Zytokine

Zytokine sind Peptide oder Glykopeptide, die löslich oder membrangebunden vorliegen können und als Mediatoren bei der Interaktion von Zellen im Rahmen der Immunantwort dienen. Einzelne Zytokine besitzen meist eine Vielzahl von Funktionen und können auf unterschiedliche Zellpopulationen wirken. Zudem gibt es viele Zytokine deren Funktionen sich teilweise überschneiden. Wichtige pro-inflammatorische Zytokine, die bei der Immunantwort gegen Tumoren eine Rolle spielen sind Interleukin (IL)-2 und Interferon gamma (IFNγ), die in erster Linie von lymphatischen Zellen gebildet werden sowie die Zytokine IL-12 und Tumor-Nekrosefaktor alpha (TNFα), die vor allem Produkte der Makrophagen sind. Sie üben einen positiven Effekt auf die Differenzierung, Proliferation oder Aktivierung der zellulären Effektoren aus. Die hauptsächlich von Makrophagen gebildeten Zytokine IL-1 und IL-6 besitzen ein weites Wirkungsspektrum, unter anderem haben sie einen

pro-inflammtorischen Einfluß auf die zelluläre Immumantwort. IL-8 besitzt als Chemokin eine chemotaktische Wirkung auf Entzündungszellen. IL-10 und transformierender Wachstumsfaktor beta (TGFβ) sind Vertreter der sogenannten anti-inflammatorischen Zytokine, die den Effekten der oben genannten Zytokine entgegensteuern und deren physiologische Rolle in der Limitierung einer entzündlichen Reaktion besteht. Sie werden von einigen Tumorzellen gebildet, um die Aktivierung und Proliferation zytotoxischer Zellen zu unterbinden. (ABBAS et al.

2000; TIZZARD 2000; ROITT et al. 2000)

IL-1 ist ein multifunktionales, stark inflammatorisches Zytokin, dass von Monozyten und Makrophagen aber auch von vielen anderen Zelltypen gebildet werden kann und eine wichtige Bedeutung für die Aktivierung von T-Zellen hat. Es induziert die Synthese von IL-2 und IL-2 Rezeptoren in Lymphozyten und unterstützt die Generation von CTLs. Ein zytostatischer bzw. zytotoxischer Effect von IL-1 auf verschiedene Tumorzelllinien konnte nachgewiesen werden (DINARELLO 1998) (LE UND VILCEK 1987)

IL-2 ist für die klonale Expansion von T-Lymphozyten nach Antigenkontakt verantwortlich. Es wird vor allem von CD4+ T-Lymphozyten, aber auch von NK-Zellen und CD8+ T-Lymphozyten gebildet und hat eine ausgeprägte autokrine Wirkung. Es unterstützt in erster Linie die Proliferation der Antigen-spezifischen T-Zellen, stimuliert aber auch das Wachstum von NK-Zellen und B-Zellen (ABBAS et al. 2000). IL-2 unterstützt die Funktionen von NK-Zellen in dem es die FAS-Ligand und Granzym vermittelte Zytotoxizität unterstützt und dadurch die sogenannten Lymphokin-aktivierten Killerzellen (LAK) entstehen (RODELLA et al. 1997). Die Fähigkeit von IL-2 die Zelllyse durch NK-Zellen und CTLs zu stimulieren, hat es als biologisches Agens in das Interesse der Immuntherapie gerückt (FEHNINGER et al.

2002). Es konnte gezeigt werden, dass IL-2 das Wachstum von Tumoren hemmt und es wird zum Teil erfolgreich zur Therapie von Tumorerkrankungen eingesetzt (ROSENBERG 2001 a + b).

IL-6 ist ein Zytokin mit ausgeprägter Pleiotrophie, das von vielen Zelltypen, nach Stimulation durch IL-1 oder TNFα gebildet werden kann. Zu seinen Funktionen

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gehört die Induktion der Differenzierung, Proliferation und IL-2 Expression von T-Zellen. Experimentell hemmt IL-6 das Wachstum einiger Tumorzelllinien. (LE und VILCEK 1989; HIRANO et al. 1990) In einer Studie von MC INTOSH et al. (1989) konnten im Serum von Tumor-tragenden Mäusen erhöhte IL-6 Spiegel nachgewiesen werden.

Als Zytokin mit chemotaktischer Wirkung gehört IL-8 (CXCL8) zu den sogenannten Chemokinen. Es stimuliert in erster Linie die Chemotaxis von neutrophilen Granulozyten, übt aber auch einen Effekt auf andere Leukozyten aus. Ob IL-8 eine chemotaktische Wirkung auf T-Zellen ausübt ist umstritten (WUYTS et al. 1998). IL-8 besitzt einen positiven Einfluß auf die Angiogenese und unterstützt so möglicherweise das Wachstum von Tumoren (KOCH et al. 1992). Außerdem kann es die Expression von bestimmten Metalloproteinasen verstärken und dadurch das invasive Verhalten von Tumoren beinflussen (STRIETER 2001).

IL-10 ist eines der Zytokine mit anti-inflammatorischer Wirkung und ein wichtiger Regulator der zellulären Immunantwort. Es wird von T-Zellen, Monozyten und B-Zellen gebildet und inhibiert die Aktivierung, Proliferation und Zytokinsynthese von Lymphozyten (MOORE et al. 2001). Es hemmt die Aktivierung von Makrophagen und die Produktion von IL-12 und TNFα sowie die Expression von MHC II und co-stimulatorischen Molekülen auf Antigen-präsentierenden Zellen. Vermutlich ist die Fähigkeit von IL-10, die Zytokin-Synthese in T-Zellen und NK-Zellen zu hemmen, auf diese Beeinträchtigung der Antigen-präsentierenden Zellen zurück zu führen (FIORENTINO et al. 1991). In verschiedenen malignen Zelltypen konnte IL-10 Synthese nachgewiesen werden und vermutlich stellt die Produktion dieses Zytokins eine Möglichkeit dar, der Immunantwort gegen Tumoren zu entweichen (KIM et al.

1995).

IL-12 wird von Makrophagen, Monozyten und dendritischen Zellen gebildet und nutzt die Mechanismen der erworbenen und der angeborenen Immunität um seine Wirkung gegen Tumoren auszuüben (BINGLE et al. 2002). Es fördert die Proliferation und zytotoxische Aktivität von NK-Zellen und zytotoxischen T-Lymphozyten und induziert die Zytokinsekretion, insbesondere von IFNγ und IL-2 in

diesen Zellen. Ein weiterer Effekt dieses Zytokins ist die Entwicklung naiver CD4+ T-Zellen zu Th1-T-Zellen (BRUNDA 1994; TRINCHIERI 2003). Über IFNγ führt es indirekt zur Aktivierung von Makrophagen (BRUNDA et al. 1996). In verschiedenen Studien wurde ein starker antitumoraler und antimetastatischer Effekt von IL-12 nachgewiesen, der durch die Proliferation und Aktivierung von NK- und T-Zellen und die daraus resultierende Zytokinsekretion, vor allem von IFNγ, vermittelt wird.

(FUJIWARA 1996; YU et al. 1997; COLOMBO und TRINCHIERI 2002). Obwohl IL-12 im Tierversuchen einen deutlichen therapeutischen Effekt gegen verschiedene murine Tumoren zeigt, konnte es jedoch bislang wegen seiner starken Toxizität klinisch nicht eingesetzt werden (SMYTH et al. 2000).

Das von Makrophagen und anderen Immunzellen gebildete Zytokin TNFα ist ein wichtiges Effektormolekül für die T-Zell und NK-Zell vermittelte Lyse von immunogenen Tumorzellen. Es förert die Proliferation und IFNγ-Produkion in T-Lymphozyten und NK-Zellen (LE und VILCEK 1987). Neben seiner Bedeutung für die Aktivierung zytotoxischer Zellen besitzt es eine direkte antitumorale Wirkung indem es durch Rezeptorbindung die Apoptose von Tumorzellen auslösen kann oder in hohen lokalen Konzentrationen durch Induktion von Gefäßthrombosen die Nekrose des Tumorgewebes hervorruft (ABBAS et al. 2000). Andererseits scheint chronisch niedrig dosiertes TNFα auch als Tumorpromotor zu wirken, da es die DNA-Mutagenese durch reaktive Stickstoffverbindungen und die Ausbildung eines Tumorstromas begünstigt (BALKWILL 2002).

IFNγ wird von NK-Zellen und aktivierten T-Zellen nach IL-12 Stimulation oder Antigenkontakt gebildet. Es ist ein wichtiges Zytokin für die Aktivierung von zytotoxischen T-Zellen, NK-Zellen und Makrophagen und es scheint nicht nur die zytolytische Aktivität von Effektorzellen zu unterstützen, sondern auch deren Migration ins Tumorgewebe zu beeinflussen (NAKAJIMA et al. 2001). Es stimuliert die Expression von MHC I und II auf APCs, es fördert die Entwicklung naiver CD4+

T-Zellen zu Th1-Zellen und unterstützt die Bildung bestimmter opsonierender Antikörper (ABBAS et al. 2000). IFNγ verstärkt die iNOS-Genexpression in Makrophagen und bewirkt so die Produktion großer Mengen NO, einer Substanz die

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eine inhibitorische Wirkung auf das Wachstum von Tumorzelllinien gezeigt hat (FUJIWARA et al. 1997). Es gibt Hinweise dafür, daß IFNγ zudem eine protektive Wirkung gegen Tumoren ausübt, indem es eine Inhibition der zellulären Proliferation und der Angiogenese hervorruft. Die Bedeutung von IFNγ im Rahmen der Tumorimmunität wurde dadurch bekannt, dass die Abstoßung von transplantierten chemisch induzierten Fibrosarkomen in Mäusen durch neutralisierende Antikörper gegen IFNγ aufgehalten wurde (IKEDA et al. 2002). Außerdem zeigten IFNγ -defiziente Mäuse in Tierversuchen häufiger Tumoren und es ist anzunehemen, dass dieses Zytokin eine Rolle beim Schutz vor spontan entstehenden Tumoren spielt (SMYTH et al. 2001).

Das antiinflammatorische Zytokin TGFß unterdrückt das Wachstum von T- und B-Zellen. Es übt einen negativen Einfluß auf die TNFα Synthese, die Bildung von reaktiven Sauerstoffverbindungen und die Adhäsion von Granulozyten an Endothelzellen aus. In Tierversuchen konnte gezeigt werden, dass TGFß die Entstehung spezifischer zytotoxischer T-Zellen inhibiert und eine Veringerung der zellulären Infiltration mit herabgesetzter MHC II Expression und erniedrigter Anzahl von CD8+ T-Zellen im Gewebe Virus-infizierter Tiere hervorruft. In Hinsicht auf seine Bedeutung im Rahmen der Tumorimmunität konnte für Glioblastome und die akute T-Zell-Leukämie nachgewiesen werden, dass die Tumorzellen durch die Bildung von TGFβ zu einer Immunsuppression führen. (FONTANA et al. 1992)