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	Gestresste Abwehr in der Lunge Wie das Immunsystem auf Feinstaub reagiert Wenn sich Feinstaub in der Lunge und den Bronchien ablagert, sorgt er dort dafür, dass Atemwegsbeschwerden entstehen oder sich verschlimmern. Unter Patienten, die grossen Mengen dieser Partikel ausgesetzt waren, finden sich auch mehr Herz-Kreislauf-Erkrankungen als normal. Eine besondere Rolle spielen dabei die ultrafeinen Partikel. Ihr Durchmesser beträgt weniger als ein zehntausendstel Millimeter und verschafft ihnen dadurch Zugang in die feinsten Verästelungen der Lunge, den Lungenbläschen. Von dort können sie ins Blut übergehen und sich so über den ganzen Körper verteilen. Bis vor kurzem wusste man noch recht wenig darüber, wie sich die Partikel auf Stoffwechsel und Funktion der Körperzellen auswirken. Die Ergebnisse von Experimenten der Wissenschaftler um Holger Schulz und Tobias Stöger vom GSF-Institut für Inhalationsbiologie an Mäusen zeigen nun etwas klarer, wie sich die Zelle gegen die unliebsamen Eindringlinge wehrt. Jeweils acht Nager mussten dafür in einer Inhalationskammer entweder vier oder vierundzwanzig Stunden lang Luft atmen, die mit ultrafeinen Kohlenstoffpartikeln angereichert war. Mit acht Milliarden Partikeln pro Liter entsprach diese Luft etwa dem 40fachen einer belasteten Grossstadt und laut Holger Schulz von der Masse her gesehen in etwa den Spitzenwerten einer Feinstaub-Belastung. Die Forscher untersuchten nun die RNA des Lungengewebes und stellten durch Hybridisierung auf einem Chip mit 12.500 bekannten Genen fest, welche davon durch die Staubbelastung besonders aktiv waren. Im Vergleich zu den Mäusen, die Reinluft atmeten, fanden die Wissenschaftler der Arbeitsgruppe verschiedene Signale der Zellabwehr, die je nach Dauer der Belastung deutlich erhöht waren. Nach vier Stunden produzierten die Zellen des Lungengewebes vor allem "Heat-Shock-Proteine" (HSP). Die Mitglieder dieser HSP-70-Familie werden vor allem dann tätig, wenn Zellen unter Stress stehen und ihre Eiweißketten besonders empfindlich sind. Wie "Body-Guards" auf Molekülebene schützen sie lebenswichtige Proteine vor dem Abbau und dem Zerfall. Nach 24 Stunden sieht das Reaktionsmuster dann etwas anders aus: Nicht mehr der Schutz gegen Stress steht nun im Mittelpunkt, sondern die Signale für eine entzündliche Reaktion. Die Aktivität der Heat-shock-Gene ist bereits wieder abgeklungen, typische Boten der lokalen Immunreaktion werden nun sichtbar: Serum-Amyloid, Lipocalin-2 und Galectin-3 und der Botenstoff Interleukin-1β. Besonders nach Infektionen mit Mikroorganismen oder Verletzungen aktiviert das Immunsystem diese Verteidigungsmaschinerie: Makrophagen, die Fresszellen der Abwehr, produzieren genauso wie Deckzellen der Lunge und schleimproduzierende Bronchienzellen Lipocalin und hemmen damit das Bakterienwachstum. Galectin ist bei Entzündungen an der Auswanderung von Abwehrzellen aus den Gefässen beteiligt. Besonders bei Asthma produziert der Körper bedeutende Mengen dieses wichtigen Proteins. Ein wichtiger Faktor, der ebenfalls nach einer 24-stündigen Staubbelastung ansteigt, ist Osteopontin. Man findet ihn häufig im Frühstadium von Entzündungen und bei vielen Krankheiten. So taucht er bei Fibrosen auf, krankhaften Vermehrungen des Bindegewebes, aber auch bei Lungen- Magen- oder Brustkrebs. Osteopontin spielt im Körper immer dort eine grosse Rolle, wo Zellen in Kontakt mit Fremdstoffen kommen. In der staubbelasteten Mauslunge reagierten Antikörper gegen Osteopontin dabei vor allem mit Makrophagen. Auf Dieselruß und andere ultrafeine Partikel antwortet der Körper demnach zuerst mit einer Alarmreaktion, die das Gewebe noch nicht einer aggressiven Infektionsabwehr aussetzt. Dauert der Stress länger an, so schaltet die Abwehr auf "Entzündung" um. "Dabei", so Holger Schulz, "scheint sich das Gleichgewicht der Immunabwehr zu verschieben." Osteopontin fährt offenbar enzündungshemmende Signale wie den Botenstoff Interleukin-10 zurück und aktiviert fördernde Faktoren wie Interleukin-12. Eine gemeinsame Arbeit mit der Klinischen Kooperationsgruppe Umweltdermatologie und Allergologie der GSF zeigte, dass die Belastung mit Feinstaub die Wirkung eines allergischen Reizstoffs deutlich verstärkt. Die Zellen schütteten verstärkt Entzündungsfaktoren aus, die Atemwege der Mäuse verengten sich. Anscheinend sind also Allergiker noch stärker durch Dieselruß und seine Verwandte gefährdet. Erste Ergebnisse kürzlich durchgeführter Versuche von Doktorand Dariusch Ettehadieh deuten zudem darauf hin, dass die Entzündung nicht auf die Atemwege begrenzt bleibt. Entsprechende Signale lassen sich auch im Herz und der Leber entdecken. Wie sich die diese Zellen gegen die winzigen Partikel verteidigen, sollen zukünftige Versuche der Mannschaft um Holger Schulz noch deutlicher zeigen. Literatur: E. André et al: Inhalation of ultrafine carbon particles triggers biphasic pro-inflammatory response in the mouse lung. Eur Respir J. (28) (2006) 275–285 T. Stöger und H. Schulz: Feinstaub bewirkt entzündliche Reaktion in der Lunge. Biol. unserer Zeit 1 (37) (2007) 12-13 F. Alessandrini, et al: Effects of ultrafine carbon particle inhalation on allergic inflammation of the lung. J. Allergy Clin. Immunol. 4 (117) (2006) 824–30 Das Projekt wird mit Mitteln des Nationalen Genomforschungsnetzes (NGFN) gefördert.
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