Lipopolysaccharide (LPS / Endotoxine): der Weg im Körper · Biomarker & Stuhlanalyse

Lipopolysaccharide (LPS / Endotoxine) ist Teil des Weges „Lipopolysaccharide“. Diese Seite zeigt den ganzen Weg; die Station von Lipopolysaccharide (LPS / Endotoxine) ist hervorgehoben.

Hier steht dieser Laborwert: LPS im Blut — an Fetttröpfchen gebunden. Sterben Bakterien ab, werden LPS-Bruchstücke frei. Ein Teil gelangt zusammen mit Nahrungsfett in Chylomikronen aus dem Darm in Lymphe und Blut. Über die Lymphe umgeht dieser Teil zunächst die Leber. Quelle 2

Kurz erklärt

Lipopolysaccharide (LPS, Endotoxine) sind Bausteine der äußeren Hülle gramnegativer Bakterien. Gelangen sie ins Blut, erkennen Abwehrzellen sie über den Rezeptor TLR4, und die Leber fängt sie ab und baut sie um. Abgespaltene Fettketten nehmen ihm dabei seine Wirkung.

10 Stationen · 7 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.

Gramnegative Bakterien → Lipopolysaccharid LPS, auch Endotoxin genannt, ist der Hauptbaustein dieser äußeren Hülle. Es besteht aus dem fettigen Lipid A, einem Zuckerkern und einer langen Zuckerkette. Das Lipid A ist der Teil, den die Abwehr erkennt. Quelle 1↕ beides, je nach Menge Für das Bakterium ist LPS eine dichte Sperrschicht, die Gallensäuren und andere Stoffe zurückhält; Magnesium verbindet die Moleküle. Für den Körper ist das Lipid A das Erkennungszeichen, an dem die Abwehr anspringt. gesicherte Physiologie Quelle 7, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Gibt ein Bakterium viel LPS ab, liegt mehr Lipid A vor, das an TLR4 andocken kann; wie stark es wirkt, hängt von der Zahl seiner Fettketten ab.

zu wenig — Bildet ein Bakterium Lipid A mit weniger Fettketten, löst es über TLR4 nur ein schwaches Signal aus; manche Bakterienarten tragen solche Formen von Natur aus.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 4
Lipopolysaccharid → LPS im Blut · Chylomikronen Sterben Bakterien ab, werden LPS-Bruchstücke frei. Ein Teil gelangt zusammen mit Nahrungsfett in Chylomikronen aus dem Darm in Lymphe und Blut. Über die Lymphe umgeht dieser Teil zunächst die Leber. Quelle 2↑ liefert Chylomikronen nehmen LPS beim Fetttransport aus dem Darm mit. In Zellkultur und im Tiermodell steigt die aufgenommene LPS-Menge mit dem Fett, das gleichzeitig aufgenommen wird. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Gelangt viel LPS in Lymphe und Blut, bleibt es zunächst an Lipoproteine gebunden; erst was davon frei wird, erreicht die Abwehrzellen.

zu wenig — Wird wenig Fett aufgenommen, bilden sich im Tiermodell weniger Chylomikronen, und weniger LPS gelangt auf diesem Weg ins Blut.

in Studien beobachtet · Quelle 2, 5
LPS im Blut → LPS + LBP · LBP Im Blut nimmt das Lipopolysaccharid-bindende Protein LBP einzelne LPS-Moleküle auf und reicht sie an das Oberflächenprotein CD14 weiter. In großen Mengen lenkt LBP das LPS dagegen zu Lipoproteinen. Quelle 3↕ beides, je nach Menge In kleinen Mengen verstärkt LBP das Signal, weil es LPS an CD14 und so an TLR4 weiterreicht. In großen Mengen lenkt es LPS dagegen zu Lipoproteinen, wo es gebunden bleibt; das zeigen Zell- und Tierversuche. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Steigt LBP stark an, wie es die Leber in der Akute-Phase-Reaktion bildet, fängt es mehr LPS ab und reicht es an Lipoproteine weiter; das Signal an die Abwehrzellen fällt dann schwächer aus.

zu wenig — Ist wenig LBP da, gelangt LPS im Tiermodell langsamer an CD14; kleine Mengen LPS lösen dann kaum ein Signal aus.

in Studien beobachtet · Quelle 3
TLR4-MD-2 → NF-κB MyD88-Signalkette Über die Signalkette MyD88 wird im Inneren der Zelle der Schalter NF-κB frei. Er wandert in den Zellkern und lässt dort bestimmte Gene ablesen. So springen viele Abwehrgene gleichzeitig an. Quelle 4↑ liefert NF-κB schaltet in kurzer Zeit eine ganze Gruppe von Abwehrgenen an. Ein zweiter Weg über das Protein TRIF startet später und lässt Interferone bilden. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel NF-κB frei, lesen die Zellen mehr Abwehrgene ab, und mehr Botenstoffe gelangen ins Blut.

zu wenig — Wird wenig NF-κB frei, etwa weil kaum Rezeptorpaare entstehen, bleiben die Abwehrgene weitgehend still.

gesicherte Physiologie · Quelle 4
NF-κB → Zytokine Zu diesen Genen gehören Botenstoffe wie TNF-α und Interleukin-6. Sie rufen weitere Abwehrzellen herbei und stellen den Stoffwechsel um. Die Leber bildet daraufhin unter anderem mehr LBP. Quelle 4↕ beides, je nach Menge TNF-α und Interleukin-6 holen weitere Abwehrzellen herbei und lassen die Leber Akute-Phase-Eiweiße bilden, darunter LBP. Dieselben Botenstoffe stellen in größerer Menge den Stoffwechsel im ganzen Körper um. gesicherte Physiologie Quelle 4, 3, 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Werden viele Botenstoffe frei, wirken sie nicht mehr nur am Ort, sondern im ganzen Körper und stellen Wärmeregulation, Stoffwechsel und Gefäße um.

zu wenig — Werden wenige Botenstoffe frei, bleibt die Antwort örtlich begrenzt; ob kleine Mengen LPS im Blut überhaupt eine Umstellung auslösen, wird in der Literatur unterschiedlich gesehen.

umstritten · Quelle 5
LPS in der Leber → Entschärftes LPS AOAH Das Enzym AOAH schneidet zwei der sechs Fettketten aus dem Lipid A heraus. Ohne sie passt das Molekül nicht mehr in die Tasche von MD-2. Die Abwehrzellen reagieren dann nicht mehr darauf. Quelle 5↓ zehrt AOAH nimmt dem LPS seine Wirkung, ohne es ganz abzubauen: Mit vier statt sechs Fettketten löst Lipid A am Rezeptor kein Signal mehr aus. Im Tiermodell klingt die Antwort ohne AOAH deutlich langsamer ab. in Studien beobachtet Quelle 5, 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Arbeitet AOAH viel, wird LPS rasch entschärft, und die Abwehrzellen bekommen von diesem Molekül kein weiteres Signal.

zu wenig — Ist wenig AOAH aktiv, bleibt LPS im Tiermodell lange im Gewebe wirksam, und die Antwort darauf klingt nur langsam ab.

in Studien beobachtet · Quelle 5
Entschärftes LPS → Ausscheidung Die Leber gibt die Reste mit der Galle in den Darm ab. Ein weiterer Teil bleibt an Lipoproteine gebunden im Blut und wird dort unschädlich gehalten. Auf beiden Wegen wird LPS den Abwehrzellen entzogen. Quelle 5↓ zehrt Über die Galle verlässt LPS den Körper, an Lipoproteinen bleibt es gebunden, ohne an TLR4 zu gelangen. Auf beiden Wegen wird es den Abwehrzellen entzogen. gesicherte Physiologie Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel LPS an Lipoproteine gebunden, bleibt es länger im Blut, aber ohne Zugang zu TLR4; die Leber nimmt es mit den Lipoproteinen nach und nach auf.

zu wenig — Sind wenige Lipoproteine im Blut, steht weniger Bindungsplatz bereit, und freies LPS erreicht leichter die Abwehrzellen.

in Studien beobachtet · Quelle 5

Weitere Stationen

Gramnegative Bakterien — im Darm Ein Teil der Darmbakterien hat eine zweite, äußere Hülle. Diese Gruppe heißt gramnegativ, weil sie sich mit der Gram-Färbung nicht blau anfärben lässt. Sie geben LPS beim Wachsen und Absterben ab. Quelle 1↑ liefert Gramnegative Bakterien sind die Quelle des LPS: Sie bauen es laufend in ihre Außenhülle ein und geben beim Wachsen und Absterben Teile davon ab. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wachsen viele gramnegative Bakterien im Darm, liegt mehr LPS im Darminhalt vor, das in die Darmwand gelangen kann.

zu wenig — Sind wenige gramnegative Bakterien da, liegt im Darm weniger LPS vor; die übrigen Darmbakterien tragen keine solche Außenhülle.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 5
TLR4-MD-2 — Rezeptor auf Abwehrzellen Der Rezeptor TLR4 trägt das Hilfsprotein MD-2. In dessen Tasche passen die Fettketten des Lipid A; dadurch lagern sich zwei Rezeptoren zu einem Paar zusammen. Erst dieses Paar stößt innen die Signalkette an. Quelle 4↑ liefert Das Rezeptorpaar ist der Auslöser: Erst wenn sich zwei TLR4-MD-2 um ein Lipid A zusammenlagern, wird innen die Signalkette angestoßen. Schon wenige LPS-Moleküle reichen dafür aus. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Binden viele LPS-Moleküle, bilden sich viele Rezeptorpaare, und die Zelle sendet ein starkes Signal; danach holt sie TLR4 für eine Weile von der Oberfläche ins Zellinnere.

zu wenig — Binden wenige LPS-Moleküle oder passt das Lipid A schlecht in MD-2, bilden sich kaum Rezeptorpaare, und das Signal bleibt schwach.

gesicherte Physiologie · Quelle 4
LPS in der Leber — Kupffer-Zellen Das Blut aus dem Darm fließt zuerst durch die Leber. Dort fangen die Kupffer-Zellen einen großen Teil des LPS ab. So erreicht weniger davon den übrigen Körper. Quelle 5↓ zehrt Die Leber wirkt als Filter zwischen Darm und Körperkreislauf: Kupffer-Zellen und Leberzellen nehmen LPS auf und entziehen es dem Blut, bevor es den übrigen Körper erreicht. gesicherte Physiologie Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt mehr LPS an, als die Leber aufnehmen kann, gelangt ein Teil in den Körperkreislauf und erreicht dort Abwehrzellen mit TLR4.

zu wenig — Kommt wenig LPS an, nehmen die Kupffer-Zellen es weitgehend auf; im Körperkreislauf ist dann kaum freies LPS zu finden.

gesicherte Physiologie · Quelle 5

Cofaktoren dieses Weges

Zink — Metallzentrum des bakteriellen Enzyms LpxC, das einen frühen Schritt der Lipid-A-Bildung ausführt; ohne Zink stockt sie Quelle 6, 1
Magnesium — Zweiwertige Ionen wie Magnesium verbinden benachbarte LPS-Moleküle in der Außenhülle und machen sie dicht Quelle 7Im ORY-Katalog als Laborwert: Magnesium
Pantothensäure — Baustein des Acyl-Trägerproteins, das der Lipid-A-Bildung die Fettketten liefert; ohne ACP keine Fettketten am Lipid A Quelle 1
Triglyzeride (Nahrungsfett) — Bilden Chylomikronen, mit denen LPS aus dem Darm in Lymphe und Blut gelangt; so umgeht LPS zum Teil die Leber Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Triglyzeride
Lipoproteine (HDL) — Binden LPS im Blut und halten es gebunden, fern von TLR4 Quelle 5Im ORY-Katalog als Laborwert: HDL-Cholesterin

Quellen

Raetz CR, Whitfield C. Lipopolysaccharide endotoxins. Annu Rev Biochem 2002 · PubMed 12045108
Ghoshal S, Witta J, Zhong J et al. Chylomicrons promote intestinal absorption of lipopolysaccharides. J Lipid Res 2009 · PubMed 18815435
Schumann RR, Latz E. Lipopolysaccharide-binding protein. Chem Immunol 2000 · PubMed 10608081
Park BS, Lee JO. Recognition of lipopolysaccharide pattern by TLR4 complexes. Exp Mol Med 2013 · PubMed 24310172
Munford RS. Endotoxemia — menace, marker, or mistake? J Leukoc Biol 2016 · PubMed 27418356
Di Leo R, Cuffaro D, Rossello A, Nuti E. Bacterial Zinc Metalloenzyme Inhibitors: Recent Advances and Future Perspectives. Molecules 2023 · PubMed 37298854
Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol Mol Biol Rev 2003 · PubMed 14665678

Ganzer Weg: Lipopolysaccharide