD16⁺ Nicht-klassische Monozyten ca. 10 % CD14⁺CD16⁺⁺

Tabelle 3: Übersicht der drei Monozyten-Subpopulationen.

I.4.1 Eigenschaften und Funktion

Durch durchflusszytometrische Analysen sind die Monozyten-Subsets hinsichtlich der von ihnen exprimierten Marker weiter charakterisiert worden. Der aktuelle Wissens-stand über die auf den Monozyten-Subpopulationen vorzufindenden Marker findet sich in Tabelle 4.

Tabelle 4: Auf der Zelloberfläche präsentierte Marker der Monozyten-Subpopulationen (46, 47).

Um die Funktion der Monozyten und ihre Rolle in Erkrankungsprozessen zu klären, wurden vielfache Studien in vitro und im Mausmodell unternommen. In der Maus finden sich mindestens zwei Monozyten-Subsets, die nach dem Oberflächenmerkmal Lymphocyte Antigen 6 Complex (Ly6C) unterschieden werden. Ly6C^hi -Monozyten ent-sprechen dem aktuellen Kenntnisstand zufolge am ehesten den klassischen und

inter-

12 mediären, Ly6C^low den nichtklassischen Monozyten (48, 49). Die Vergleichbarkeit der Zellgruppen wird hauptsächlich mit der Übereinstimmung in der Oberflächenmarker- und Genexpression begründet. Auch wenn sich die Ergebnisse der Studien im Mausmodell nicht gänzlich auf den menschlichen Organismus übertragen lassen, bieten sie doch wichtige Anhalte für die Verhaltensweisen von Monozyten unter bestimmten Bedingungen.

Trotz intensiver Grundlagenforschung sind die Funktionen der jeweiligen Monozyten-Subpopulationen jedoch bisher nur lückenhaft aufgeklärt. Sicher ist, dass die Monozyten-Subsets in einer großen Bandbreite von Erkrankungen eine Rolle spielen. Im Besonderen wurde die Bedeutung der Zellen in Infektions- und entzündlichen Krankheiten im Rahmen von klinischen Studien untersucht, wie bspw. der Sepsis (50) oder bei Virushepatitiden (51, 52). Auch bei immunologisch vermittelten Erkrankungen, wie dem Asthma bronchiale (53), dem M. Crohn (54) und der rheumatoiden Arthritis (55) zeigten sich Veränderungen der Monozyten-Subpopulationen. Den zugrundelie-genden Studien gemein ist, dass die hauptsächlichen Veränderungen in der Expansion des intermediären Subsets bestehen.

Aufgrund der gesteigerten Bildung proinflammatorischer Zytokine wie dem Tumor-Nekrose-Faktor-alpha (TNFα) und Interleukin (IL)-6 unter LPS-Stimulation und geringer Produktion des antiinflammatorischen IL-10 wurden die murinen Ly6C^hi -Monozyten als inflammatorisch bezeichnet. Eine aktuelle Nomenklatur hat hiervon allerdings Abstand genommen, da die Befunde auf in vitro-Experimenten basieren und somit nicht sicher auf die Funktion im Organismus schließen lassen (45). Außerdem gibt es hier eine Diskrepanz zu den Befunden klinischer Studien, aufgrund derer die CD16-tragenden Zellen als proinflammatorisch bezeichnet worden sind (44). Beim Menschen sind es die intermediären Monozyten, die vermehrt proinflammatorische Zytokine unter LPS-Stimulation ausschütten (56), weshalb die Bezeichnung inflammatorisch eher irreführend ist. Dennoch sind die intermediären Monozyten auch in Bezug auf die Antigenpräsentation potenter als die anderen Subsets. Sie weisen mehr Humanes Leukozytenantigen DR (HLA-DR), einem Klasse II Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC II), auf. Ebenso unterscheidet sich die Potenz der Phagozytose: In einer Studie internalisierten klassische Monozyten weitaus mehr Nanopartikel als die nichtklassischen (57). Auch bilden die klassischen und intermediären Monozyten

13 reaktive Sauerstoffspezies (ROS), wohingegen die nichtklassischen Monozyten dies nicht tun (58).

Zusammenfassend lässt sich auf Basis dieser Befunde sagen, dass es zumindest Hinweise darauf gibt, dass die klassischen und intermediären Monozyten eher die Entzündung begünstigen und die nichtklassischen Monozyten gegensätzlich hierzu eher anti-inflammatorisch wirksam sind. Die Einwanderung der Monozyten in das Gewebe geschieht über verschiedene Wege: Klassische Monozyten werden hauptsächlich durch MCP-1 (CCL-2) und CCL-5 angelockt. Nicht-klassische Monozyten werden vornehmlich durch CCL-5 und CX3CL1 rekrutiert (59, 60). Blockierung des letzteren Weges führt zu einer Verminderung des Patrollierens der Ly6C^low-Monozyten (61).

In einer Zellkultur-Studie ist gezeigt worden, dass die Monozyten als Ly6C^hi das Knochenmark verlassen und über den Verlust von Ly6C heranreifen (62). Auffray et al.

konnten in einem intravitalen Mikroskopie-Experiment demonstrieren, dass Ly6C^low -Monozyten abhängig von dem Integrin Leukozyten-Funktionsantigen 1 (LFA-1) und dem Chemokinrezeptor CX3CR-1 an der Gefäßwand patrollieren („Patrolling Monocytes“) und unter örtlichen infektiösen Bedingungen (L. monocytogenes) in das Gewebe einwandern und sich in Makrophagen umwandeln (61). Wie dieser Reifungsprozess genau vonstattengeht und welche Bedingungen hierfür erfüllt sein müssen, ist aktuell noch ungeklärt (63).

I.4.2 Monozyten-Subpopulationen in der Atherosklerose

Das monozytäre System spielt eine Schlüsselrolle in der Atherosklerose. Monozyten sind bereits im ersten sichtbaren Stadium einer atherosklerotischen Plaque, der fatty streak lesion, erkennbar (64) und somit wahrscheinlich die ersten Zellen, die die Atherogenese vorantreiben. Sie sind Vorläufer der Makrophagen, die ihrerseits wichtige Funktionen in der Aufrechterhaltung und Progression der Atherosklerose einnehmen. Auch die Makrophagen lassen sich in Subsets unterteilen (M1- und M2-Makrophagen). Es gibt Hinweise, dass M1-Makrophagen eher Entzündungsprozesse begünstigen, wohingegen M2-Makrophagen antiinflammatorisch aktiv sein könnten (35). Ob und wie ein Mono-zyten-Subset präferentiell in ein Makrophagen-Subset konvertiert, ist gegenwärtig noch nicht gesichert. Einige Autoren postulieren eine Konversion von klassischen Monozyten

14 zu M1-Makrophagen und nicht-klassischen Monozyten zu M2-Makrophagen innerhalb atherosklerotischer Plaques. Alle Monozyten-Subpopulationen dringen in atherosklerotische Läsionen ein. Jedoch sind die klassischen Monozyten diesbezüglich die Potentesten (60, 65). Die Chemotaxis und Einwanderung der Monozyten-Subsets wird unter anderem mithilfe der Chemokinrezeptoren CCR2, CCR5 und CX3CR1 bewerkstelligt (60, 66) (s. Abb. 3). Inwieweit die verschiedenen Subpopulationen einen Einfluss auf die Vulnerabilität einer Plaque haben und somit ggf. einen prognostischen Wert als Marker für das Schlaganfallrisiko einer bestehenden Stenose haben könnten, ist bislang nicht untersucht worden.

Abbildung 3: Darstellung der Einwanderung von Monozyten in die Gefäßwand. A: Zunächst kommt es zur chemotaktischen Anlockung der Zellen in Richtung des Endothels. B: Das membrangebundene Chemokin CX₃CL1 (Fractalkine) und das über Glykosaminoglykane (GAG) präsentierte CCL2 (MCP-1) werden von den entsprechenden auf dem Monozyten exprimierten Rezeptoren gebunden. Hiernach kommt es zur Anbindung und anschließendem Rollen auf dem Endothel mittels verschiedener weiterer Adhäsionsmoleküle (Selektine, Integrine) (nicht dargestellt). C: Nach fester Adhäsion kommt es zur Diapedese in die Intima.

D: Die Monozyten entwickeln sich zu Makrophagen, die durch Aufnahme von Lipiden zu Schaumzellen konvertieren (E). Letztere sind ebenfalls ihrerseits inflammatorisch aktiv und tragen somit zur Atherogenese weiter bei (F). Mit freundlicher Genehmigung aus: George &

Johnson 2010 (35).

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