Makrophagen

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 – Entwicklung

Makrophagen stammen von den Monozyten ab. Diese stellen die größten im Blut zirkulierenden Zellen dar. Monozyten entwickeln sich aus pluripotenten Stammzellen des Knochenmarks.

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.

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.

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

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.

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.

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.