Granulozyten in der Darmwand: der Weg im Körper

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Lactoferrin, PMN-Elastase, α-1-Antitrypsin, EPX: 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

Granulozyten sind weiße Blutzellen, die in ihren Körnchen fertige Abwehrstoffe lagern: Neutrophile etwa Lactoferrin und Elastase, Eosinophile das EPX. Wandern sie in die Darmwand ein, geben sie diese Stoffe ab; α-1-Antitrypsin aus dem Blut bremst dort die Elastase.

12 Stationen · 10 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 → Weg in die Darmwand Botenstoffe aus gereiztem Gewebe lassen Neutrophile an der Gefäßwand haften. Die Zellen zwängen sich zwischen den Gefäßzellen hindurch und wandern in die Darmschleimhaut. Quelle 6↑ liefert Die Wanderung bringt die Abwehrstoffe dorthin, wo Botenstoffe eine Reizung melden. Je stärker das Signal aus dem Gewebe, desto mehr Zellen treten aus dem Gefäß aus. gesicherte Physiologie Quelle 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Hält das Signal an, treten immer neue Neutrophile über und sammeln sich in der Schleimhaut; ein Teil gelangt bis in den Darminhalt.

zu wenig — Haften Neutrophile kaum an der Gefäßwand, bleiben sie im Blut, und in der Darmwand kommen nur wenige ihrer Abwehrstoffe an.

gesicherte Physiologie · Quelle 6
Weg in die Darmwand → Körnchen entleert · Calcium Am Ort der Reizung verschmelzen die Körnchen mit der Zellhülle und geben ihren Inhalt nach außen ab. Lactoferrin stammt aus den spezifischen, die Elastase aus den azurophilen Körnchen. Quelle 1↑ liefert Die Entleerung setzt die gespeicherten Abwehrstoffe frei. Die Körnchen öffnen sich in fester Reihenfolge; die azurophilen mit der Elastase zuletzt, und ein Teil der Elastase wirkt in der Zelle selbst. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Werden viele Körnchen auf einmal entleert, gelangen größere Mengen Elastase und Lactoferrin in das umliegende Gewebe und in den Darminhalt.

zu wenig — Bleiben die Körnchen geschlossen, wirken ihre Stoffe nur innerhalb der Zelle, und außen sowie im Stuhl findet sich wenig davon.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Körnchen entleert → Lactoferrin Lactoferrin ist ein Eiweiß aus der Transferrin-Familie. Es kommt in Muttermilch und Schleimhautsekreten vor und liegt in den Körnchen der Neutrophilen. Im Stuhl bleibt es lange erhalten und ist dort messbar. Quelle 2, 9↓ zehrt Lactoferrin bindet Eisen sehr fest und entzieht es Bakterien, die es zum Wachstum brauchen. Zusätzlich kann es die Hülle mancher Bakterien angreifen; dieser Teil stammt vor allem aus Laborversuchen. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Gelangen viele Neutrophile in die Darmwand, steigt die Menge Lactoferrin im Darminhalt, und mehr freies Eisen wird dort gebunden.

zu wenig — Wandern kaum Neutrophile ein, stammt Lactoferrin im Darm vor allem aus Sekreten oder, bei gestillten Säuglingen, aus der Muttermilch.

gesicherte Physiologie · Quelle 2, 9
Forschungsfeld — Lactoferrin im Stuhl wird als Marker bei entzündlichen Darmerkrankungen untersucht. Quelle 9
Körnchen entleert → PMN-Elastase Die PMN-Elastase ist ein eiweißspaltendes Enzym (eine Serinprotease) aus den azurophilen Körnchen der Neutrophilen. Sie ist nicht dieselbe wie die Elastase der Bauchspeicheldrüse. Quelle 3↕ beides, je nach Menge In der Zelle zerlegt die Elastase Eiweiße aufgenommener Bakterien. Außerhalb spaltet sie auch Elastin und andere Bausteine des Bindegewebes; wie weit, hängt davon ab, wie viel Hemmstoff bereitsteht. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Überwiegt freie Elastase ihre Hemmstoffe, zerlegt sie auch Eiweiße des umliegenden Bindegewebes, und Bruchstücke davon locken weitere Abwehrzellen an.

zu wenig — Wird wenig Elastase freigesetzt, bauen Neutrophile Eiweiße aufgenommener Bakterien langsamer ab; im Tiermodell ohne das Enzym ist die Abwehr bestimmter Bakterien schwächer.

in Studien beobachtet · Quelle 3
Forschungsfeld — Die PMN-Elastase im Stuhl wird als Marker bei entzündlichen Darmerkrankungen untersucht. Quelle 9
Lactoferrin → Eisen festgehalten · Carbonat Jedes Lactoferrin hält zwei Eisen-Ionen, jedes zusammen mit einem Carbonat-Ion. Die Bindung hält auch in saurer Umgebung, in der Transferrin sein Eisen schon abgibt. Quelle 2↓ zehrt Fest gebundenes Eisen steht Mikroben nicht mehr zur Verfügung. Bakterien, die viel Eisen brauchen, wachsen dann langsamer; Arten mit eigenen Eisenfängern kommen besser zurecht. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Lactoferrin ohne Eisen vorhanden, bindet es freies Eisen rasch, und für Mikroben in der Umgebung bleibt wenig übrig.

zu wenig — Ist wenig Lactoferrin da oder ist es schon mit Eisen gesättigt, bleibt mehr Eisen frei und für Mikroben verfügbar.

in Studien beobachtet · Quelle 2
PMN-Elastase → Eiweiße zerlegt Die Elastase schneidet Eiweißketten an bestimmten Stellen. Ihre Bruchstücke werden weiter abgebaut; die Elastase selbst gelangt mit dem Darminhalt in den Stuhl, wo sie gemessen wird. Quelle 3, 9↓ zehrt Das Zerlegen räumt Bakterienreste und geschädigte Gewebeteile ab. Bruchstücke von Elastin und veränderte Botenstoffe wirken dabei ihrerseits als Signal für weitere Abwehrzellen. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Zerlegt die Elastase lange und viel, entstehen mehr Bruchstücke, die weitere Abwehrzellen anlocken; die Reaktion hält sich so länger.

zu wenig — Wird wenig zerlegt, bleiben Bakterienreste und abgestorbene Zellteile länger liegen und werden auf anderen Wegen beseitigt.

in Studien beobachtet · Quelle 3
α-1-Antitrypsin → α1-AT im Stuhl Tritt Bluteiweiß durch die Darmschleimhaut aus, gelangt α-1-Antitrypsin mit. Verdauungsenzyme zerlegen es kaum, daher erscheint es im Stuhl weitgehend unverändert. Quelle 7↓ zehrt Im Stuhl zeigt α-1-Antitrypsin, wie viel Eiweiß aus dem Blut über die Darmwand verloren geht. Weil es den Verdauungsenzymen standhält, steht es stellvertretend für andere Bluteiweiße. gesicherte Physiologie Quelle 7
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist die Schleimhaut durchlässiger oder gereizt, treten mehr Bluteiweiße aus, und mehr α-1-Antitrypsin gelangt in den Stuhl; auch Blut im Darminhalt hebt die Menge.

zu wenig — Ist die Schleimhaut dicht, tritt kaum Bluteiweiß über, und im Stuhl findet sich wenig α-1-Antitrypsin. Über die Bildung in der Leber sagt der Stuhlwert nichts.

gesicherte Physiologie · Quelle 7
Eosinophile → EPX EPX, auch EDN (eosinophil-derived neurotoxin), ist ein Eiweiß aus den Körnchen der Eosinophilen. Aktivierte Zellen geben es ab; mit dem Darminhalt gelangt es in den Stuhl und ist dort messbar. Quelle 5, 10↕ beides, je nach Menge EPX baut RNA ab und wirkt so gegen manche Viren; zudem lockt es dendritische Zellen an. In größerer Menge greift es auch umliegende Zellen an. Vieles davon stammt aus Laborversuchen. in Studien beobachtet Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Werden viele Eosinophile aktiviert, sammelt sich EPX im Gewebe und im Darminhalt; in Laborversuchen schädigt es dann auch Zellen der Umgebung.

zu wenig — Wird wenig EPX freigesetzt, bleibt sein Abbau von Virus-RNA gering, und im Stuhl findet sich kaum etwas davon.

in Studien beobachtet · Quelle 5, 10
Forschungsfeld — Eiweiße der Eosinophilen im Stuhl werden bei entzündlichen Darmerkrankungen untersucht. Quelle 10
EPX → RNA abgebaut EPX gehört zur Familie der Ribonukleasen (RNase 2). Es zerschneidet RNA, also das Erbgut mancher Viren und die Abschriften, nach denen Zellen ihre Eiweiße bauen. Quelle 5↓ zehrt Durch den Abbau von RNA können Viren mit RNA-Erbgut, etwa das RS-Virus, ihre Fähigkeit verlieren, Zellen zu befallen; gezeigt wurde das in Laborversuchen. in Studien beobachtet Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel EPX aktiv, wird auch RNA in Zellen der Umgebung abgebaut; in Laborversuchen wirkt es so auf Nervenzellen giftig, daher der Name Neurotoxin.

zu wenig — Ist wenig EPX vorhanden, bleibt RNA in der Umgebung weitgehend unberührt, und der Beitrag der Eosinophilen zur Virusabwehr fällt geringer aus.

in Studien beobachtet · Quelle 5

Weitere Stationen

Neutrophile — häufigste weiße Blutzellen Neutrophile Granulozyten sind die häufigsten weißen Blutzellen. In ihren Körnchen (Granula) lagern sie fertige Abwehrstoffe, darunter Lactoferrin und die PMN-Elastase. Quelle 1↑ liefert Neutrophile bringen einen fertigen Vorrat an Abwehrstoffen mit. Die Körnchen werden schon bei der Reifung im Knochenmark gefüllt, sodass die Zelle am Einsatzort nichts mehr neu bilden muss. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kreisen viele Neutrophile im Blut, stehen bei einer Reizung mehr Zellen bereit, die ins Gewebe übertreten und ihre Körnchen dort entleeren können.

zu wenig — Sind wenig Neutrophile im Blut, erreichen weniger Zellen die Darmwand, und mit ihnen gelangen weniger Lactoferrin und Elastase dorthin.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 6
α-1-Antitrypsin — Hemmstoff aus der Leber α-1-Antitrypsin ist ein Eiweiß, das vor allem die Leber bildet und ins Blut abgibt. Im Gewebe ist es der wichtigste Hemmstoff der Neutrophilen-Elastase. Quelle 4↓ zehrt α-1-Antitrypsin bindet die Elastase und legt sie dauerhaft still. So begrenzt es, wie weit die Elastase über den Ort der Abwehr hinaus Gewebe zerlegt. gesicherte Physiologie Quelle 4, 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bildet die Leber mehr α-1-Antitrypsin, etwa im Rahmen der Akute-Phase-Antwort, wird mehr freie Elastase abgefangen.

zu wenig — Ist wenig α-1-Antitrypsin im Gewebe oder ist seine Bindestelle durch Sauerstoffradikale oxidiert, bleibt mehr Elastase aktiv und zerlegt länger Bindegewebe.

gesicherte Physiologie · Quelle 4
Eosinophile — weiße Blutzellen Eosinophile Granulozyten sind weiße Blutzellen, die auch in gesunder Darmschleimhaut wohnen. In ihren Körnchen lagern sie basische Eiweiße, darunter EPX. Quelle 8, 5↑ liefert Eosinophile sind an der Abwehr von Würmern und an Reaktionen auf Umweltstoffe beteiligt. Im Darm halten sie sich dauerhaft auf und geben bei Aktivierung ihre Körnchen-Eiweiße ab. gesicherte Physiologie Quelle 8
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Locken Botenstoffe wie Eotaxin und IL-5 viele Eosinophile in die Darmwand, sammeln sie sich dort an und geben mehr Körnchen-Eiweiße ab.

zu wenig — Sind wenig Eosinophile in der Darmwand, wird bei Aktivierung entsprechend wenig EPX frei, und im Stuhl findet sich kaum etwas davon.

gesicherte Physiologie · Quelle 8

Cofaktoren dieses Weges

Eisen — Wird von Lactoferrin an zwei Bindestellen sehr fest gehalten und so Bakterien entzogen Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Eisen
Carbonat — Bindet an jeder Eisenstelle des Lactoferrins mit und macht die Eisenbindung erst fest Quelle 2
Calcium — Steigt in der Zelle an und löst die Entleerung der Körnchen in fester Reihenfolge aus Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Calcium (intrazellulär)
Methionin — Liegt im reaktiven Zentrum des α-1-Antitrypsins, mit dem es die Elastase einfängt; Oxidation macht es unwirksam Quelle 4Im ORY-Katalog als Laborwert: Methionin

Quellen

Borregaard N, Sørensen OE, Theilgaard-Mönch K. Neutrophil granules: a library of innate immunity proteins. Trends Immunol 2007 · PubMed 17627888
González-Chávez SA, Arévalo-Gallegos S, Rascón-Cruz Q. Lactoferrin: structure, function and applications. Int J Antimicrob Agents 2009 · PubMed 18842395
Korkmaz B, Horwitz MS, Jenne DE et al. Neutrophil elastase, proteinase 3, and cathepsin G as therapeutic targets in human diseases. Pharmacol Rev 2010 · PubMed 21079042
Janciauskiene SM, Bals R, Koczulla R et al. The discovery of α1-antitrypsin and its role in health and disease. Respir Med 2011 · PubMed 21367592
Acharya KR, Ackerman SJ. Eosinophil granule proteins: form and function. J Biol Chem 2014 · PubMed 24802755
Kolaczkowska E, Kubes P. Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat Rev Immunol 2013 · PubMed 23435331
Umar SB, DiBaise JK. Protein-losing enteropathy: case illustrations and clinical review. Am J Gastroenterol 2010 · PubMed 19789526
Rothenberg ME, Mishra A, Brandt EB et al. Gastrointestinal eosinophils. Immunol Rev 2001 · PubMed 11292017
Siddiqui I, Majid H, Abid S. Update on clinical and research application of fecal biomarkers for gastrointestinal diseases. World J Gastrointest Pharmacol Ther 2017 · PubMed 28217373
Peterson CG, Sangfelt P, Wagner M et al. Fecal levels of leukocyte markers reflect disease activity in patients with ulcerative colitis. Scand J Clin Lab Invest 2007 · PubMed 18034391