Lysozym: der Weg im Körper

Lysozym ist Teil des Weges „Abwehrstoffe der Schleimhaut“. Diese Seite zeigt den ganzen Weg; die Station von Lysozym ist hervorgehoben.

Hier steht dieser Laborwert: Lysozym — Enzym der Abwehr. Lysozym ist ein kleines Enzym, das in Tränen, Speichel, Muttermilch und Darmsekret vorkommt. Im Darm stammt es vor allem aus Paneth-Zellen; im Stuhl ist es messbar. Quelle 2, 1

Kurz erklärt

Lysozym und β-Defensin 2 (hBD-2) sind körpereigene Abwehrstoffe, die Zellen der Darmschleimhaut und Abwehrzellen bilden. Lysozym spaltet die Zellwand von Bakterien, hBD-2 macht die Hülle von Bakterien und Hefen durchlässig; beide sammeln sich in der Schleimschicht.

11 Stationen · 11 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.

Paneth-Zellen → Lysozym Lysozym ist ein kleines Enzym, das in Tränen, Speichel, Muttermilch und Darmsekret vorkommt. Im Darm stammt es vor allem aus Paneth-Zellen; im Stuhl ist es messbar. Quelle 2, 1↓ zehrt Lysozym greift die Zellwand von Bakterien an, vor allem die dicke, offen liegende Wand grampositiver Arten. Unabhängig davon kann es als stark positiv geladenes Eiweiß Bakterienhüllen stören. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Lysozym da, werden mehr Bakterienwände gespalten, und es entstehen mehr Bruchstücke, die Abwehrzellen als Signal wahrnehmen.

zu wenig — Ist wenig Lysozym da, bleiben mehr Bakterienwände unversehrt, und grampositive Bakterien überstehen die Schleimschicht leichter.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Fresszellen → Lysozym Lysozym ist ein kleines Enzym, das in Tränen, Speichel, Muttermilch und Darmsekret vorkommt. Im Darm stammt es vor allem aus Paneth-Zellen; im Stuhl ist es messbar. Quelle 2, 1↓ zehrt Lysozym greift die Zellwand von Bakterien an, vor allem die dicke, offen liegende Wand grampositiver Arten. Unabhängig davon kann es als stark positiv geladenes Eiweiß Bakterienhüllen stören. in Studien beobachtet Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel Lysozym da, werden mehr Bakterienwände gespalten, und es entstehen mehr Bruchstücke, die Abwehrzellen als Signal wahrnehmen.

zu wenig — Ist wenig Lysozym da, bleiben mehr Bakterienwände unversehrt, und grampositive Bakterien überstehen die Schleimschicht leichter.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Lysozym → Zellwand gespalten Die Zellwand von Bakterien besteht aus Peptidoglykan, einem Netz aus Zuckerketten. Lysozym spaltet darin die Bindung zwischen N-Acetylmuraminsäure und N-Acetylglucosamin. Quelle 2↓ zehrt Ist das Netz an vielen Stellen zerschnitten, hält die Zellwand dem Innendruck des Bakteriums nicht mehr stand, und die Zelle platzt. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel Peptidoglykan gespalten, lösen sich mehr Bakterien auf, und ihr Inhalt, darunter weitere Bakterienbestandteile, wird frei.

zu wenig — Manche Bakterien verändern ihre Zellwand chemisch, etwa durch zusätzliche Acetylgruppen; dann spaltet Lysozym schlechter, und die Wand bleibt stabil.

in Studien beobachtet · Quelle 2
Zellwand gespalten → Bruchstücke Beim Abbau der Zellwand entstehen kleine Bruchstücke, etwa Muramyldipeptid. Abwehrzellen und Darmzellen erkennen sie über den Sensor NOD2 im Zellinneren. Quelle 2, 7↕ beides, je nach Menge Die Bruchstücke sind ein Signal: Über NOD2 schalten Zellen Abwehrgene an, darunter das für hBD-2. Je nach Lage können Produkte des Lysozyms Entzündungssignale verstärken oder dämpfen. in Studien beobachtet Quelle 2, 7
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Fallen viele Bruchstücke an, wird NOD2 stärker angeregt, und die Zellen bilden mehr Botenstoffe und Abwehrstoffe.

zu wenig — Fallen wenige Bruchstücke an oder arbeitet NOD2 nicht, bleibt dieses Signal schwach; in Zellversuchen wird dann weniger hBD-2 gebildet.

in Studien beobachtet · Quelle 7, 2
Darmzellen → Keime erkannt Bestandteile von Bakterien und Pilzen binden an Sensoren der Darmzelle wie Toll-like-Rezeptoren und NOD2. Auch der Botenstoff IL-1 aus Abwehrzellen meldet eine Reizung. Quelle 4, 7↑ liefert Die Erkennung übersetzt den Kontakt mit Keimen in ein Signal im Zellinneren. Erst dann beginnt die Darmzelle, hBD-2 zu bilden; gezeigt in Zellversuchen. in Studien beobachtet Quelle 4, 7
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Treffen viele Bakterienbestandteile auf die Sensoren, etwa wenn sich Bakterien an der Darmwand vermehren, wird das Signal stärker und hält länger an.

zu wenig — Trifft kaum ein Reiz auf die Sensoren oder ist NOD2 verändert, bleibt das Signal aus; in Zellversuchen bleibt die Bildung von hBD-2 dann gering.

in Studien beobachtet · Quelle 4, 7
Keime erkannt → NF-κB Die Signale der Sensoren laufen in der Zelle zusammen und aktivieren den Schalter NF-κB. Er wandert in den Zellkern und schaltet dort das Gen für hBD-2 an. Quelle 4, 7↑ liefert NF-κB schaltet neben hBD-2 weitere Abwehrgene an, darunter Botenstoffe, die Abwehrzellen herbeirufen. Der Schalter bündelt so verschiedene Signale zu einer gemeinsamen Antwort. in Studien beobachtet Quelle 4, 7
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Bleibt NF-κB lange aktiv, bildet die Zelle anhaltend hBD-2 und Botenstoffe der Abwehr.

zu wenig — Wird NF-κB gehemmt, bleibt in Zellversuchen die Bildung von hBD-2 auf einen Reiz hin weitgehend aus.

in Studien beobachtet · Quelle 4
NF-κB → hBD-2 · Vitamin D hBD-2 ist ein kleines, positiv geladenes Eiweiß mit drei Schwefelbrücken. Die Darmzellen geben es in die Schleimschicht ab; mit dem Darminhalt gelangt es in den Stuhl und ist dort messbar. Quelle 3, 4↓ zehrt hBD-2 wirkt gegen viele gramnegative Bakterien und gegen Hefen wie Candida. In salzreicher Umgebung ist seine Wirkung in Laborversuchen deutlich schwächer. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel hBD-2 gebildet, sammelt es sich in der Schleimschicht und hält Keime auf Abstand; zugleich lockt es mehr Abwehrzellen an.

zu wenig — Wird wenig hBD-2 gebildet, enthält die Schleimschicht weniger dieser Abwehrstoffe, und Bakterien gelangen leichter an die Darmwand.

in Studien beobachtet · Quelle 3, 6
Forschungsfeld — Die Bildung von hBD-2 wird bei entzündlichen Darmerkrankungen des Dickdarms untersucht. Quelle 9, 8
hBD-2 → Hülle durchlässig Mit seiner positiven Ladung lagert sich hBD-2 an die negativ geladene Hülle von Bakterien und Pilzen. Es baut sich in die Membran ein und macht sie durchlässig. Quelle 3↓ zehrt Wird die Membran durchlässig, verliert die Mikrobe Ionen und kann ihre Energieversorgung nicht aufrechterhalten; sie stirbt ab. Gezeigt ist das vor allem in Laborversuchen. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wirkt viel hBD-2, werden mehr Membranen durchlässig; die eigenen Zellen trifft es kaum, weil ihre Hülle anders geladen und aufgebaut ist.

zu wenig — Wirkt wenig hBD-2, bleiben mehr Membranen intakt; manche Bakterien verändern zudem die Ladung ihrer Hülle und weichen der Bindung so aus.

in Studien beobachtet · Quelle 3
hBD-2 → Abwehrzellen gelockt hBD-2 bindet an den Rezeptor CCR6 auf unreifen dendritischen Zellen und Gedächtnis-T-Zellen. Diese Zellen folgen dem Signal in die Schleimhaut. Quelle 5↑ liefert So verbindet hBD-2 die sofortige Abwehr mit der lernenden: Die herbeigelockten dendritischen Zellen nehmen fremde Bestandteile auf und stellen sie T-Zellen vor. in Studien beobachtet Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist viel hBD-2 da, werden mehr Zellen mit CCR6 in die Schleimhaut gezogen, und die Abwehrreaktion dort fällt breiter aus.

zu wenig — Ist wenig hBD-2 da, bleibt dieses Locksignal schwach, und die Zellen mit CCR6 folgen vor allem anderen Botenstoffen.

in Studien beobachtet · Quelle 5

Weitere Stationen

Paneth-Zellen — am Grund der Krypten Paneth-Zellen sitzen am Grund der Krypten des Dünndarms. In ihren Körnchen lagern sie Abwehrstoffe wie Lysozym und α-Defensine und geben sie in den Darminhalt ab. Quelle 1↑ liefert Paneth-Zellen geben ihre Körnchen ab, wenn sie Bakterienbestandteile oder Nervensignale wahrnehmen. So halten sie den Raum um die Stammzellen der Krypten arm an Keimen. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Geben Paneth-Zellen viel ab, sammeln sich Lysozym und Defensine in der Schleimschicht, und weniger Bakterien erreichen die Oberfläche der Darmzellen.

zu wenig — Geben Paneth-Zellen wenig ab, etwa weil ihre Körnchen leer sind, rücken Bakterien näher an die Darmwand; im Tiermodell ändert sich dann die Zusammensetzung der Darmflora.

in Studien beobachtet · Quelle 1, 6
Forschungsfeld — Die Funktion der Paneth-Zellen und ihrer Abwehrstoffe wird bei entzündlichen Darmerkrankungen untersucht. Quelle 9
Fresszellen — Makrophagen, Neutrophile Auch Makrophagen und neutrophile Granulozyten tragen Lysozym in sich. Wandern sie in die Schleimhaut ein, geben sie es dort ab und tragen so zur Menge im Darm bei. Quelle 2↑ liefert In den Fresszellen baut Lysozym die Zellwand aufgenommener Bakterien ab. Werden viele Fresszellen in die Schleimhaut gelockt, bringen sie zusätzliches Lysozym mit. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Sammeln sich viele Fresszellen in der Schleimhaut, steigt die Menge Lysozym dort und im Darminhalt über das hinaus, was Paneth-Zellen allein abgeben.

zu wenig — Kommen wenige Fresszellen in die Schleimhaut, stammt das Lysozym im Darm überwiegend aus den Paneth-Zellen.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
Darmzellen — der Dickdarmschleimhaut Die Zellen der Dickdarmschleimhaut grenzen den Körper vom Darminhalt ab. Neben Schleim bilden sie Defensine: hBD-1 ständig, hBD-2 erst auf ein Signal hin. Quelle 4↑ liefert Die Darmzellen tragen Sensoren für Bakterien, Pilze und Botenstoffe. Kommt ein Signal an, bilden sie zusätzliche Abwehrstoffe und geben sie in die Schleimschicht ab. gesicherte Physiologie Quelle 4, 6
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Sind die Darmzellen anhaltend gereizt, bilden sie dauerhaft mehr hBD-2, und es reichert sich in der Schleimschicht an.

zu wenig — Erreicht die Darmzellen kaum ein Signal, bleibt es bei der ständigen Grundbildung von hBD-1, und hBD-2 findet sich kaum.

gesicherte Physiologie · Quelle 4

Cofaktoren dieses Weges

Vitamin D — Schaltet über seinen Rezeptor die Gene für NOD2 und hBD-2 zusätzlich an; in Zellversuchen gezeigt Quelle 8Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin D
Zink — Wird in den Körnchen der Paneth-Zellen gespeichert und mit ihnen abgegeben; gezeigt bei der Ratte Quelle 10Im ORY-Katalog als Laborwert: Zink
Calcium — Liegt in den Körnchen der Paneth-Zellen; sein Anstieg in der Zelle löst ihre Abgabe aus; gezeigt bei der Maus Quelle 10, 11Im ORY-Katalog als Laborwert: Calcium (intrazellulär)
Cystein — Baustein der Defensine: sechs Cysteine bilden die drei Schwefelbrücken, die das Eiweiß in Form halten Quelle 3

Quellen

Bevins CL, Salzman NH. Paneth cells, antimicrobial peptides and maintenance of intestinal homeostasis. Nat Rev Microbiol 2011 · PubMed 21423246
Ragland SA, Criss AK. From bacterial killing to immune modulation: Recent insights into the functions of lysozyme. PLoS Pathog 2017 · PubMed 28934357
Ganz T. Defensins: antimicrobial peptides of innate immunity. Nat Rev Immunol 2003 · PubMed 12949495
O'Neil DA, Porter EM, Elewaut D et al. Expression and regulation of the human beta-defensins hBD-1 and hBD-2 in intestinal epithelium. J Immunol 1999 · PubMed 10586069
Yang D, Chertov O, Bykovskaia SN et al. Beta-defensins: linking innate and adaptive immunity through dendritic and T cell CCR6. Science 1999 · PubMed 10521347
Johansson ME, Hansson GC. Immunological aspects of intestinal mucus and mucins. Nat Rev Immunol 2016 · PubMed 27498766
Voss E, Wehkamp J, Wehkamp K et al. NOD2/CARD15 mediates induction of the antimicrobial peptide human beta-defensin-2. J Biol Chem 2006 · PubMed 16319062
Wang TT, Dabbas B, Laperriere D et al. Direct and indirect induction by 1,25-dihydroxyvitamin D3 of the NOD2/CARD15-defensin beta2 innate immune pathway defective in Crohn disease. J Biol Chem 2010 · PubMed 19948723
Ramasundara M, Leach ST, Lemberg DA et al. Defensins and inflammation: the role of defensins in inflammatory bowel disease. J Gastroenterol Hepatol 2009 · PubMed 19215333
Dinsdale D. Ultrastructural localization of zinc and calcium within the granules of rat Paneth cells. J Histochem Cytochem 1984 · PubMed 6693753
Ayabe T, Wulff H, Darmoul D et al. Modulation of mouse Paneth cell alpha-defensin secretion by mIKCa1, a Ca2+-activated, intermediate conductance potassium channel. J Biol Chem 2002 · PubMed 11724775

Ganzer Weg: Abwehrstoffe der Schleimhaut