Calprotectin: der Weg im Körper · Biomarker & Stuhlanalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Calprotectin (Stuhl): welche Stationen aufeinander folgen, welche Enzyme den Schritt machen und welche Cofaktoren sie dafür brauchen. Jede Aussage hat eine Quelle. Die Seite beschreibt allgemeines Lehrbuchwissen und sagt nichts über einen einzelnen Menschen.

Kurz erklärt

Calprotectin ist ein Eiweiß aus zwei Bausteinen, S100A8 und S100A9. Es liegt in großer Menge in neutrophilen Granulozyten und bindet außerhalb der Zelle Metall-Ionen wie Zink und Mangan. So entzieht es Mikroben Metalle und meldet Immunzellen geschädigtes Gewebe.

9 Stationen · 4 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

Neutrophile → Calprotectin im Zytosol · Calcium Im Inneren dieser Zellen liegt Calprotectin in großer Menge vor. Es besteht aus den Proteinen S100A8 und S100A9, die sich paarweise zusammenlagern; Calcium stabilisiert das Paar. Es bildet einen Vorrat, der später außen wirkt. Quelle 1, 2↑ liefert Im Zytosol macht Calprotectin einen großen Teil der löslichen Eiweiße der Neutrophilen aus. Es bindet dort Calcium und bildet einen Vorrat, der bei Aktivierung der Zelle nach außen gelangt. gesicherte Physiologie Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel S100A8 und S100A9 gebildet, etwa auf Entzündungsbotenstoffe hin, liegt mehr Calprotectin in der Zelle, und bei der Freisetzung steht außen entsprechend mehr davon bereit.

zu wenig — Wird wenig S100A8 und S100A9 gebildet, gelangt bei der Freisetzung auch wenig Calprotectin nach außen; im Tiermodell ohne S100A9 fehlt das Paar ganz.

in Studien beobachtet · Quelle 1
Calprotectin im Zytosol → Wanderung ins Gewebe · Botenstoffe Botenstoffe aus dem Gewebe lassen Neutrophile an der Gefäßwand haften. Sie zwängen sich zwischen den Zellen hindurch und wandern zum Ort der Entzündung, etwa in die Darmwand. Je mehr Botenstoffe, desto mehr Zellen treten über. Quelle 4↑ liefert Die Wanderung bringt Neutrophile und mit ihnen Calprotectin dorthin, wo Botenstoffe eine Reizung melden. Je mehr Botenstoffe das Gewebe abgibt, desto mehr Zellen treten aus dem Gefäß. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Locken die Botenstoffe anhaltend, treten immer neue Neutrophile ins Gewebe über und sammeln sich dort an; mit ihnen steigt die Menge an Calprotectin vor Ort.

zu wenig — Haften Neutrophile kaum an der Gefäßwand, etwa weil Haftmoleküle fehlen, bleiben sie im Blut und erreichen das Gewebe nicht.

gesicherte Physiologie · Quelle 4
Wanderung ins Gewebe → Freisetzung Bei starker Aktivierung und beim Zerfall der Zelle gelangt Calprotectin nach außen. Auch die Netze aus DNA, die Neutrophile ausschleudern, tragen es mit sich. Erst außen kann es Metalle binden. Quelle 1, 4↑ liefert Erst die Freisetzung macht aus dem Vorrat in der Zelle einen Stoff, der außen wirkt: Calprotectin gelangt in Gewebe, Sekrete und Darminhalt, wenn Neutrophile stark aktiviert werden oder zerfallen. gesicherte Physiologie Quelle 1, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Zerfallen viele Neutrophile oder schleudern viele DNA-Netze aus, gelangt reichlich Calprotectin nach außen und steht dort für Metallbindung und Signale bereit.

zu wenig — Werden Neutrophile kaum aktiviert, bleibt Calprotectin weitgehend in der Zelle, und außen kommt wenig davon an.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 4
Freisetzung → Im Darminhalt Gelangt Calprotectin in den Darm, bleibt es dort längere Zeit erhalten, weil Verdauungsenzyme es nur langsam zerlegen. Deshalb lässt es sich im Stuhl bestimmen. Auch dort bindet es Zink und Mangan. Quelle 1↓ zehrt Auch im Darminhalt bindet Calprotectin Zink und Mangan und entzieht sie den dort lebenden Mikroben. Weil es nur langsam zerlegt wird, hängt die Menge im Stuhl davon ab, wie viele Neutrophile in die Darmwand gelangt sind. in Studien beobachtet Quelle 1, 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Sammelt sich viel Calprotectin im Darminhalt, werden dort mehr Zink und Mangan gebunden; Mikroben mit eigenen starken Aufnahmesystemen für Metalle kommen damit besser zurecht als andere.

zu wenig — Gelangen kaum Neutrophile in die Darmwand, findet sich auch wenig Calprotectin im Darminhalt, und Zink und Mangan bleiben dort für Mikroben verfügbarer.

in Studien beobachtet · Quelle 1, 2
Calprotectin außen → Zink und Mangan fest · Calcium Zwischen den beiden Untereinheiten liegen zwei Bindestellen. Sie greifen Zink und Mangan sehr fest; auch Eisen und Nickel werden dort gebunden. Calcium verstärkt die Bindung. Frei bleibt davon kaum etwas. Quelle 2↓ zehrt Die Metalltaschen halten Zink und Mangan so fest, dass in ihrer Umgebung kaum etwas davon frei bleibt. Calcium, das außerhalb der Zelle reichlich vorliegt, macht diese Bindung zusätzlich fester. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel Calprotectin vor, werden mehr Zink, Mangan und Eisen gebunden, und die freie Menge dieser Metalle in der Umgebung sinkt.

zu wenig — Ist wenig Calcium an Calprotectin gebunden, halten die Taschen die Metalle schwächer; im Zellinneren, wo wenig Calcium frei ist, bindet es daher weniger fest als außen.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Zink und Mangan fest → Metalle knapp Bakterien und Pilze brauchen Zink und Mangan für ihre eigenen Enzyme. Sind die Ionen gebunden, steht ihnen weniger davon zur Verfügung. Dieses Prinzip heißt Nährstoff-Immunität. Ihre metallabhängigen Enzyme arbeiten dann langsamer. Quelle 2↓ zehrt Ist wenig Zink und Mangan frei, arbeiten Enzyme von Bakterien und Pilzen langsamer, die sie für Wachstum und zum Abbau von Sauerstoffradikalen brauchen, etwa ihre Mangan-Superoxiddismutase. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Werden die Metalle stark entzogen, schalten viele Bakterien eigene, besonders starke Aufnahmesysteme an; Arten mit solchen Systemen kommen dann besser zurecht als andere.

zu wenig — Werden die Metalle kaum gebunden, bleiben Zink und Mangan für Mikroben verfügbar, und ihre metallabhängigen Enzyme arbeiten ungebremst.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Calprotectin außen → Signal an Immunzellen Calprotectin lagert sich an die Empfänger TLR4 und RAGE an. Die Zelle liest das als Zeichen für geschädigtes Gewebe und bildet daraufhin weitere Botenstoffe. Diese locken weitere Neutrophile an. Quelle 3, 1↕ beides, je nach Menge Über TLR4 lässt Calprotectin Immunzellen Botenstoffe wie TNF bilden. Kurz ruft das weitere Abwehrzellen herbei; hält das Signal an, nährt es die Entzündung weiter. Teile davon stammen aus dem Tiermodell. in Studien beobachtet Quelle 3, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bleibt viel Calprotectin an TLR4 gebunden, bilden die Zellen weiter Botenstoffe, die neue Neutrophile anlocken; diese bringen weiteres Calprotectin mit, und die Antwort nährt sich selbst.

zu wenig — Kommt wenig Calprotectin an den Empfängern an, bilden Immunzellen weniger Botenstoffe; im Tiermodell ohne Calprotectin fällt die Antwort auf Endotoxin schwächer aus.

in Studien beobachtet · Quelle 1, 3

Weitere Stationen

Neutrophile — eine Art weißer Blutzellen Neutrophile Granulozyten sind die häufigsten weißen Blutzellen. Sie entstehen im Knochenmark und kreisen im Blut. Am Ort einer Entzündung bauen sie Mikroben ab. Quelle 4↑ liefert Neutrophile sind die ersten Abwehrzellen am Ort einer Entzündung: Sie nehmen Mikroben auf und bauen sie mit Enzymen und reaktiven Sauerstoffverbindungen ab. Ihren Vorrat an Calprotectin bringen sie dabei mit. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wandern viele Neutrophile ein und bleiben sie lange, geben sie Enzyme und reaktive Sauerstoffverbindungen auch an das umliegende Gewebe ab, das dabei mit verändert wird.

zu wenig — Sind wenig Neutrophile im Blut, erreichen weniger Abwehrzellen den Ort einer Reizung, und mit ihnen gelangt auch weniger Calprotectin dorthin.

gesicherte Physiologie · Quelle 4
Calprotectin außen — im Gewebe und im Sekret Außerhalb der Zelle tut Calprotectin zweierlei: Es bindet Metall-Ionen, und es lagert sich an Empfänger von Immunzellen an. Hält das Signal lange an, geht die Entzündung weiter. Quelle 1↕ beides, je nach Menge Außen wirkt Calprotectin nach zwei Seiten: Es entzieht Mikroben Metalle, und es meldet Immunzellen geschädigtes Gewebe. In kleiner Menge ist beides Teil der Abwehr; in großer Menge hält es die Entzündung in Gang. in Studien beobachtet Quelle 1, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Calprotectin im Gewebe, halten die Signale über TLR4 und RAGE die Bildung von Botenstoffen in Gang; im Tiermodell fällt die Entzündungsantwort dann stärker aus.

zu wenig — Ist wenig Calprotectin außen, bleiben mehr Zink und Mangan frei, und das Signal an Immunzellen fällt schwächer aus; im Tiermodell ohne das Eiweiß ist die Antwort auf Bakterienbestandteile schwächer.

in Studien beobachtet · Quelle 1, 3

Cofaktoren dieses Weges

Calcium — Hält die beiden Untereinheiten zusammen und macht die Bindung von Zink und Mangan fester, vor allem außerhalb der Zelle Quelle 1, 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Calcium (intrazellulär)
Zink — Wird an den beiden Metalltaschen zwischen den Untereinheiten sehr fest gebunden und so Mikroben entzogen Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Zink
Mangan — Besetzt zusammen mit Zink die zweite Metalltasche des Calprotectins; so fehlt es Mikroben für ihre Enzyme Quelle 2
Eisen — Wird an derselben Metalltasche gebunden wie Mangan und so Mikroben entzogen Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Nickel — Bindet ebenfalls an die Metalltasche zwischen S100A8 und S100A9 und wird so Mikroben entzogen Quelle 2

Quellen

Jukic A, Bakiri L, Wagner EF et al. Calprotectin: from biomarker to biological function. Gut 2021 · PubMed 34145045
Zygiel EM, Nolan EM. Transition Metal Sequestration by the Host-Defense Protein Calprotectin. Annu Rev Biochem 2018 · PubMed 29925260
Vogl T, Tenbrock K, Ludwig S et al. Mrp8 and Mrp14 are endogenous activators of Toll-like receptor 4, promoting lethal, endotoxin-induced shock. Nat Med 2007 · PubMed 17767165
Kolaczkowska E, Kubes P. Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat Rev Immunol 2013 · PubMed 23435331