Einleitung

Die Hauptfunktion des Immunsystems ist das Erkennen und Eliminieren von Pathogenen sowie von körpereigenen apoptotischen oder nekrotischen Zellen. Dabei muss es nicht nur zwischen fremd und selbst, sondern auch zwischen gefährlich und ungefährlich unterscheiden können. Im Laufe der Evolution haben sich bei den Vertebraten hierfür hochentwickelte Mechanismen herausgebildet. Es gibt die angeborene (unspezifische) und die adaptive (erlernte oder spezifische) Immunantwort. Für die angeborene Immunität sind u. a. Granulozyten verantwortlich, die auf Pathogenen konservierte Oberflächenmoleküle erkennen können und darauf reagieren. Die adaptive Immunantwort wird durch B- und T-Lymphozyten vermittelt. Diese zeichnen sich durch Antigen-Spezifität sowie hohe Diversität aus. Ein weiteres Charakteristikum der adaptiven Immunantwort ist das immunologische Gedächtnis, durch das die Immunantwort schneller und effektiver erfolgt, wenn der Organismus bereits zuvor mit dem spezifischen Antigen Kontakt hatte.

Transendotheliale Migration der Leukozyten

Die Zellen des Immunsystems werden neben den Erythrozyten aus hämatopoietischen Stammzellen im Knochenmark gebildet. Sogenannte myeloide Stammzellen bringen die polymorphkernigen Leukozyten (Monozyten, basophile, eosinophile und neutrophile Zellen) hervor, aus lymphoiden Stammzellen entstehen T- und B-Lymphozyten. Nach Entstehung wandern sie aus dem Knochenmark aus, entweder um auszudifferenzieren oder um zu ihrem Funktionsort zu gelangen. So zirkulieren Monozyten im Blut und differenzieren fortwährend zu Makrophagen, sobald sie in die Gewebe einwandern. Naive Lymphozyten rezirkulieren innerhalb des Blutes und der sekundären lymphatischen Organe und Effektorzellen werden zu Infektionsorten ins Gewebe rekrutiert. Die Immunzellen haben somit – anders als organbildende Zellen – keine fixierte Position innerhalb des Organismus. Für sie ist die transendotheliale Migration aus dem Blut in lymphatische Organe oder andere Gewebe ein wichtiger Prozess.

Das Multi-Step-Modell

Die Wanderung von Leukozyten aus den Blutgefäßen heraus – auch Extravasation genannt – lässt sich in mehrere sequentielle Schritte unterteilen (Abb. 1) [1]. Zuerst nehmen die Leukozyten losen Kontakt mit dem Endothel auf. Sie werden abgebremst und rollen auf der Oberfläche des Endothels entlang. Dieses Rollen wird v. a. durch Selektine gesteuert. Während der transienten Adhäsion an das Endothel werden die Leukozyten dann über auf dem Endothel präsentierte Chemokine aktiviert. Dieses „Triggering“ der Leukozyten über Chemokinrezeptoren führt zur Änderung der Integrin-Affinität oder -Avidität (inside-out signaling) und damit letztendlich zur festen Adhäsion an das Endothel. Die adhärierten Leukozyten passieren das Endothel und migrieren aufgrund subendothelialer chemotaktischer Signale zu bestimmten Kompartimenten ins Gewebe.

Abb. 1: Mehr-Schritt-Modell der Leukozyt/Endothel-Erkennung und Extravasation aus dem Blut. Die sequentiell erfolgenden Schritte Rollen entlang des Endothels, Aktivierung, feste Adhäsion und transendotheliale Migration und die dabei notwendigen Rezeptor-Ligand-Interaktionen ermöglichen das spezifische Homing bzw. Rekrutieren bestimmter Leukozyten-Populationen. Abbildung nach Schaerli & Moser, 2005 [2].

An der Transmigration beteiligte Moleküle

Die Transmigration der Leukozyten wird unter normalen sowie unter pathologischen Bedingungen von der Zusammensetzung der Chemokinrezeptoren und Adhäsionsmoleküle auf den Leukozyten, aber auch von der Kombination vorhandener Chemokine und endothelialer Adhäsionsmoleküle bestimmt [3,4].

Selektine

Die Selektine, die den ersten Schritt der Transmigrationskaskade vermitteln, gehören zu den Kalzium-abhängigen Lektinen, die als Typ 1 Transmembranproteine an sialylierte Carbo-hydratgruppen binden [5]. Die drei bekannten Selektine P-, E- und L-Selektin weisen große Strukturhomologien auf. P-Selektin, das zuerst auf Thrombozyten nachgewiesen wurde, aber auch von Endothelzellen exprimiert wird, und E-Selektin, das sich ebenfalls auf Endothelzellen findet, binden beide z. B. PSGL-1 (P-Selektin-Glykoprotein-Ligand-1). Dieser wird vor allem von myeloiden, lymphoiden und dendritischen Zellen exprimiert und muss zur Bindungsfähigkeit mit fukosylierten und sialylierten Oligosacchariden modifiziert sein. L-Selektin wird von den meisten Leukozyten exprimiert und dient als Homingrezeptor für lymphatische Gewebe. Als Liganden sind die Adhäsionsmoleküle GlyCAM-1 (glycosylation-dependent cell adhesion molecule-1), MAdCAM-1 (mucosal addressin cell adhesion molecule-1), CD34 und Sgp200 bekannt, die z. B. von postkapillären Venolen (HEV = high endothelial venules) der Lymphknoten exprimiert werden. Auch PSGL-1 kann als Ligand für L-Selektin dienen.

Integrine

Die Integrine, die die feste Adhäsion von Leukozyten an das Endothel vermitteln, sind eine Familie heterodimerer transmembranärer Glykoproteine, die aus zwei nicht kovalent gebundenen Untereinheiten bestehen. Beim Menschen sind bisher 18 α- und 8 β-Ketten und von den möglichen Kombinationen 24 verschiedene Heterodimere gefunden worden. Die meisten Integrine binden Komponenten der Extrazellulären Matrix (EZM), einige erkennen Rezeptoren auf anderen Zellen. Das Integrin α₄β₇, das eine Rolle beim Homing von Leukozyten zur Mukosa spielt, bindet z. B. Fibronektin (FN), aber auch die endothelialen Liganden MAdCAM-1 und VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1). α_Lβ₂ (LFA-1 = leukocyte function-associated molecule-1) erkennt die endothelialen Adhäsionsmoleküle ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1), -2 und -3 [6].

Für eine feste Bindung zwischen den Integrinen und ihren Liganden müssen sie durch Konformations- oder Aviditätsänderung, die durch Zellaktivierung ausgelöst wird, in einen bindungsfähigen Zustand überführt werden. Dieser Adhäsion vermittelnde, aktivierende Schritt kann durch Chemokine ausgelöst werden [7].

Chemokine

Die Chemokine sind kleine chemotaktische Zytokine, deren Erkennung Zellen gerichtet entlang eines Konzentrationsgradienten wandern lässt. Sie sind nicht nur an der Rezirkulation und Rekrutierung von Leukozyten beteiligt, sondern auch an der Organentwicklung, Angiogenese, Angiostase und der Immunregulation [8].

Einteilung der Chemokine

Innerhalb der Zytokine bilden die Chemokine mit fast 50 Mitgliedern die größte Gruppe. Ihre systematische Nomenklatur basiert auf der Anzahl N-terminaler Cystein-Reste und der Anzahl dazwischen liegender Aminosäuren und unterteilt die Chemokine in vier Familien. In den beiden großen Familien sind die Cystein-Reste entweder benachbart (CC) oder durch eine Aminosäure getrennt (CXC). Die beiden kleinen Familien sind durch einen einzelnen Cystein-Rest (C) oder drei zwischen den Cystein-Resten liegenden Aminosäuren (CX₃C) gekennzeichnet. Eine komplette Liste der systematischen Nomenklatur für Chemokine und ihre Rezeptoren ist im Review von Kim, 2004 zu finden [9].

Neben der systematischen Nomenklatur lassen sich die Chemokine auch aufgrund ihrer Funktion klassifizieren [10]: Die meisten Chemokine gehören zu den inflammatorischen (oder induzierbaren) Chemokinen. Diese kontrollieren die Rekrutierung von Effektor-Leukozyten bei Infektion, Entzündung, Gewebsverletzung oder zu Tumoren. Die homeostatischen (oder konstitutiven) Chemokine – CCL18, CCL19, CCL21, CXCL12, CXCL13 und CXCL14 – dirigieren Leukozyten während der Hämatopoese im Knochenmark und im Thymus, während der Initiierung der adaptiven Immunantwort in Milz, Lymphknoten und den Peyer´s Patches, sowie bei der Überwachung von gesundem peripheren Gewebe. Die Chemokine CCL1, CCL17, CCL20, CCL22, CCL25, CXCL9, CXCL10, CXCL11 und CXCL16 können nicht eindeutig einer der beiden Kategorien zugeordnet werden, gelten damit als Chemokine mit dualer Funktion.

Chemokinrezeptoren

Die zelluläre Antwort auf ein Chemokin ist in der Regel schnell in ihrer Entstehung und transient in ihrer Dauer. Die Chemokinerkennung erfolgt über spezifische Chemokin-rezeptoren, die zur Familie der Sieben-Transmembran-Domänen-Rezeptoren gehören. Diese sind an heterotrimere GTP-bindende Proteine (G-Proteine) gekoppelt; im Fall der Chemokinrezeptoren an die inhibitorischen G-Proteine (G_i) [11].

Für die Chemotaxis ist die Freisetzung der βγ-Untereinheit sehr wichtig [12]: Über direkte Interaktion aktiviert diese z. B. die Phospholipase C-Isoformen PLC-β₂ und -β₃, was zum einen durch Produktion von Inositol-1, 4, 5-triphosphat (IP3) zur transienten Erhöhung des intrazellulären freien Kalziums führt, zum anderen durch Produktion von Diacylglycerol zur Aktivierung der Proteinkinase C. Ein weiterer Effektor der βγ-Untereinheit ist die Proteinkinase B, die durch die Phosphatidylinositol-3-kinase γ (PI3Kγ) aktiviert wird. Dies führt zu einer Kaskade von Phophorylierungen durch z. B. MAP-Kinasen (mitogen activated protein kinase) und GTPasen wie Rac und Rho, womit zelluläre Funktionen wie Adhäsion, Chemotaxis, Degranulierung und „respiratory burst“ ausgelöst werden [8]. Die α-Untereinheit ist trotz ihrer intrinsischen GTPase-Aktivität, welche die Bindung zwischen α- und βγ-Untereinheit reguliert, und einer möglichen Aktivierung von Kinasen der Src-Familie beim Chemokin-Signalweg von geringerer Bedeutung [11]. Dauer und Ausmaß des Signaltransduktion werden zusätzlich von der Internalisierung des Chemokin/Rezeptor-Komplexes (Homologe Desensibilisierung) sowie vom Abkoppeln des Rezeptors vom G-Protein (Heterologe Desensibilisierung) beeinflusst [2].

Die Nomenklatur der Chemokinrezeptoren richtet sich nach ihren Liganden. CXCL-bindende Rezeptoren beginnen mit CXCR, CCL-bindende mit CCR. Die meisten Rezeptoren haben mehrere Liganden, welche oft ein ähnliches Expressionsmuster aufweisen (CXCR3 – CXCL9, CXCL10 und CXCL11), andere Rezeptoren haben nur einen Liganden (CXCR4 – CXCL12). Es gibt auch Chemokine, die mehrere Rezeptoren binden können (CCL5 – CCR1, CCR3, CCR5) [9].

Chemokin-Präsentation

Chemokine enthalten viele basische Aminosäuren, was ihnen erlaubt, an die negativ geladenen Zelloberflächen und an extrazelluläre Matrixproteine zu binden [9]. Diese Eigenschaft ist z. B. wichtig für die löslichen Chemokine, um die Diffusion weg vom Ort ihrer Entstehung zu verhindern und so lokale Gradienten aufzubauen [13].

Alle Chemokine können negativ geladene Glykosaminoglykane (GAGs) wie Heparin, Heparinsulfat, Dermatansulfat und Chondroitinsulfat binden, dies ist allerdings deutlich weniger spezifisch als die Chemokin/Rezeptor-Interaktion. Eine N-terminale Region der Chemokine ist wichtig für die Rezeptorbindung [14], wohingegen die Interaktion mit GAGs C-terminal oder der N-terminalen Domäne gegenüberliegenden Loops stattfindet [15].

GAGs übernehmen viele biologische Funktionen, z. B. bei der Wachstumskontrolle, Signaltransduktion, Zelladhäsion, Hämostase und im Fettmetabolismus [16]. Es sind lange lineare und heterogen sulfatierte Polysaccharide, die - bis auf die löslichen GAGs Hyaluronsäure und Heparin – über Proteine immobilisiert sind, mit denen sie die Proteoglykane formen. Diese sind ubiquitär auf Zelloberflächen und der EZM verteilt und bilden einen makromolekularen „Überzug“, die Glykokalyx. Ihre Komposition hängt von Typ, Entwicklungsstadium und vom pathophysiologischen Zustand der jeweiligen Zelle ab [17].

Die Wichtigkeit der Chemokin/GAG-Interaktion wurde initial unterstützt durch Bindungsstudien von Chemokinen an aufgereinigte GAGs in vitro [18] sowie an Endothelzell-Oberflächen gebundene GAGs in vitro [19] und in vivo [20]. Dabei zeigen die Chemokine Unterschiede in den Affinitäten für verschiedene GAGs; ein Umstand, der zur spezifischen Rekrutierung von Leukozyten beitragen könnte [18,21]. So steigert z. B. Heparansulfat, nicht aber Heparin oder Chondroitinsulfat die CXCL8 (IL-8 = Interleukin-8) induzierte Migration von Neutrophilen in vitro [22].

Chemokine binden mit unterschiedlichen Effekten sowohl an immobilisierte als auch an lösliche GAGs. So sind an lösliche GAGs gebundene Chemokine unfähig, ihren Rezeptor zu binden, was zur Blockade der biologischen Aktivität führt, wohingegen Oberflächen-gebundene GAGs die lokale Chemokinkonzentration erhöhen und Chemokine zur Erkennung durch den Rezeptor präsentieren können [19].

Für die Präsentation von CXCL8 auf venösem Endothel konnte mittels Elektronenmikroskopie gezeigt werden, dass das Chemokin an der abluminalen Seite des Endothels aufgenommen wird, über bestimmte Vesikel, sogenannte Caveolae, transzytiert und an der luminalen Endotheloberfläche präsentiert wird [20]. Dabei erscheint die Interaktion mit GAGs notwenig, da mutiertes CXCL8 mit fehlender Bindungsfähigkeit zu Heparansulfat nicht mehr transportiert werden kann. Nach der Transzytose kommt es nicht zu einer gleichmäßigen Verteilung entlang der Endotheloberfläche, sondern CXCL8 wird auf den Spitzen der Mikrovilli zusammen mit bestimmten Adhäsionsmolekülen wie ICAM-1 präsentiert. Diese Kolokalisation der an der transendothelialen Migration beteiligten Moleküle resultiert dann in erhöhter Transmigration [23]. Auch für andere Chemokine konnte ein Transport an die luminale Oberfläche von Endothelzellen gezeigt werden: Transzytose von CCL19 (ELC = EBL-1-ligand chemokine/MIP-3β = macrophage inflammtory protein) durch HEV [24] sowie luminale Präsentation von CCL21 (6Ckine/SLC = secondary lymphoid tissue chemokine) bzw. CCL2 (MCP-1 = monocyte chemoattractant protein) im drainierenden Lymphknoten nach subkutaner bzw. intrakutaner Injektion [25,26]. Die Transzytose dient somit der lokalen Präsentation der im Gewebe produzierten Chemokine, um Lymphozyten ins Gewebe zu rekrutieren.

Interaktion von CD4⁺ T-Zellen mit Antigen-präsentierenden Zellen

Während der Rezirkulation der Lymphozyten innerhalb der lymphatischen Organe und der Rekrutierung zu den peripheren Organen wird der Organismus auf das Vorhandensein eingedrungener Pathogene überprüft. Neben den B-Zellen spielen dabei T-Lymphozyten eine besondere Rolle, da sie die einzigen Zellen sind, die mittels hochvariabler Rezeptormoleküle zur Erkennung und Unterscheidung verschiedenster Antigene in der Lage sind. T-Lymphozyten stammen aus dem Knochenmark, ihre Reifung erfolgt jedoch im Thymus. Sie erkennen Antigene nur in Form von Fragmenten, die an Moleküle des Haupt-histokompatibilitätskomplexes (MHC = major histocompatibility complex) gebunden sind. Es gibt zwei Arten von MHC-Molekülen. MHC-Klasse-I-Moleküle (MHC-I), die Peptide aufnehmen, die beim Abbau von Antigenen im Cytosol entstanden sind, und MHC-Klasse-II-Moleküle (MHC-II), die Peptide binden, die von in zellulären Vesikeln abgebauten Proteinen stammen. MHC-I-Moleküle finden sich auf nahezu allen zellkernhaltigen Körperzellen und MHC-I gebundene Antigene werden von CD8⁺ T-Zellen erkannt. Im Gegensatz dazu erkennen CD4⁺ T-Zellen Antigene, die über MHC-II-Moleküle präsentiert werden. MHC-II-Moleküle werden nur von einigen Zelltypen exprimiert, die man unter dem Begriff Antigen-präsentierende Zellen (APZ) zusammenfasst. Zu diesen gehören die professionellen APZ, also dendritische Zellen (DCs), Makrophagen und B-Zellen, aber auch aktivierte T-Zellen, Endothel- oder Epithelzellen [27].

Zur Eliminierung eingedrungener Pathogene ist die Effizienz der primären Immunantwort von großer Bedeutung. Ein kritischer Schritt ist hierbei die Entwicklung naiver CD4⁺ T-Zellen zu Effektorzellen. Diese kann in mehrere Phasen unterteilt werden: Aktivierung, Proliferation und Differenzierung.

Die Aktivierung erfordert neben dem Signal des T-Zell-Rezeptors (TZR), das durch die Erkennung des Antigen/MHC-II-Komplexes ausgelöst wird, ein zweites, kostimulatorisches Signal durch akzessorische Moleküle auf der APZ-Oberfläche, die mit Rezeptoren auf der T-Zell-Seite interagieren (Abb. 2). CD28, der wichtigste kostimulatorische Rezeptor auf T-Zellen, bindet zwei Mitglieder der B7-Familie auf APZ: CD80 (B7.1) und CD86 (B7.2). CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen-4), ein Homolog zu CD28 und ebenfalls Rezeptor für CD80 und CD86, wird nach Aktivierung der T-Zelle exprimiert und supprimiert T-Zell-Proliferation und Zytokin-Produktion [28]. Der induzierbare Kostimulator ICOS ist das dritte Mitglied der CD28-Familie und erkennt den Liganden B7h, der auf B-Zellen, Makrophagen und nicht-lymphoidem Gewebe zu finden ist [29,30]. Weitere akzessorische Moleküle der B7-Familie sind PD-L1 (B7-H1) und PD-L2 (B7-DC), deren Rezeptor PD-1 ist. Für B7-H1 und B7-DC sind sowohl inhibierende als auch stimulierende Effekte auf Proliferation und Zytokin-Produktion beschrieben worden [31]. Auch ICAM-1 und -2, CD40, VCAM-1, CD24, CD70 und OX-40L gehören zu den kostimulatorischen Liganden [32,33,34,35,36,37,38,39].

Abb. 2: Interaktionen zwischen T-Zelle und APZ. Neben dem TZR/Antigen/MHC-II-Komplex erfordert die T-Zell-Aktivierung weitere Interaktionen zwischen akzessorischen Molekülen der APZ und ihre zugehörigen Rezeptoren auf der T-Zell-Seite.

In der Proliferationsphase wird aus den wenigen, für ein Antigen spezifischen Zellen eine große Population generiert (klonale Expansion), die zu Zellen mit Effektorfunktion differenziert. Hierbei spielen viele Faktoren wie Intensität des TZR-vermittelten Signals, Art der Kostimulation oder Anwesenheit wachstumsfördernder oder polarisierender Zytokine eine Rolle. So beeinflusst das Zytokin IL-2, ein autokriner, potenter Wachstumsfaktor für T-Zellen, den Grad der Expansion. Ein starkes TZR-Signal, IL-12, IFN-γ (Interferon-γ) und das Fehlen von IL-4 generieren Th1-polarisierte Zellen, wohingegen ein schwächeres TZR-Signal, die Anwesenheit von IL-4 und das Fehlen von IFN-γ Th2-polarisierte Zellen begünstigt [40]. Die inflammatorisch wirkenden Th1-Zellen, die IFN-γ und TNF-α (Tumor Nekrosis Faktor-α) produzieren, aktivieren Makrophagen und zytotoxische T-Lymphozyten, Th2-Zellen, die IL-4, IL-5 und IL-13 produzieren, inhibieren eher die Zell-vermittelte Immunität und aktivieren die humorale Immunantwort (B-Zell-Helfer) [41].

Eine Differenzierung erfolgt nicht nur auf Ebene der auszuübenden Effektorfunktion, auch das Expressionsmuster von Adhäsionsmolekülen und Chemokinrezeptoren verändert sich: Während naive CD4⁺ T-Zellen für die Rezirkulierung u. a. CD26L und CCR7 (Rezeptor für CCL19 und CCL21) benötigen, exprimieren z. B. nahezu alle Th1-Zellen CXCR3 (Rezeptor für CXCL9, CXCL10 und CXCL11), die meisten Th2-Zellen dagegen CCR4 (Rezeptor für CCL17/TARC und CCL22/MDC) [42].

Der Großteil der Effektorzellen, die während der klonalen Expansion generiert werden, ist kurzlebig und stirbt durch aktivierungsinduzierten Zelltod. Daher ist die Anzahl langlebiger sogenannter Memoryzellen begrenzt und die Diversität des T-Zell-Repertoires bleibt erhalten [43]. Neben peripheren Memoryzellen, die die Effektorfunktion und Fähigkeit zur Rekrutierung in periphere Organe beibehalten, entstehen ruhende zentrale Memoryzellen, die die Fähigkeit zur Rezirkulierung in den sekundären lymphatischen Organen zurückgewinnen (Expression von CD62L und CCR7) [44]. Ob die Differenzierung zu Effektor- und Memoryzellen linear erfolgt (Entwicklung der Memoryzellen aus einigen Effektorzellen) oder ob Effektor- und Memoryzellen unabhängig von einander entstehen, ist noch ungeklärt [43,45]. Effektor- und Memoryzellen lassen sich nicht durch einen spezifischen Marker voneinander abgrenzen, in der Literatur finden sich zum Teil sogar überlappende Definitionen. Daher wird in der vorliegenden Arbeit für beide Populationen ein gemeinsamer Begriff wie „Antigen-erfahrene“ oder „Effektor/Memory“ T-Zellen verwendet.

Es ist allgemein akzeptiert, dass eine optimale Stimulation der naiven CD4⁺ T-Zellen und damit eine effiziente von CD4⁺ T-Zellen vermittelte Immunantwort die Beteiligung aktivierter professioneller APZ voraussetzt. Durch inflammatorische Signale wie Lipopolysaccharide (LPS), CpG-Motive, aber auch TNF-α werden unreife DCs, die durch eine hohe phagozytotische Kapazität und eine geringe Expression kostimulatorischer Molekülen charakterisiert sind, aktiviert und können zu reifen DCs differenzieren. Kostimulatorische Liganden wie CD40, CD80 und CD86 werden hochreguliert, die zusätzlich zum TZR-Signal den notwendigen Kostimulus für die Initiierung der Immunantwort auslösen [46,47]. Ein TZR-Signal in Abwesenheit von Kostimulation kann dagegen zur T-Zell-Anergie führen [48,49,50]. T-Zellen sind dann trotz optimaler Restimulation – z. B. aufgrund von fehlender IL-2-Produktion – nicht mehr in der Lage zu proliferieren.

Die Leber

Die Leber (griech. Hepar, lat. Jecur) ist das zentrale Organ des gesamten Stoffwechsels. Die wichtigsten Aufgaben sind die Produktion von Gerinnungsfaktoren, die Speicherung von Glukose, die Galleproduktion sowie Abbau und Ausscheidung von Stoffwechselprodukten, Medikamenten und Giftstoffen. Die Stoffe werden von der Leber je nach Bedarf ans Blut abgegeben oder aus dem Blut entfernt. Die Blutzufuhr in der Leber erfolgt zum einen über die hepatische Arterie, zum andern wird nährstoffreiches Blut vom Darm über die Pfortader (Vena portae) in die Leber transportiert (Abb. 3). Das Blut strömt durch das Kapillarnetz der Leber, die Sinusoide, und verlässt die Leber letztendlich über die Lebervene (Vena hepatica).

Die sinusoidalen Endothelzellen der Leber

In der Leber adulter Säugetiere sind ca. 65 % der Zellen Hepatozyten, die übrigen sind nicht-parenchymale, hauptsächlich sinusoidale Zellen [51]. Die Sinusoide enthalten neben den Endothelzellen (LSEC = Leber-sinusoidale Endothelzellen) vor allem Leber-residente Makrophagen, genannt Kupffer Zellen, und Ito Zellen, die auch als Fett-speichernde Zellen bezeichnet werden [52]. Des Weiteren findet man in der Leber residente DCs [53] und Lymphozyten [54,55].

Die hepatischen Sinusoide mit einem Durchmesser von 5-7 µm werden von einem Endothel ausgekleidet, welches sich morphologisch und phänotypisch von vaskulärem Endothel anderer Organe unterscheidet. Die LSEC sind nur durch den Disse´schen Raum von den darunterliegenden Hepatozyten getrennt, da die typische Basalmembran fehlt [56]. Die LSEC haben Fenestrae mit einem Durchmesser von ca. 150 nm, die in Clustern, sogenannten Siebplatten, angeordnet sind [57]. Diese sorgen zwischen dem sinusoidalen Lumen und dem Parenchym für einen intensiven Austausch von Stoffen. Zusammen mit den phagozytierenden Kupffer Zellen sind die LSEC aufgrund der Rezeptor-vermittelten Pinozytose ein wichtiger Teil des angeborenen Immunsystems, indem sie an der Entsorgung zirkulierender Makromoleküle beteiligt sind [58].

Rekrutierung von Lymphozyten in die Leber

Im Vergleich mit lymphoiden Geweben haben die Lymphozyten in der Leber eine andere Zusammensetzung und einen speziellen Phänotyp. Es finden sich z. B. vermehrt NK-Zellen (Natürliche Killerzellen), NKT-Zellen und γδ-T-Zellen. Dazu ist unter den konventionellen αβ-T-Zellen die Frequenz an Effektor-/Memory T-Zellen erhöht [55].

Abb. 3: Die Feinbau der Leber. Die Leber hat mehrere Leberlappen (A), die sich aus 1-2 mm großen Leberläppchen (Lobuli) zusammensetzten. An den Eckpunkten benachbarter Lobuli liegen die Periportalfelder, in denen jeweils ein Ast der Leberarterie, der Pfortader und ein Gallengang verläuft (B). Zwischen den Hepatozyten liegen die Kapillaren der Leber, die Sinusoide. Diese transportieren das Blut aus der Pfortader und der Arterie in Richtung Zentrum der Lobuli, wo es von einer Zentralvene aufgenommen wird. Die Venen vereinigen sich und das But verlässt die Leber letztendlich über die Lebervene. Die Sinusoide der Leber werden von spezialisiertem Endothel ausgekleidet und sind durch den Disse´schen Raum vom Parenchym getrennt (C). Im Lumen der Sinusoide sind die Leber-residenten Makrophagen, die Kupffer Zellen, angesiedelt, im Disse´schen Raum die Ito Zellen. Bildnachweis: A: http://www.wip.villa-bosch.de/PatInf/dr_topf/Galle
anatomie.htm, B: http://www.niaaa.nih.gov/gallery/liver/lobulep295.htm, C: nach Lalor & Adams, 2002 [59].

Die intrahepatischen Lymphozyten sind nicht nur im sinusoidalen Lumen, sondern auch im Parenchym zu finden [54,60]. Neben intrahepatischer Expansion und Apoptose beeinflusst auch das Migrationsverhalten ihre zelluläre Zusammensetzung [61]. Die Einwanderung in die Leber scheint dabei hauptsächlich in den Sinusoiden stattzufinden, da v. a. dort die für die Transmigration notwendige Adhäsion beobachtet wurde. Im Unterschied zu anderen Endothelien spielen hierbei Selektine nur eine minimale Rolle [62]. Der langsame Blutfluss in der Leber sowie der geringe Durchmesser der Sinusoide scheinen für die Initiierung der Adhäsion von Lymphozyten an das Endothel ausreichend. Die feste Adhäsion der Lymphozyten wird dann durch bestimmte, konstitutiv in der Leber exprimierte Adhäsionsmoleküle – z. B. ICAM-1, VCAM-1 und VAP-1 (vascular adhesion protein-1) – vermittelt [63,64].

Ferner spielt die Chemokin-bedingte Aktivierung der Lymphozyten eine Rolle, da sie der festen Adhäsion und transendothelialen Migration vorausgeht. Einige der Chemokine sind nicht nur bei Infektion oder Inflammation, sondern auch konstitutiv in der Leber exprimiert:

CXCL9 (Mig = monokine-induced by IFN-γ) wird in der Leber, nicht aber in anderen peripheren Organen wie Lunge, Darm oder Gehirn konstitutiv exprimiert. Zusammen mit CXCL10 (IP-10 = interferon-inducible protein 10) und CXCL11 (ITAC = interferon-inducible T-cell alpha chemoattractant) bindet es den Rezeptor CXCR3, der u. a. auf Th1-polarisierten Lymphozyten exprimiert ist. Bei chronischer Hepatitis ist für sinusoidale Endothelzellen eine gesteigerte Proteinexpression von CXCL9 zusammen mit CXCL10 beschrieben [65,66,67].

Die konstitutive Expression von CXCL12 (SDF-1α = stromal-cell-derived factor-1α, Rezeptor ist CXCR4) ist u. a. in vielen peripheren Organen wie Leber, Niere, Herz und Muskel beschrieben. In der normalen Leber wird CXCL12 hauptsächlich von Gallengang-Epithelzellen exprimiert. Bei chronischer Hepatitis B oder C findet man eine Herauf-regulierung auf dem Endothel neugebildeter Blutgefäße [68,69,70].

CCL21 (6Ckine/SLC, Rezeptor ist CCR7) konnte beim Menschen nur in den lymphoiden Organen, im murinen System u. a. in Lunge, Niere, Herz und Leber detektiert werden. In der Leber wird die konstitutive Produktion von CCL21 portalem lymphatischen Endothel sowie Bindegewebe bzw. einigen DCs im Periportalfeld zugeschrieben [69,71,72,73].

Weitere konstitutiv exprimierte Chemokine sind u. a. CXCL16 (Bonzo-Ligand oder SexCkine, Rezeptor ist CXCR6) [74,75] und CCL20 (MIP-3α/LARC = Liver and activation-regulated chemokine, Rezeptor ist CCR6) [76,77,78], sowie die CCR1 bindenden Chemokine CCL3 (MIP-1α), CCL5 (RANTES = regulated on activation, normally T-cell-expressed and secreted) und CCL15 (HCC-2/MIP-5) [79,80,81].

Die Kombination von Adhäsionsmolekülen und Chemokinen bestimmt die Rekrutierung von Lymphoyzten zu den peripheren Organen. In der Leber ist die Anzahl der beteiligten Moleküle unter physiologischen Bedingungen zwar begrenzt, das genaue Zusammenspiel der konstitutiv exprimierten Chemokine und der auf den Leberendothelien vorhandenen Adhäsionsmoleküle muss jedoch noch geklärt werden.

Induktion peripherer Toleranz in der Leber

Neben den metabolischen Aufgaben übernimmt die Leber eine Anzahl wichtiger Funktionen für das Immunsystem. Bezüglich der angeborenen Immunantwort ist die Leber wichtig für die Produktion von Akute-Phase-Proteinen und die Eliminierung apoptotischer Zellen. In Bezug auf die adaptive Immunantwort spielt die Leber nicht nur eine Rolle bei der Deletion aktivierter T-Zellen, die inflammatorischen Reaktionen aus dem ganzen Körper entstammen, und wahrscheinlich bei der extrathymischen T-Zell-Differenzierung, sondern sie ist auch an der Induktion peripherer Toleranz beteiligt [82]. So zeigen Transplantationsmodelle, dass die Leber im Vergleich zu anderen Organen nicht nur besser akzeptiert wird, sondern – bei gleichzeitiger Transplantation mehrerer Organe – auch die Akzeptanz anderer allogener Organe erhöht [83]. Die Leber scheint auch eine Rolle für die Etablierung von oraler Toleranz zu spielen, da die Induktion oraler Toleranz durch einen portocavalen Shunt, der die Blutzufuhr vom Darm zur Leber unterbricht, verhindert werden kann [84].

Über den Einfluss der Leber auf CD8⁺ T-Zellen ist bereits einiges bekannt. So akkumulieren aktivierte Antigen-spezifische CD8⁺ T Zellen in der Leber und werden dort mittels Apoptose eliminiert [85]. In Leber-Transplantationsmodellen werden allospezifische CD8⁺ T-Zellen in der Leber eliminiert oder in vivo moduliert [86,87], was zu systemischer Donor-spezifischer Toleranz führt. Tiermodelle mit Leber-spezifischer Antigenexpression zeigen, dass Stimulation von CD8⁺ T-Zellen in der Leber durch Herunterregulierung der TZR-Expression [88], Deletion [89] oder Induktion von Anergie [90] zu systemischer Toleranz führen.

Über die Induktion von Toleranz durch die Modulation von CD4⁺ T-Zellen ist weniger bekannt. Analog zur Akkumulation von CD8⁺ T-Zellen nach Antigengabe, konnte dies auch für CD4⁺ T-Zellen gezeigt werden [91]. Orale Gabe hoher Antigen-Dosen führt zur Generierung regulatorischer CD4⁺ T-Zellen in der Leber [92]. Die Aktivierung von naiven CD4⁺ T-Zellen durch in vitro generierte DCs, die aus Leber residenten Vorläufern stammen, führt zur Synthese der anti-inflammatorischen Zytokine IL-10 und IL-4 [93].

Wichtige Voraussetzung für die Modulation von CD4⁺ T-Zellen ist die Anwesenheit von Zellen, die Antigene über den MHC-II-Komplex präsentieren. In der Leber finden sich verschiedene Zellpopulationen, die diese Aufgabe übernehmen können. Neben den Kupffer Zellen und den hepatischen DCs gehören die LSEC zu den Leber-spezifischen APZ-Populationen [53]. Sie besitzen durch Rezeptor-vermittelte Endozytose die Fähigkeit der Antigen-Aufnahme [94] und exprimieren für APZ charakteristische Oberflächenmoleküle: MHC-I und MHC-II, CD54 (ICAM-1), CD106 (VCAM-1) sowie die kostimulatorischen Moleküle CD80 und CD86 [95,96,97]. Bisher konnte für CD8⁺ T-Zellen die Induktion oraler Toleranz nach Cross-Präsentation durch LSEC nachgewiesen werden [90,98]. Bezüglich der Modulation von CD4⁺ T-Zellen sind in der Literatur konträre Ergebnisse zu finden. So wurde einerseits die Aktivierung CD4⁺ T-Zellen durch LSEC nachgewiesen [99,100], andererseits wurde den LSEC die Fähigkeit zur Aktivierung von CD4⁺ T-Zellen abgesprochen [101].