Interleukin

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Interleukine (IL-x) sind zu den Zytokinen zählende Peptidhormone, d. h. sie sind körpereigene Botenstoffe der Zellen des Immunsystems. Das Wort Interleukin kommt dabei aus dem Lateinischen: inter = zwischen und leukos = weiß. Sie vermitteln die Kommunikation zwischen Leukozyten, aber auch anderen an der Immunreaktion beteiligten Zellen (z. B. Makrophagen). Nach der Reihenfolge ihrer Entdeckung werden sie in mehrere Untergruppen unterteilt, die durch Zahlen gekennzeichnet werden (IL-1 bis IL-35; Stand Oktober 2005).

Die Wirkung der Interleukine ist dabei höchst unterschiedlich. Während IL-2 von der T-Zelle ausgeschüttet wird und positiv auf das Wachstum dieser Zelle wirkt, hemmt IL-10 die Aktivität der Makrophagen und dämmt die Abwehrreaktion ein. Interleukine regen also spezifisch bestimmte Zellen des Immunsystems zu Wachstum, Reifung und Teilung an oder verhindern genau diese Prozesse der Aktivierung.^[1]

Typen

Interleukin-1

Interleukin-1 wird von Makrophagen, Endothelzellen, Fibroblasten und einigen anderen Zellen gebildet und ist ein entzündungsfördernder Signalstoff. Endothelzellen reagieren auf ihn mit dem Einbau von speziellen Rezeptoren (z. B. E-Selectin) in die Zellmembran. Ein Leukozyt im Blut bindet nun an diesen Rezeptor und kann so in das geschädigte Gewebe einwandern. Dabei verdrängt er Endothelzellen und schneidet sich den Weg durch die Basallamina.^[2]

Die Verdrängung und Zerstörung von Zellen und Bindegewebe ist nötig, um Erreger und defekte oder entartete Zellen außerhalb der Blutbahn zu bekämpfen. Bei chronischen Entzündungen, kann diese Reaktion aber außer Kontrolle geraten. Interleukin-1 lagert sich an den Chondrozyten an und bewirkt die Freisetzung knorpelzerstörender Enzyme, dadurch kommt es zum Abbau von Knorpelsubstanz und letztendlich zur Zerstörung der Gelenke. Im Bereich der Orthopädie wird seit etwa 1998 eine Therapie mit einem Interleukin-1-Antagonisten betrieben, der aus körpereigenem Blut gewonnen wird und in angereichter Form in ein erkranktes Gelenk injiziert wird. Die bislang durchgeführten Studien deuten eine Therapieoption bei Frühformen der Arthrose an.

Bei schizophrenen Patienten konnten veränderte Interleukin-1 Werte im Blut, in der Hirnflüssigkeit sowie in dem im vorderen Stirnlappenbereich befindlichen (präfrontalen) Cortex festgestellt werden.

Interleukin-1α (IL1α)

IL1α wird in vielen Zelltypen produziert aber vorwiegend nur durch Monozyten und Makrophagen sekretiert. Dieses Zytokin spielt eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der Hautbarrierfunktion (skin barrier function) sowie bei diversen Immunreaktionen.^[3] Aufgrund seiner Fähigkeit die Produktion von Dermiskomponenten wie z.B. Kollagen anzuregen findet es Einsatz in der Kosmetikindustrie.^[4]

Interleukin-1β (IL1β)

IL1β wird hauptsächlich von Blut-Monozyten produziert und ist ein zentraler Botenstoff in der Antwort des Gastorganismus auf eine Reihe von Fremdeinflüssen (wie zum Beispiel Lipopolysaccharide als exogene Pyrogene). Es ist im entsprechenden Unterartikel näher beschrieben.

Interleukin-2

Interleukin-2 ist das wichtigste Signal für eine T-Helferzelle. Nach Erkennen seines Antigens auf dem MHC-II-Rezeptor eines Leukozyts schüttet die T-Helferzelle Interleukin-2 aus. Dieses Signal wirkt hauptsächlich autokrin auf sie selbst. Durch eine intrazelluläre Signalkaskade kommt es zur Aktivierung und klonalen Teilung der T-Zellen. Haben sie einmal ihr Antigen erkannt, vervielfältigen sie sich, daher gehört dieses Interleukin zu den Wachstumsfaktoren. Neben der autokrinen T-Zellaktivierung wirkt Interleukin-2 auch auf B-Lymphozyten und natürliche Killerzellen mit dem gleichen Effekt. ^[5] Die Produktion von T_H2 Zytokine IL-4 und IL-5 benötigt IL-2.

Therapeutisch ist Interleukin-2 eines der wichtigsten Interleukine.

Interleukin-3

Interleukin-3 wirkt auf die Stammzellen im Knochenmark und wird zur Stimulation der Blutbildung nach einer Chemotherapie, nach Knochenmarks- oder Stammzelltransplantation eingesetzt.

Interleukin-4

Interleukin-4 agiert (sowie IL-10 und IL-11) als sog. anti-inflammatorisches Zytokin, indem es überschießende Entzündungsreaktionen verhindert und somit wichtig für die Homöostase des Immunsystems ist. Außerdem stimuliert IL-4 die B-Zellaktivierung und die IgE-Produktion.^[6]

Interleukin-5

Interleukin-5 wirkt positiv chemotaktisch auf eosinophile Granulozyten und steigert die Synthese und Sekretion von Immunglobulin A durch Plasmazellen. Es wird produziert von T-Helfer(2)-Zellen und Mastzellen.

Interleukin-6

Interleukin-6 bewirkt in der Leber die vermehrte Synthese von Akute-Phase-Proteinen. Es werden sowohl pro- als auch antiinflammatorische Effekte diskutiert. Es wird vor allem von Monozyten/Makrophagen, aber auch von Epithel- und Endothelzellen ausgeschüttet (sezerniert). Es besitzt prognostische Bedeutung in der Beurteilung von Trauma und Sepsis.

Interleukin-7

Interleukin-7 wird von Stromazellen der lymphatischen Organe produziert und stimuliert das Wachstum von Vorläuferzellen der B- und T-Lymphozyten.

Interleukin-8

Interleukin-8 (IL-8) ist ein Chemokin der CXC Familie und wird unter anderem durch Endothelzellen, Monozyten, Epithelzellen und Fibroblasten produziert. Ein wichtiger Angriffspunkt des Chemokins sind neutrophile Granulozyten. Die wesentlichen biologischen Wirkungen von IL-8 auf Granulozyten beinhalten die Förderung der Chemotaxis, die Stimulation der Expression von Adhäsionsmolekülen und die Aktivierung mit Freisetzung von Sauerstoffradikalen und Granula, die über die Chemokinrezeptoren CXCR1 und CXCR2 vermittelt werden.

Interleukin-9

Interleukin-9 (IL-9) ist ein Zytokin produziert von T-Zellen genauer von CD4+ Helfer Zellen. IL-9 ruft viele Funktionen in Lymphoiden Zellen und Mast Zell-linien hervor. Es wird vermutet das dieses Zytokin eine Rolle bei der Entstehung von Asthma hat.

Interleukin-10

Interleukin-10 agiert (sowie IL-4 und IL-11) als sog. anti-inflammatorisches Zytokin, indem es die Makrophagenfunktion hemmt und somit überschießende Entzündungsreaktionen verhindert. Gebildet wird es vor allem von T_H2-Zellen sowie regulatorischen T-Zellen.

Interleukin-11

Interleukin-11 agiert (sowie TGF-β und IL-10) als sog. anti-inflammatorisches Zytokin, indem es überschießende Entzündungsreaktionen verhindert und somit wichtig für die Homöostase des Immunsystems ist.

Interleukin-12

Interleukin-12 (IL-12) besitzt eine zentrale Funktion in der Anstoßung und Fortdauer einer T-Helferzell-1(TH-1)-Immunantwort (zelluläre Abwehr) und hat Einfluss auf den Verlauf von intrazellulären Infektionen. Neuere Forschungsergebnisse lassen vermuten, dass Interleukin-12 auch Enzyme aktivieren kann, welche dann in der Lage sind, geschädigte Erbsubstanz schnell wieder zu reparieren. Eine weitere nachgewiesene Wirkung von Interleukin-12 besteht darin, dass es die Möglichkeit von T-Killerzellen fördert, in einen Tumor einzudringen und ihn zu zerstören. IL-12 ist ein heterodimeres Zytokine, das vor allem von Monozyten/Makrophagen produziert wird. Die Produktion von IL-12 kann in der Pathogenesis von Autoimmunität einbezogen werden. ^[7]

Einige Mikroorganismen wie z.B Candida albicans besitzen Interleukin-12 hemmende Faktoren.^[8].

Interleukin-13

Interleukin-13 wird von T-Lymphozyten produziert und stimuliert die Bildung und Differenzierung von B-Lymphozyten. Weiterhin inhibiert IL-13 die Aktivierung von Makrophagen.

Interleukin-16

Interleukin-16 wird vorerst als Pro-Peptid (80kD) gebildet und erst anschließend durch Caspase-3 in ein 14-kD-Monomer gespalten. Die Struktur der biologisch aktive Form von IL-16 entspricht einem Homotetramer. IL-16, dessen Gen auf Chromosom 15 lokalisiert ist, wird vornehmlich von CD8+T-Zellen gebildet. Zusätzlich können verschiedene andere Zelltypen einschließlich mononukleärer Phagozyten, Mastzellen, eosinophiler Granulozyten und CD4+T-Zellen dieses Zytokin bilden. Für seine biologische Wirkung bindet sich IL-16 and das Glykoprotein CD4, welches dadurch die zusätzliche Funktion eines Zytokin-Rezeptors wahrnimmt. IL-16 wurde bereits früh als CD4+-Zellen-spezifisches Chemotaxin identifiziert. Zusätzlich bewirkt dieses Zytokin bei nativen T-Zellen den Übertritt aus einer G₀- zu einer G₁-Phase des Zellzyklus und fördert gleichzeitig die Oberflächenexpression des kompletten IL-2-Rezeptors, wodurch diese Zellen infolge der Exposition gegenüber IL-2 und IL-16 zur Proliferation stimuliert werden. Die Interaktion von IL-16 kann mit ihrem zellständigen Rezeptor CD4 zu einer Antigen-unabhängigen Zellproliferation führen. Dieser Umstand enthält bei HIV-Infizierten Patienten eine spezielle Bedeutung, da dort die Serumkonzentration von IL-16 mit dem Schweregrad der Infektion einhergehen. IL-16 spielt weiterhin eine Rolle bei der Erkrankungen Morbus Crohn, Multiple Sklerose, und autoimmune Thyroiditis.

Interleukin-17

Interleukin-17 ist das Signalzytokin des neu beschriebenen Th17-Zelltyps, der mit diversen Autoimmunerkrankungen in Mausmodellen in Verbindung gebracht wird. Andere Zytokine dieses Zelltyps sind IL-21 und IL-22. IL-17 scheint an der Vermittlung des Entzündungsgeschehens an Fibroblasten beteiligt zu sein. Ihm wird außerdem eine Rolle in der Neutrophilenrekrutierung zugesprochen.

Interleukin-18

Interleukin-18 ist ein Zytokin, welches zur IL-1-Zytokin-Superfamilie gehört, funktionelle Ähnlichkeiten mit IL-12 aufweist und eine wichtige Rolle als Regulator der natürlichen und erworbenen Immunität besitz. Gebildet aus einem 24-kD-Vorläufer-Peptid, wird IL-18 (analog zu IL-1β) durch die ICE (Interleukine-1 converting enzyme)-Protease (Caspase-1) in seine bioaktive 18-kD-Form aufgespaltet.IL-18 wird durch unterschiedliche hämatopoetische und nicht hämatopoetische Zellen gebildet, zu denen Makrophagen, dendritische Zellen, Kupferzellen, Keratinozyten, Osteoblasten, intestinale Epithelzellen, Mikroglia, Fibroblasten und Zellen der Nebennierenrinde gehören. Der für das Zytokine spezifische Rezeptorkomplex, IL-18R, entspricht einem Heterodimer aus einer Liganden-bindenden α-Kette und einer signaltransduzierenden β-Kette. Der IL-18R ist vor allem auf Makrophagen, neutrophilen Granulozyten, NK-Zellen, Endothelzellen der glatten Muskulatur exprimiert.

IL-18 konnte in erhöhter Konzentration in der Gelenkinnenhaut (Synovia) von Patienten mit rheumatoiden Arthritis nachgewiesen werden.

Interleukin-22

An Schuppenflechte (Psoriasis) leidende Patienten bilden verstärkt den Botenstoff Interleukin-22. Je mehr davon in der Haut ist, desto ausgeprägter ist die Krankheit. Tests an Mäusen zeigen, dass die IL-22-Blockade Entzündungen dämpft und das krankhafte Hautwachstum mindert. Dagegen lösen IL22-Injektionen bei gesunden Tieren Psoriasis-ähnliche Symptome aus.

Interleukin-23

Bei vielen Autoimmunerkrankungen wie beispielsweise rheumatoider Arthritis, multipler Sklerose und Morbus Crohn kann Interleukin-23 die Bildung von T-Zellen anregen, die sich anschließend gegen den eigenen Körper richten ^[9]. Außerdem kann es die indirekt tumorzerstörende Wirkung von Interleukin-12 behindern.

Interleukin-31

Interleukin-31 wird von Lymphozyten gebildet. IL-31 Rezeptoren wurden auf neuronalen Zellen in dorsalen Wurzelganglien gefunden, die Juckreiz (Pruritus) vermitteln. Es wäre ein mögliches pharmakologisches Target (IL-31 Antagonisten) bei vielen mit Juckreiz assoziierten Erkrankungen (Atopie, Cholestase, Urämie). Es ist umstritten ob Histamin in der Entstehung von Juckreiz eine Rolle spielt.^[10]

Einsatz als Therapeutikum

Bei einer Immuntherapie oder Immunmodulation mit Interleukin (in der Regel IL-2) wird versucht, die Abwehr eines Organismus anzuregen. Malignen Tumoren oder einer Infektion, beispielsweise durch HIV, soll durch die Gabe mit körpereigenen Mitteln begegnet werden.

Meist werden bei der Behandlung maligner Tumore (Nierenzellkarzinom, malignes Melanom) Kombinationspräparate von Interleukin und anderen Mitteln eingesetzt, wie beispielsweise Interferon und/oder Zytostatika. Die Nebenwirkungen bei einer Therapie mit Interleukin sind erheblich: beispielsweise Fieber, Müdigkeit, Hautausschläge, Herzrasen, Ödeme.

Heute häufig und erfolgreich angewendet werden sogenannte "Anti-Interleukinen" bei Morbus Crohn und vor allem bei autoimmunbedingten rheumatischen Erkrankungen.

Quellen

1. ↑ Horn et al.: Biochemie des Menschen. Stuttgart 2005, 408 ff.
2. ↑ Ramzi S. Cotran, Vinay Kumar, Tucker Collins, Stanley L. Robbins: Robbins Pathologic Basis of Disease. 6. Auflage. W. B. Saunders, London 1999, ISBN 978-0721673356. 
3. ↑ Chantel O Barland, Elizabeth Zettersten, Barbara S Brown, Jianqin Ye, Peter M Elias and Ruby Ghadially: Imiquimod-induced interleukin-1α stimulation improves barrier homeostasis in aged murine epidermis . In: Journal of Investigative Dermatology . 122, Nr. 2, Februar 2004, S. 330–336 (PMID 15009713). 
4. ↑ Duncan MR, Berman B.: Differential regulation of collagen, glycosaminoglycan, fibronectin, and collagenase activity production in cultured human adult dermal fibroblasts by interleukin 1-alpha and beta and tumor necrosis factor-alpha and beta. In: Journal of Investigative Dermatology . 92, Nr. 5, May 1989, S. 699–706 (PMID 2541208). 
5. ↑ Florian Horn, Gerd Lindenmeier, Isabelle Moc, Christian Grillhösl, Silke Berghold, Nadine Schneider, Birgit Münster Horn: Biochemie des Menschen: Das Lehrbuch für das Medizinstudium. 3. Auflage. Thieme, Stuttgart 2005, ISBN 978-3131308832, S. 411. 
6. ↑ W. Holter, O. Majdic, F. S. Kalthoff, W. Knapp: Regulation of interleukin-4 production in human mononuclear cells. In: European Journal of Immunology. 22, Nr. 10, Oktober 1992, S. 2765–2767 (PMID 1356786). 
7. ↑ B. M. Segal, D. M. Klinman, E, M. Shevach: Microbial products induce autoimmune disease by an IL-12-dependent pathway. In: Journal of Immunology. 158, Nr. 11, Juni 1997, S. 5087–5090 (PMID 9164922). 
8. ↑ http://iai.asm.org/cgi/content/abstract/72/5/2513
9. ↑ Claude Kaufmann: Multiple Sklerose: Attacke auf die eigenen Nervenzellen. Universität Zürich, 19. Mai 2005. Abgerufen am 15. Mai 2008.
10. ↑ Akiko Takaoka, Iwao Arai, Masanori Sugimoto, Akie Yamaguchi, Makoto Tanaka, Shiro Nakaike: Expression of IL-31 gene transcripts in NC/Nga mice with atopic dermatitis. In: European Journal of Pharmacology. 516, Nr. 2, Juni 2005, S. 180–181 (doi:10.1016/j.ejphar.2005.04.040). 

Weblinks

http://www.copewithcytokines.de/ Exzellente Seite für den wissenschaftlich Interessierten mit kurzen Reviews zu vielen Zytokinen