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Wie unterscheiden sich verschiedene Impfstofftypen?

Jena - 31.07.2020, 15:00 Uhr

Ein „guter Impfstoff“ sollte eine Infektion nachahmen, allerdings ohne dabei Krankheitssymptome auszulösen. (Foto: Alexander Raths / stock.adobe.com)

Ein „guter Impfstoff“ sollte eine Infektion nachahmen, allerdings ohne dabei Krankheitssymptome auszulösen. (Foto: Alexander Raths / stock.adobe.com)


Impfungen gegen Infektionskrankheiten gehören zu den wichtigsten präventiven Maßnahmen in der Medizin. Impfstoffe sollen unseren Organismus auf den Kontakt mit einem humanpathogenen Erreger vorbereiten, so dass die mit einer natürlichen Infektion verbundenen Krankheiten in der Regel ausbleiben oder milde verlaufen und ohne Komplikationen ausheilen. Nachfolgend wird ein kurzer Überblick über verschiedene Impfstofftypen gegeben.

Unser Immunsystem kann praktisch jede beliebige Oberfläche als „fremd“ erkennen und dagegen eine Entzündungsreaktion starten. Pathogene Viren treffen in den Schleimhäuten oder Geweben zunächst auf die sogenannten antigenpräsentierenden Zellen, also dendritische Zellen und Makophagen. Ein Pathogen kann auf zwei Wegen in eine antigenpräsentierende Zelle gelangen. Einerseits können viele Viren dendritische Zellen direkt infizieren, und sie vermehren sich danach in deren Zytoplasma. Andererseits haben antigenpräsentierende Zellen eine hohe Phagozytose-Aktivität und können partikuläre Substanzen wie Virionen durch Endozytose aufnehmen. In diesem Fall landen die Viren nicht im Zytoplasma, sondern im endolysosomalen Kompartiment (Abb. 1).

Repliziert ein Virus im Zytoplasma einer dendritischen Zelle, werden virale Proteine durch das Proteasom zu Peptiden abgebaut. Einige dieser Peptide können auf MHC-Molekülen der Klasse I (MHC: major histocompatibility complex) präsentiert werden (Abb. 1). Für die Erkennung der MHC-I-Peptid-Komplexe durch den T-Zell-Rezeptor (TZR) ist CD8 als Co-Rezeptor notwendig. Die CD8-positiven T-Zellen werden durch die Erkennung des MHC-I-Peptid-Komplexes aktiviert und differenzieren in CD8-positive zytotoxische T-Zellen, deren primäre Funktion die Zerstörung von virusinfizierten Körperzellen ist.

Abbildung 1: Aktivierung des adaptiven Immunsystems.
 
Dendritische Zellen können von Viren direkt infiziert werden oder Virionen durch Phagozytose aufnehmen. Proteine der im Zytoplasma replizierenden Viren werden vom Proteasom zu Peptiden abgebaut. Diese können über den Antigen-Peptid-Transporter TAP in das ER transportiert werden. Die MHC-I-Moleküle werden in das Lumen des ER synthetisiert und dort mit Peptiden beladen. Die MHC-I-Peptid-Komplexe werden über den Golgi (hier zur Vereinfachung nicht gezeigt) über vesikulären Transport zur Zellmembran gebracht. Über Phagozytose aufgenommene Virionen landen im endolysosomalen Kompartiment und haben keinen direkten Kontakt mit dem Zytoplasma. MHC-II-Moleküle werden zur Stabilisierung im Komplex mit dem Ii-Protein vom ER durch den Golgi transportiert. Die Vesikel werden angesäuert, woraufhin das Ii-Peptid degradiert wird. Die Vesikel verschmelzen mit Endolysosomen, in denen die aufgenommenen Virionen zu Peptiden abgebaut wurden. Das Ii-Peptid wird dann durch ein Peptid aus dem lysosomalen Abbau ersetzt und die Vesikel werden zur Zelloberfläche transportiert. CD28: Checkpoint-Rezeptor, der für eine Aktivierung von T-Zellen notwendig ist, CD80/86: Liganden von CD28, ER: Endoplasmatisches Retikulum, Ii: invariante Kette, MHC: Major histocompatibility complex, TAP: Transporter associated with antigen processing, TZR: T-Zell-Rezeptor. 

Wenn antigenpräsentierende Zellen Pathogene durch Phagozytose aufnehmen, geht die Präsentation von Antigenen einen anderen Weg. Die aufgenommenen Pathogene werden in den Phagolysosomen abgebaut und dabei entstehende Peptide können in MHC-II-Moleküle eingelagert werden. Diese MHC-II-Peptid-Komplexe werden von T-Zellen über ihren T-Zell-Rezeptor und den Co-Rezeptor CD4 erkannt (Abb. 1). CD4-positive Zellen differenzieren in Effektorzellen, die als „T-Helferzellen“ (TH) wichtige Funktionen in der Regulation der Immunantwort wahrnehmen. In Abhängigkeit vom Zytokinmilieu differenzieren TH-Zellen in verschiedene Populationen von Effektorzellen, insbesondere in TH1- und die TH2-Zellen sowie CD4-positive T-Gedächtniszellen. 

B-Zellen tragen auf ihrer Oberfläche gebundene Antikörper und können insbesondere durch Antigene aktiviert werden, die repetitive Epitope enthalten und daher in der Lage sind, an mehrere B-Zell-Rezeptoren gleichzeitig zu binden und diese querzuvernetzen. Die derart aktivierten B-Zellen sekretieren Antikörper des Isotyps IgM. Sie können die an ihre B-Zell-Rezeptoren gebundenen Antigene zu Peptiden abbauen, die dann auf der Oberfläche über MHC-II-Moleküle präsentiert werden. Das erlaubt es aktivierten TH2-Zellen, mit den B-Zellen in Kontakt zu treten. Diese Interaktion sorgt dafür, dass die B-Zellen zu Plasmazellen differenzieren und die Antikörper-Produktion je nach Zytokinmilieu vom Isotyp IgM auf den Isotyp IgG, IgA oder IgE umstellen. Außerdem differenziert ein Teil der durch T-Helferzellen stimulierten B-Zellen zu langlebigen B-Gedächtniszellen.

Dieses Wissen angewendet auf die Entwicklung von Impfstoffen bedeutet, dass ein „guter Impfstoff“ eine Infektion nachahmen sollte, allerdings ohne dabei Krankheitssymptome auszulösen. Außerdem sollte der Impfstoff T-Zell-Epitope enthalten, die auf beiden Klassen von MHC-Molekülen präsentierbar sind. Darüber hinaus sollten Impfstoffe Epitope enthalten, die eine direkte Erkennung durch B-Zellen erlauben (B-Zell-Epitope). 



Prof. Dr. Thomas Winckler, Pharmazeutische Biologie am Institut für Pharmazie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
redaktion@daz.online


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