COPD: Beeinträchtigte Immunantwort auf Virusinfekte durch Zigarettenrauch
Rauchen hemmt die Antwort des Immunsystems auf Virusinfektionen und stellt damit einen Risikofaktor für Patientinnen und Patienten mit COPD dar. Ein internationales Team unter der Leitung des Forschungszentrums Borstel, Leibniz Lungenzentrum konnte nun entschlüsseln, wie und an welchen Stellen Zigarettenrauch auf die Aktivierung des Immunsystems einwirkt. Die Ergebnisse dieser Studie sind nun der Fachzeitschrift European Respiratory Journal erschienen.
Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung – kurz COPD – ist eine fortschreitende Erkrankung, bei der zum einen die Atemwege dauerhaft verengt und entzündet sind und sich außerdem die Fläche des zur Sauerstoff-Aufnahme notwendigen Lungenepithels zunehmend verringert. Die COPD ist nicht heilbar und führt langfristig zu einer Zerstörung des Lungengewebes. Diese Schädigung nehmen die Patientinnen und Patienten zu Beginn durch vermehrte Schleimbildung und Husten wahr, im späteren Verlauf kommt es zu Atemnot durch die mangelnde Sauerstoffversorgung. Allein in Deutschland sind ca. 7 Millionen Menschen an einer COPD erkrankt, über 90% der Erkrankten sind Raucher:innen oder haben im Laufe ihres Lebens geraucht.
Die Krankheit verläuft in Schüben, den sogenannten Exazerbationen, die immer wieder zu einer Verschlechterung der Beschwerden führen. Diese Schübe können durch verschiedene Ursachen ausgelöst werden; Viruserkrankungen zählen dabei zu den Hauptauslösern. Patientinnen und Patienten mit einer COPD können dabei weniger gut mit einer Virusinfektion zurechtkommen, d.h. die schützende Immunantwort gegen das Virus ist geschwächt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Borstel, Leibniz Lungenzentrum konnten nun einen neuen Mechanismus aufdecken, der diese verminderte Virusabwehr bei COPD Patientinnen und Patienten und Rauchern erklären könnte.
Bei Virusinfektionen werden die Eiweißmoleküle des Virus durch spezielle Proteinkomplexe in denen vom Virus befallenen Lungenzellen in kleine Stückchen zerhäckselt. Diese Proteinkomplexe, die sogenannten Immunproteasomen, sind ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Immunsystems und werden in den Virus-infizierten Zellen hochreguliert. Durch den Zerkleinerungsprozess entstehen kleine Peptide, die dann als Antigene auf der Zelloberfläche von sogenannten MHC Klasse I Molekülen dem Immunsystem präsentiert werden. Die Präsentation von Virus-Eiweißstückchen auf der Zelloberfläche aktiviert weiße Blutkörperchen. Auf diese Weise wird dem Immunsystem mitgeteilt, dass eine Zelle von einem Virus befallen ist. Sogenannte (CD8+) T-Zellen zerstören dann die virusinfizierten Zellen und dämmen dadurch die Infektion ein. „Bis die T-Zellen vollständig aktiviert sind und ein Infekt effektiv bekämpft werden kann, dauert es meist 2-3 Tage,“ so Prof. Silke Meiners, Leiterin der Forschungsgruppe „Immunologie und Zellbiologie“ am Forschungszentrum Borstel, Leibniz Lungenzentrum. „Dies ist ein absolut kritischer Schritt bei jeder Virusinfektion. Wir konnten nun zeigen, dass Rauchen einen hemmenden Effekt auf diese Form der T-Zellaktivierung hat. Dies könnte die schlechte Immunantwort von Patienten und Patientinnen mit COPD auf Virusinfekte erklären, die zu einer Verschlimmerung der Erkrankung - einer Exazerbation - führen kann.“
Das Forscherteam konnte zeigen, dass Zigarettenrauch nicht nur an einer, sondern insgesamt drei Stellen das menschlichen Immunsystems angreifen und auf diese Weise zu einer verminderten Immunantwort führen kann: 1. die Hochregulation des Immunoproteasoms in der virus-infizierten Zelle wird gehemmt; 2. die Anzahl der MHC Klasse I Moleküle auf der Zelloberfläche wird vermindert und 3. die präsentierten Eiweißstücken des Virus sind verändert. All dies beeinflusst die T-Zellaktivierung und damit die Fähigkeit, eine Virus-infizierte Zellen effektiv zu erkennen und zu zerstören. „Diesen Mechanismen konnten wir nicht nur in Laborversuchen aufzeigen, sondern wir beobachteten auch, dass Blutproben von schwerkranken COPD Patienten eine verminderte Anzahl von CD8 T Zellen gegen das Influenza A Virus aufweisen. Dies deutet auf Probleme in der antiviralen T-Zellantwort bei einer Grippe-Infektion hin, die zu einer Verschlechterung der COPD beitragen könnte,“ erläutert Prof. Silke Meiners.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass Patientinnen und Patienten von einer akuten Aktivierung der gegen Viren-gerichteten Schutzantwort profitieren könnten, wie sie derzeit für COVID-19 Patienten und Patientinnen getestet wird.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Silke Meiners
Leiter der Forschungsgruppe „Immunologie und Zellbiologie“
Parkallee 1-40
DE-23845 Borstel
Telefon: +49 (0)4537 188 - 5846
Email: smeiners@fz-borstel.de
Originalpublikation:
Chen J, Wang X, Schmalen A, Haines S, Wolff M, Ma H, Zhang H, Stoleriu MG, Nowak J, Nakayama M, Bueno M, Brands J, Mora AL, Lee JS, Krauss-Etschmann S, Dmitrieva A, Frankenberger M, Hofer TP, Noessner E, Moosmann A, Behr J, Milger K, Deeg CA, Staab-Weijnitz CA, Hauck SM, Adler H, Goldmann T, Gaede KI, Behrends J, Kammerl IE, Meiners S. Antiviral CD8+ T cell immune responses are impaired by cigarette smoke and in COPD. Eur Respir J. 2023 Jun 29:2201374. doi: 10.1183/13993003.01374-2022. Epub ahead of print. PMID: 37385655.
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