Phagozyten: Definition, Einteilung und klinische Relevanz

Das Immunsystem des menschlichen Körpers stellt eine komplexe Verteidigungsstruktur dar, die den Organismus vor einer Vielzahl potenziell gefährlicher Erreger wie Bakterien, Viren, Pilzen und Parasiten schützt. Innerhalb dieses Systems spielen sogenannte Phagozyten eine wichtige Rolle in der angeborenen Immunabwehr. Als spezialisierte Zellen sind sie in der Lage, körperfremde Partikel, Mikroorganismen und zelluläre Trümmer durch Phagozytose aufzunehmen und zu eliminieren. Damit fungieren Phagozyten als erste Verteidigungslinie gegen Infektionen und sind gleichzeitig wesentlich an der Regulation von Entzündungsprozessen beteiligt. Wobei es sich bei ihnen genau handelt, wie man sie unterteilt und welche klinische Relevanz sie haben, thematisiert dieser Artikel.

Phagozyten – Definition

Phagozyten (von griechisch „phagein“ = fressen und „kytos“ = Zelle) sind spezialisierte Zellen des Immunsystems, deren Hauptaufgabe in der Phagozytose besteht: dem aktiven Aufnehmen und Abbau von Fremdpartikeln oder toten körpereigenen Zellen. Sie gehören zum angeborenen Teil des Immunsystems und sind essenziell für die frühzeitige Erkennung und Beseitigung pathogener Strukturen. Darüber hinaus tragen sie zur Aktivierung des adaptiven Immunsystems bei, indem sie Antigene präsentieren und so die T-Zell-Antwort stimulieren.

Phagozyten – Einteilung

Phagozyten lassen sich in verschiedene Zelltypen untergliedern, die sich hinsichtlich ihrer Herkunft, Funktion und Lokalisation unterscheiden. Grundsätzlich unterscheidet man:

• Monozyten: zirkulierende Vorläuferzellen im Blut.
• Makrophagen: gewebsständige Phagozyten, die aus Monozyten hervorgehen.
• Granulozyten: vor allem neutrophile, aber auch eosinophile und basophile Granulozyten.
• Dendritische Zellen: phagozytierende Zellen mit wichtiger Rolle in der Antigenpräsentation.

Alle diese Zelltypen besitzen die Fähigkeit zur Phagozytose, unterscheiden sich aber deutlich in ihrer Spezialisierung und ihren Aufgaben innerhalb des Immunsystems.

Monozyten

Monozyten stellen etwa drei bis acht Prozent der weißen Blutkörperchen im peripheren Blut dar. Sie entstehen im Knochenmark und werden von dort ins Blut abgegeben. Dort zirkulieren sie für etwa ein bis drei Tage, bevor sie in das Gewebe einwandern und sich zu Makrophagen oder dendritischen Zellen differenzieren. Monozyten erkennen Pathogene über sogenannte Pattern Recognition Receptors (PRRs), wie beispielsweise Toll-like-Rezeptoren (TLRs), die an konservierte Strukturen (Pathogen-associated molecular patterns, PAMPs) auf Mikroorganismen binden.

Neben der Phagozytose übernehmen Monozyten auch regulatorische Funktionen, indem sie Zytokine produzieren, die Entzündungsreaktionen steuern. Darüber hinaus sind sie in der Lage, Antigene zu präsentieren und somit eine Brücke zwischen angeborener und adaptiver Immunabwehr zu schlagen.

Makrophagen

Makrophagen sind aus Monozyten hervorgegangene Zellen, die im Gewebe lokalisiert sind. Dort übernehmen sie eine Vielzahl immunologischer und homöostatischer Funktionen. Zu ihren Aufgaben zählen nicht nur die Phagozytose von Mikroorganismen und Zelltrümmern, sondern auch die Wundheilung, Gewebsregeneration und Immunmodulation.

Je nach Lokalisation im Körper tragen Makrophagen unterschiedliche Namen: In der Leber heißen sie Kupffer-Zellen, in der Lunge Alveolarmakrophagen, im Gehirn Mikroglia und im Knochen Osteoklasten. Diese funktionelle Anpassung ist Ausdruck ihrer hohen Plastizität. Makrophagen können sich in verschiedene funktionelle Phänotypen differenzieren, die in zwei Haupttypen unterteilt werden:

• M1-Makrophagen (klassisch aktiviert): Sie fördern entzündliche Prozesse und sind hoch phagozytisch aktiv.
• M2-Makrophagen (alternativ aktiviert): Sie wirken entzündungshemmend und fördern die Gewebsreparatur.

Makrophagen nehmen über Rezeptoren wie Fc-Rezeptoren, Komplementrezeptoren oder Scavenger-Rezeptoren Partikel auf. Nach der Phagozytose werden die aufgenommenen Substrate in Phagolysosomen enzymatisch zersetzt. Zudem spielen Makrophagen eine Schlüsselrolle bei der Antigenpräsentation über MHC-Klasse-II-Moleküle.

Neutrophile Granulozyten

Neutrophile Granulozyten sind die häufigsten Leukozyten im Blut (etwa 50 bis 70 Prozent) und werden als erste Zellen zu Entzündungsherden rekrutiert. Sie haben eine kurze Lebensdauer von etwa sechs bis acht Stunden im Blut und maximal ein bis zwei Tage im Gewebe. Ihre Hauptfunktion liegt in der Phagozytose und Zerstörung von Mikroorganismen.

Sie sind besonders effizient in der Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), Enzymen wie Myeloperoxidase oder Elastase und antimikrobiellen Peptiden. Nach der Phagozytose werden pathogene Partikel in Phagosomen aufgenommen, die mit Lysosomen fusionieren. Dabei kommt es zur sogenannten „respiratorischen Burst“, einer explosionsartigen Sauerstoffreaktion, die zur Eliminierung der Erreger beiträgt.

Zusätzlich können neutrophile Granulozyten sogenannte neutrophil extracellular traps (NETs) freisetzen. Dabei handelt es sich um netzartige Strukturen aus DNA und Proteinen, die Pathogene binden und neutralisieren.

Eosinophile und basophile Granulozyten

Eosinophile sind vor allem bei parasitären Infektionen und allergischen Reaktionen von Bedeutung. Sie enthalten toxische Granula, wie Major Basic Protein und Eosinophil Cationic Protein, die gegen größere Pathogene wie Helminthen wirken. Ihre phagozytische Aktivität ist im Vergleich zu neutrophilen Granulozyten begrenzt, jedoch tragen sie durch Degranulation maßgeblich zur Immunantwort bei.

Basophile sind die seltensten Granulozyten und sind funktionell eng mit Mastzellen verwandt. Sie spielen eine Rolle bei allergischen Sofortreaktionen, da sie Histamin und andere Mediatoren freisetzen. Ihre direkte phagozytische Aktivität ist gering, ihre immunmodulatorische Wirkung jedoch bedeutend.

Dendritische Zellen

Dendritische Zellen (DCs) gelten als die professionellsten antigenpräsentierenden Zellen des Immunsystems. Sie entstehen aus Vorläuferzellen im Knochenmark und können sowohl myeloider als auch lymphatischer Herkunft sein. Dendritische Zellen nehmen in peripheren Geweben Antigene auf, häufig durch Phagozytose, und wandern anschließend in lymphatische Organe, wo sie naive T-Zellen aktivieren.

Besonders auffällig ist ihre Fähigkeit, kleine Mengen aufgenommener Antigene über MHC-Moleküle effizient zu präsentieren. Ihre Rolle besteht damit nicht nur in der Eliminierung von Pathogenen, sondern vor allem in der Initiierung der spezifischen Immunantwort.

Je nach Subtyp unterscheidet man klassische (myeloide) dendritische Zellen, plasmacytoide dendritische Zellen (besonders bei viralen Infektionen aktiv) und Langerhans-Zellen der Haut. Anders als Makrophagen sind dendritische Zellen primär auf Antigenpräsentation und Immunaktivierung spezialisiert.

Phagozyten – Klinische Relevanz und Störungen

Die korrekte Funktion der Phagozyten ist essenziell für die Aufrechterhaltung der Immunabwehr und der Gewebehomöostase. Eine gestörte Phagozytose kann zu einer Vielzahl von klinisch relevanten Erkrankungen führen, sowohl in Form einer zu schwachen als auch einer überschießenden Immunantwort. Eine der bekanntesten Erkrankungen, die mit einem Defekt in der Phagozytenfunktion einhergeht, ist die chronisch-granulomatöse Erkrankung (CGD). Dabei handelt es sich um eine seltene, meist genetisch bedingte Störung, bei der die Fähigkeit neutrophiler Granulozyten zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies gestört ist. Die betroffenen Patienten sind hochgradig infektanfällig, vor allem gegenüber bestimmten Bakterien und Pilzen. Die wiederholten Infektionen führen zur Ausbildung von Granulomen, wobei es sich um knotige Entzündungsherde handelt, die Organe schädigen können.

Auch erworbene Störungen können die Funktion von Phagozyten beeinträchtigen. So ist die Phagozytose bei Patienten mit Diabetes mellitus häufig reduziert, was unter anderem die erhöhte Infektanfälligkeit erklärt. Bei schweren Sepsisformen kommt es häufig zu einer funktionellen Paralyse der Makrophagen, was paradoxerweise trotz systemischer Entzündungszeichen zu einer Immunsuppression führen kann. Andererseits können überaktive Phagozyten selbst Gewebe zerstören, wie etwa bei autoimmunen Entzündungserkrankungen. In der Atherosklerose beispielsweise nehmen Makrophagen oxidiertes LDL-Cholesterin auf und verwandeln sich in sogenannte Schaumzellen, die zur Plaquebildung in Gefäßwänden beitragen.