Bei der angeborenen Immunantwort spielen Makrophagen eine wichtige Rolle. Was diese genau sind, wie sie definiert werden und welche Arten es gibt, erfährst Du im Folgenden.
Makrophagen – Definition
Übersetzt man "Makrophage" aus dem Altgriechischen ins Deutsche, so bedeutet dieser Begriff so viel wie Riesenfresszelle. Dieser Name ist zutreffend, denn die Makrophagen (makro = groß) stammen von den größten Zellen des Blutes, den Monozyten, ab.
Den zweiten Teil ihres Namens haben sich die Makrophagen ebenso verdient. Denn "-phage" leitet sich von phagein ab, was übersetzt “fressen” bedeutet. Und das Fressen gehört zu den wichtigsten Aufgaben eines Makrophagen, wie Du im Verlauf dieses Artikels noch lernen wirst.
Makrophagen sind weiße Blutkörperchen (Leukozyten) und stehen – wie die anderen Leukozyten auch – im Dienste der Immunabwehr unseres Körpers. Innerhalb des Immunsystems lassen sich die Makrophagen der angeborenen Immunantwort zuordnen, zu welcher beispielsweise auch die Granulozyten gehören.
Neben dem angeborenen, unspezifischen Immunsystem besitzen wir auch noch ein erworbenes, adaptives Immunsystem. Die angeborene Immunantwort ist im Gegensatz zur adaptiven Immunantwort sehr schnell. Dafür unterscheidet sie aber nicht zwischen verschiedenen Erregern – im Gegensatz zur spezifischen Immunantwort, welche gezielt gegen den Krankheitserreger vorgeht.
Makrophagen – Entwicklung
Makrophagen stammen von den Monozyten ab. Diese stellen die größten im Blut zirkulierenden Zellen dar. Monozyten entwickeln sich aus pluripotenten Stammzellen des Knochenmarks.
Pluripotente Stammzellen sind Zellen, die sich zu jedem Zelltyp eines Organismus entwickeln können.
Monozyten
Die Bildung von Monozyten bezeichnet man als Monopoese oder Monozytopoese. Die Monozytopoese wird durch verschiedene Botenstoffe (Interleukine und sogenannte koloniestimulierende Faktoren) angeregt, die als Wachstumsfaktoren auf die Entwicklung von Zellen einwirken.
Zu Beginn der Monozytopoese entwickeln sich aus den pluripotenten Stammzelle des Knochenmarks zwei verschiedene Arten von Stammzellen: die myeloischen und die lymphoiden Vorläuferzellen. Aus den lymphoiden Vorläuferzellen gehen die Lymphozyten hervor, während sich aus der myeloischen Stammzelle beispielsweise die Erythrozyten (die roten Blutkörperchen), die Granulozyten und auch die Monozyten entwickeln.
Monoblasten
Bevor die myeloische Stammzelle zu einem Makrophagen wird, entwickeln sich diverse Zwischenstufen. Eine Zwischenstufe stellen die Monoblasten dar. Sie bilden in ihrem Zytoplasma Verdauungsorganellen, die sogenannten Lysosomen, aus. Dadurch werden die Monoblasten zu Promonozyten, der letzten Vorstufe der Monozyten.
Promozyten
Die Promonozyten werden dann in ihrem weiteren Verlauf als reife Monozyten in das Blut abgegeben und zirkulieren dort. Schon nach kurzer Zeit, in der Regel nach ein bis zwei Tagen, wandern die reifen Zellen über die Wände der Blutgefäße in das Gewebe ein, wo sie sich zu Makrophagen weiterentwickeln. Diese können im Gewebe mehrere Monate weiterleben.
Abbildung 1: Monozytopoese
Makrophagen – Typen
Makrophagen sind eine sehr vielfältige Gruppe weißer Blutkörperchen. Sie können sich in Bezug auf ihre Gestalt stark unterscheiden. So können die Fresszellen z. B. zu großen, mehrkernigen Riesenzellen verschmelzen, um besonders große Partikel zu eliminieren. Auch können Makrophagen als Epitheloidzellen das Aussehen von Epithelzellen annehmen und damit im Vergleich zu den Riesenzellen eher klein bleiben.
Doch nicht nur was ihre Gestalt betrifft, sind Makrophagen untereinander sehr unterschiedlich. Auch im Hinblick auf ihr Fortbewegungsverhalten können sich Makrophagen unterscheiden. Einerseits können sie durch das Blut zirkulieren und dort in das Gewebe einwandern, wo sie gerade gebraucht werden. Andererseits können sie sich aber auch stationär immer an demselben Ort aufhalten.
Daher teilt man die riesigen Fresszellen in motile Makrophagen und geweberesidente Makrophagen ein.
Alle Arten von Makrophagen sind zentraler Bestandteil des mononukleär-phagozytären Systems (MPS) des Körpers, welches zur Phagozytose befähigte Körperzellen zusammenfasst.
Motile Makrophagen
Dringen Krankheitserreger in den Körper ein, so werden im Knochenmark Monozyten gebildet. Diese Monozyten befinden sich zunächst für wenige Tage in der Blutbahn. Die Zellen wandern bei einer Infektion zur betroffenen Stelle und differenzieren sich dort im Gewebe zu Makrophagen, wo sie schließlich im Dienste des angeborenen Immunsystems kämpfen.
Dementsprechend werden derartige Makrophagen im Rahmen einer Infektion vermehrt gebildet. Im Vergleich zu den ortsständigen Makrophagen sind die mobilen Makrophagen deutlich in der Unterzahl.
Geweberesidente Makrophagen
Wie bereits erwähnt, gibt es auch Fresszellen, die sich ständig in einem bestimmten Gewebe aufhalten – egal ob dort eine Infektion vorliegt oder nicht. Das ist in vielen Geweben des Körpers, z. B. in der Leber, der Fall.
Diese Zellen können im Gegensatz zu ihren mobilen Gegenstücken längere Zeiträume überdauern. Sie werden im Unterschied zu den ortsunabhängigen Makrophagen nicht zwangsweise laufend neu im Knochenmark gebildet, sondern entstehen teilweise schon während der embryonalen Entwicklung unter anderem in der Leber.
Diese Gewebsmakrophagen stellen gewissermaßen inaktive Formen von Fresszellen dar, die darauf warten, bei Bedarf aktiviert zu werden. Zu den gewebespezifischen Makrophagen gehören unter anderem:
- Histiozyten: Die klassischen Gewebsmakrophagen sind die Histiozyten. Man findet sie vor allem im Bindegewebe. Kommt es zur Infektion, so werden die Histiozyten zu Makrophagen aktiviert.
- Kupffer-Zellen: Sie befinden sich in der Leber und entfernen dort beispielsweise schädliche Partikel und absterbende Zellen aus dem Blut.
- Osteoklasten: Bei den Osteoklasten handelt es sich um mehrkernige Riesenzellen (also miteinander verschmolzene Makrophagen), die Knochensubstanz abbauen können.
- Alveolar-Makrophagen: Man findet sie auf der Oberfläche der Lungenbläschen. Die Funktion dieser spezialisierten Makrophagen ist die Reinigung der Lunge, indem sie z. B. Staub oder Mikroorganismen entfernen.
- Mikrogliazellen: Mikroglia befinden sich als spezialisierte Fresszellen im Gehirn.
Abbildung 2: Darstellung verschiedener Makrophagen-Typen
Makrophagen – Aktivierung
Die Aktivierung von Makrophagen kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Zum einen können T-Zellen bestimmte Proteine (Zytokine) herstellen, welche die Makrophagen aktivieren. Doch auch andere Zellen des Immunsystems, wie natürliche Killerzellen, können auf diese Weise Makrophagen aktivieren.
Sogar durch bestimmte Bestandteile von Bakterien (das sogenannte LPS) kann eine Makrophagenaktivierung erfolgen. Die Makrophagen sind dann in der Lage, effizient gegen die Krankheitserreger zu kämpfen.
Bei dem Makrophagenaktivierungssydrom (MAS) ist eine Krankheit, bei der die Makrophagen unkontrolliert aktiviert werden. In vielen Fällen führt sie zum Tod.
Makrophagen – Aufgaben
Makrophagen haben vielfältige Aufgaben, wobei ihre Funktion als Fresszelle besonders hervorzuheben ist. Als solche kämpfen Makrophagen bei einer Infektion an vorderster Front. Sie sind zwar nicht ganz so schnell am Infektionsort wie die Granulozyten, kämpfen dafür aber länger.
Makrophagen tragen, wie auch andere Zellen der angeborenen Immunantwort, sogenannte Mustererkennungsrezeptoren (pattern recognition receptors oder kurz PRRs) an ihrer Oberfläche. Diese PRRs können für Krankheitserreger charakteristische Merkmale, sogenannte pathogenassoziierte molekulare Muster (kurz PAMPs), registrieren. In der Folge wird der Makrophage zur Phagozytose angeregt und kann weitere Aufgaben verwirklichen, auf die wir in den nachfolgenden Abschnitten eingehen werden.
Phagozytose
Die Elimination von Krankheitserregern wie Bakterien gehört zu den wichtigsten Aufgaben der Makrophagen. Dazu phagozytieren die Makrophagen die Mikroorganismen und machen sie auf diese Weise unschädlich. Daher bezeichnet man Makrophagen auch als Phagozyten (= Fresszellen).
Unter der Phagozytose versteht man die Aufnahme von Partikeln bzw. Krankheitserregern durch eine Zelle, z. B. einen Makrophagen. Zur Phagozytose befähigte Zellen nennt man Phagozyten oder Fresszellen. Auch Granulozyten und dendritische Zellen sind Fresszellen.
Bei der Phagozytose stülpt der Makrophage die Membran seiner Zelle ein und umhüllt so das Partikel. Durch Abschnürung der eingestülpten Membran entsteht ein Bläschen im Makrophagen, das sogenannte Phagosom. Dieses verschmilzt mit einem Lysosom, dem Verdauungsorganell der Zelle, zum Phagolysosom. Hier kann der Krankheitserreger anschließend mithilfe von Enzymen durch die Fresszelle verdaut werden.
Allerdings nehmen Makrophagen auf diese Weise nicht nur Krankheitserreger während einer Infektion auf, sondern beseitigen nach der Infektion auch die Überbleibsel des Infektionskampfes – z. B. zugrunde gegangene Zellen (sogenannter “Zelldetritus” bzw. Zellabfall) – fressen.
Es gibt Krankheitserreger, die gegen die Verdauung in den Makrophagen resistent sind. Zu ihnen zählen unter anderem die Mykobakterien, die z. B. für die Erkrankung Tuberkulose verantwortlich sind.
Antigenpräsentation
Krankheitserreger tragen an ihrer Oberfläche Strukturen, die dem Immunsystem als Erkennungsmerkmale dienen. Man nennt diese Strukturen Antigene. Nachdem ein Makrophage einen Krankheitserreger phagozytiert hat, kann er diese spezifischen Bestandteile des Krankheitserregers mithilfe von Proteinen, den sogenannten MCH-II-Komplexen, an seiner Oberfläche anderen Zellen präsentieren.
Erkennen nun Zellen des spezifischen Immunsystems wie die T-Zellen diese präsentierten Antigene, so wird die adaptive Immunantwort in Gang gesetzt und die Erreger können gezielt angegriffen werden.
Bei der Antigenpräsentation zeigen bestimmte Zellen Fragmente phagozytierter Krankheitserreger, um andere Immunzellen zu aktivieren.
Zytokinproduktion bei Entzündungen
Eine weitere bedeutende Aufgabe der Makrophagen ist die Produktion von Stoffen, die andere Immunzellen aktivieren. Solche Stoffe bezeichnet man als Zytokine.
Eine Untergruppe der Zytokine stellen die Chemokine dar. Diese locken andere Entzündungszellen zum Infektionsort. Neben den Chemokinen produzieren die großen Fresszellen auch Interleukine, die als Botenstoffe der Immunzellen ebenfalls zu den Zytokinen gehören und diverse Aufgaben (z. B. Entzündungsförderung) bei der Kommunikation der Immunzellen untereinander übernehmen. Durch Zytokine wird die Immunantwort also auf verschiedene Weise deutlich verstärkt.
Makrophagen – Das Wichtigste
- Makrophagen sind weiße Blutkörperchen (Leukozyten) und spielen eine wichtige Rolle bei der angeborenen Immunantwort.
- Sie sind Fresszellen, die sich aus Stammzellen des Knochenmarks entwickeln und sich aus den Monozyten differenzieren.
- Man unterscheidet ortsunabhängige Makrophagen und solche, die spezifisch in bestimmten Geweben vorkommen. Zu den gewebespezifischen Fresszellen zählen z. B. die Histiozyten im Bindegewebe oder die Kupffer-Zellen in der Leber.
- Die wichtigsten Aufgaben der Makrophagen sind die Phagozytose von Krankheitserregern, die Antigenpräsentation und die Zytokinproduktion im Rahmen von Entzündungen.
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