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2.  Charakterisierung der Mastzellvorläuferzellen im Blut und deren Differenzierung in der Haut

Die Zunahme der Mastzellzahlen bei entzündlichen und neoplastischen Prozessen könnte durch verschiedene Mechanismen hervorgerufen werden: 1.) verstärkte Einwanderung von unreifen Vorläuferzellen, 2.) Proliferation reifer Mastzellen, 3.) Einwanderung reifer Gewebszellen zum Entzündungsort, 4.) verminderte Apoptose.

Die Entwicklung der Mastzelle aus einer hämatopoetischen Stammzelle zu Vorläuferzellen im peripheren Blut bis zur ausdifferenzierten Gewebszelle wurde in den letzten Jahren sehr intensiv untersucht (4, 5, 53, I, II). Über die einzelnen Stationen der Entwicklung ist bisher jedoch wenig bekannt.

Beschrieben wurde, dass die Stammzelle im Knochenmark zu finden ist. Sie ist charakterisiert als CD38-, durch eine Expression der Oberflächenmarker CD34, HLADR und die Expression des SCF-Rezeptors c-Kit (54). SCF spielt fast in jeder Phase der Entwicklung für die Mastzelle eine bedeutende Rolle, die Wirkungen sind jedoch in jedem Kompartiment (Knochenmark, peripheres Blut, Gewebe) sehr unterschiedlich (II). Die unreifen Vorläuferzellen treten dann ins periphere Blut, zirkulieren dort bis sie durch chemotaktisch wirkende Faktoren zum Einwandern ins Gewebe stimuliert werden. Diese Zelle ist CD34 negativ und c-Kit positiv.

Wir haben verschiedene in vitro Kultursysteme mit Zellen in verschiedenen Reifungsstadien zum Studium dieser Zellen entwickelt: 1. Kultur von Zellen aus dem Knochenmark (55) als unreifeste Zellen (Bone marrow derived mast cells: BMMC), 2. Kultur von Zellen aus dem Nabelschnurblut (Cord blood derived mast cells: CBMC) (V), welche etwas weiter differenziert sind, aber viele CD34+ Vorläuferzellen enthalten, 3. Kultur von Vorläuferzellen aus dem peripheren Blut (Peripheral blood derived mast cells: PBMC) (I), mit minimalen Zahlen an CD34+ Zellen, 4. Kultur von unreifen Mastzellinien (HMC-1/KU-812) (II, IV, VIII, XII), 5. Kultur von isolierten, hochgereinigten Mastzellen aus dem Gewebe.

Das Reifestadium ist an der Dauer der Kultur zu erkennen, welche nötig ist, um bestimmte Mastzellcharakteristika nachzuweisen. Tryptase, als relativ früher Marker des Mastzelldifferenzierungsprozesses ist bei BMMC nach vier Wochen, bei CBMC nach zwei Wochen, bei PBMC nach einer Woche nachzuweisen, in HMC-1-Zellen ganz niedrig exprimiert schon vorhanden (II,IV,VIII,XII). Sowohl die Stammzelle im


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Knochenmark, als auch die reife Mastzelle im Gewebe, Anfangs- und Endpunkt der Entwicklung, sind charakterisiert worden (54, 55).

Über die Zellen im Blut ist sehr wenig bekannt. In dem von uns etablierten Modell (I, XII, XIII) konnte gezeigt werden, dass die Zellen der mononukleären Zellfraktion, welche an Kulturplatten adhärieren, nach zwei Wochen Inkubation mit SCF oder Zellkulturüberständen von Fibroblasten oder Keratinozyten Mastzellcharakteristika entwickeln (I). Diese Fraktion enthält zum großen Teil Zellen, welche CD14, CD64 und CD68 exprimieren, Marker welche als Charakteristika für Monozyten beschrieben sind. Sie sind negativ für CD1, CD33, c-Kit (ein geringes Signal auf m-RNA-Ebene ist nachweisbar) und mastzellspezifische Tryptase. Nach zwei Wochen Kultur konnte auf 14-43 % der Zellen der c-Kit Rezeptor nachgewiesen werden, auch CD33, CD64, CD11b und CD68 und die Mastzellmarker Tryptase und hochaffiner funktionell aktiver IgE Rezeptor FcεRIα sind exprimiert. CD34+ Zellen waren zu Beginn der Kultur in sehr geringen Zahlen (<0,1 %), am Ende nicht mehr nachweisbar. Eine Zeitkinetik zeigt eine Reihenfolge der Nachweisbarkeit der Mastzellmarker, wie sie auch in den anderen später beschriebenen in vitro-Kulturmodellen nachgewiesen werden konnten, zuerst die Hochregulation von c-Kit, nach einer Woche war Tryptaseaktivität nachweisbar und nach zwei Wochen der FcεRIα (I).

Unsere Daten zeigen, dass Mastzellen sich aus c-Kit und Tryptase negativen Zellen entwickeln können, welche sich in der adhärenten Fraktion des peripheren Blutes befinden. Sie exprimieren ähnliche Oberflächenmarker wie Monozyten/ Makrophagen. Da sie am Beginn der Kultur kein c-Kit exprimieren, ist eine Hochregulation durch andere Faktoren möglich. Diese könnten durch weitere in der Kultur vorhandene Zellen, wie Lymphozyten (ca. 10%), oder nach Aktivierung dieser Zellen durch die Mastzellvorläufer selbst, freigesetzt werden. Dafür spricht, dass eine Kultur von hochaufgereinigten CD14 Zellen (>98 %) mit SCF keine Differenzierung Richtung Mastzelle zeigt.

Aus diese Ergebnissen lässt sich ein Bild des Ablaufes der Entwicklung der Mastzelle entwerfen: unter physiologischen Umständen, also in einem steady-state-Zustand proliferieren die c-Kit+/CD34+ Vorläuferzellen im Knochenmark, treten in das periphere Blut über, verlieren dort CD34 und c-Kit, um als Vorläuferzellpool bereit zu stehen. Eine Expression von c-Kit ist nicht sinnvoll, da die Zellen sonst durch Chemotaxis ausgelöst von SCF ins Gewebe eintreten würden. Da die


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Mastzellen im Gewebe sehr langlebig sind, wandern so im steady-state nur sehr wenige Zellen ein. In pathologischen Situationen wird c-Kit auf den Vorläuferzellen im Blut hochreguliert. Bei atopischen Patienten konnte eine höhere c-Kit Expressionen demonstriert werden, die Zellen treten vermehrt ins Gewebe ein und differenzieren dort durch die von den anderen aktivierten Zellen freigesetzen Zytokine.


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18.11.2003