Warum sind unsere Immunsysteme so unterschiedlich?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Juan

Hersteller: China Science Expo

Wir alle wissen, dass die gleiche Virusinfektion bei verschiedenen Menschen unterschiedlich stark anschlägt. Manche Menschen produzieren Antikörper, mit denen sie das Virus problemlos eliminieren können, während andere durch die heftige Immunreaktion schwer beeinträchtigt werden und sogar zu Patienten werden, die eine Intensivbehandlung benötigen. Dieser Unterschied hängt eng mit dem Zustand des Immunsystems des Einzelnen zusammen , beispielsweise mit Unterschieden in der Aktivität und Proliferationsfähigkeit verschiedener Immunzellen.

Tatsächlich weisen die Immunsysteme der Menschen große Unterschiede bei der Bekämpfung von Krankheitserregern oder der Erkennung von Krebszellen auf. Wir sprechen hier oft von einem Unterschied in der „Resistenz“. Welche Faktoren führen also zu Unterschieden im Immunsystem einzelner Personen oder Gruppen?

Umwelt und Genetik führen gemeinsam zu Unterschieden im Immunsystem

Einfach ausgedrückt: Umwelt- und genetische Faktoren prägen gemeinsam die Vielfalt des menschlichen Immunsystems.

Abbildung 1 Vielfalt des menschlichen Immunstatus

(Bildquelle: Chinesische Übersetzung aus Referenz [1])

Der erste ist der Einfluss von Umweltfaktoren auf die Vielfalt unseres Immunsystems.

Unsere täglichen Lebensgewohnheiten oder die Umgebung, in der wir leben, wie etwa Ernährung, Rauchen, lokales Klima, Luftqualität, Vorgeschichte bakterieller und viraler Infektionen, Impfhistorie und der Status der symbiotischen Flora im Körper, stellen allesamt Umweltbelastungen dar.

Ein weiterer wichtiger Antriebsfaktor sind genetische Faktoren .

Genetische Faktoren beziehen sich auf die Tatsache, dass Gene, die mit der Immunität in Zusammenhang stehen, im Laufe des langen Prozesses der menschlichen Evolution mutieren . Durch die Ansammlung von Generation zu Generation haben sich bei unterschiedlichen Rassen oder Individuen unterschiedliche Immunsysteme gebildet.

Umweltbelastung und Immundiversität

Es gibt viele Möglichkeiten der Umweltbelastung. Als nächstes werden wir ihren Einfluss auf die Immunvielfalt unter den Aspekten Ernährung, Umweltverschmutzung, Flora und Vorgeschichte viraler Infektionen diskutieren.

Ernährung: Eine ausreichende Ernährung ist für eine gesunde Immunfunktion unerlässlich. Besonders bei Kindern können schwere Nährstoffmängel zu einer Immunschwäche führen. Einige Studien deuten darauf hin, dass die Ernährung durch Veränderungen der Mikrobiota, des Körpergewichts und anderer Faktoren indirekt die Immunantwort beeinflussen kann . Beispielsweise beeinträchtigt eine salz- oder fettreiche Ernährung die normale Immunfunktion in gewissem Maße.

Umweltverschmutzung: Auch Lebensmittelverunreinigungen und die Verschmutzung durch Industriechemikalien im Alltag können das Immunsystem beeinträchtigen. Klinische Daten bestätigen, dass Luftverschmutzung und Unfälle mit chemischen Industriechemikalien mit entzündlichen Erkrankungen in Zusammenhang stehen. Ein weiterer starker Beweis ist das Rauchen. Rauchen verursacht Entzündungen und führt zu Veränderungen des Autoimmunzustands. Raucher haben insgesamt niedrigere Immunglobulinwerte im Serum und eine verringerte funktionelle Aktivität der natürlichen Killerzellen (eine der Immunzellen).

Mikrobiota: Ob es sich um die mikrobielle Flora in der Umwelt oder die Darmflora im Körper handelt, wir können sie mit bloßem Auge nicht sehen, aber sie spielt eine wichtige Rolle bei der Gestaltung des menschlichen Immunsystems. Beispielsweise hat das Leben auf einem Bauernhof in jungen Jahren einen schützenden Effekt auf die Entstehung von Asthma. Auch der Zusammenhang zwischen Darmflora und Krankheiten hat viel Aufmerksamkeit erregt. Die Regulierung des Immunsystems durch die Darmflora ist in letzter Zeit eines der wichtigsten Forschungsthemen. Einige Wissenschaftler sind jedoch der Ansicht, dass die mikrobielle Vielfalt größtenteils auf einer „Bystander-Korrelation“ beruht, die gleichzeitig mit der Reaktion des Immunsystems auf pathogene Faktoren auftritt. Anders ausgedrückt: Veränderungen der Darmflora können das Ergebnis eines Zusammenspiels mehrerer Einflussfaktoren sein und stellen das Bindeglied zwischen direkten pathogenen Faktoren und Veränderungen des Immunsystems dar.

Geschichte der Virusinfektionen: Der Mensch hat sich über Tausende von Jahren gemeinsam mit Viren entwickelt. Im Laufe dieser Zeit haben sich einige Viren in unser Genom integriert und andere haben lebenslange chronische Infektionen verursacht. Kannst du es glauben? Umfangreiche serologische Analysen haben gezeigt, dass ein Mensch zu jedem Zeitpunkt Antikörper gegen etwa 10 verschiedene Viren in sich trägt. Der Mensch wird ständig erneut mit Viren geringer Virulenz infiziert, die Immunreaktionen auslösen und auch adaptive Veränderungen in den Anteilen und Funktionen der Immunzellen verursachen können. Daher sind Viren sowohl auf genetischer als auch auf erworbener adaptiver Ebene an der Gestaltung der Vielfalt der Herdenimmunität beteiligt.

Genetische und immunologische Vielfalt

Genetische Variation ist eine wichtige treibende Kraft bei der Gestaltung der Immundiversität. Heute ermöglicht uns eine Kombination moderner Technologien, die genetischen Grundlagen der menschlichen Immunvielfalt besser zu verstehen.

Im Laufe des langen Evolutions- und Migrationsprozesses hat die Vermischung der Vorfahren früher Eurasier und heute ausgestorbener archaischer Menschen (wie Neandertaler oder Denisova-Menschen) oder zwischen modernen Menschengruppen günstige genetische Merkmale hervorgebracht, die dem Druck durch Krankheitserreger standhalten können.

Für die folgende Studie (Abbildung 2) wurden 175 normale, gesunde Menschen afrikanischer oder europäischer Abstammung ausgewählt. Die Studie ergab, dass etwa 9,3 % der von Makrophagen exprimierten Gene linienbedingte Unterschiede in der Genregulationsreaktion zur Abwehr bakterieller Infektionen aufwiesen. Unter ihnen zeigten diejenigen afrikanischer Abstammung stärkere Entzündungsreaktionen und eine geringere intrazelluläre Bakterienvermehrung. Forscher gehen davon aus , dass ein großer Teil der durch natürliche Selektion verursachten Unterschiede in der Immunität von Populationen durch genetische Gene gesteuert werden.

Abbildung 2 Rolle der afrikanischen und europäischen genetischen Abstammung bei primären Makrophagenreaktionen auf lebende bakterielle Infektionen

(Bildquelle: Chinesische Übersetzung aus Referenz [4])

Genetische Untersuchungen von Übergängen in wichtigen menschlichen Lebensstilen (z. B. vom Jagen und Sammeln zum Ackerbau) und früheren Epidemien können ebenfalls wichtige Informationen über Veränderungen der menschlichen Immunfunktion oder Immundiversität liefern.

Klassische Beispiele sind genetische Varianten, die das Malariarisiko verringern und in Malaria-Endemiegebieten aufgetreten sind, sowie Allele, die Schutz vor der Afrikanischen Trypanosomiasis bieten und in afrikanischen Populationen aufgetreten sind.

Andere aktuelle Studien haben gezeigt, dass es bei Genen, die mit Autoimmunerkrankungen (rheumatoide Arthritis, systemischer Lupus erythematodes und Colitis ulcerosa) in Zusammenhang stehen, in verschiedenen Populationen sehr große Unterschiede in der Expression gibt. Es gibt große Unterschiede hinsichtlich der Häufigkeit oder Schwere von Autoimmunerkrankungen zwischen Afroamerikanern und Europäern. Dies zeigt auch deutlich den Zusammenhang zwischen genetischen Merkmalen der Vorfahren und Unterschieden in der Immunantwort.

Neben den oben genannten Umwelt- und genetischen Faktoren sind Alter und Geschlecht auch wichtige interne Faktoren, die die Immundiversität fördern.

Alter und Immundiversität

Das Alter ist einer der stärksten Treiber der Immundiversität. Ein häufiges Beispiel ist, dass kleine Kinder und ältere Menschen häufiger krank werden als Teenager und Menschen in ihren besten Jahren.

Die erste Verteidigungslinie gegen eindringende Krankheitserreger ist in jungen Jahren das angeborene Immunsystem , zu dem Zellen wie Neutrophile, Monozyten, Makrophagen und dendritische Zellen gehören. Bei der Geburt ist unser angeborenes Immunsystem noch nicht ausgereift, wahrscheinlich weil sich der Fötus an die Umgebung im Mutterleib anpassen und während der Entwicklung viele Stressreaktionen vermeiden muss. Dies ist auch der Grund, warum Neugeborene, insbesondere Frühgeborene, anfälliger für bakterielle und virale Infektionen sind.

Mit zunehmendem Alter verändert sich das menschliche Immunsystem allmählich. Dies kann beispielsweise zu einer verringerten Aktivität der hämatopoetischen Stammzellen, einer Degeneration des Thymus, einer Abschwächung der antiviralen Reaktion, Veränderungen bei der Differenzierung der Immunzelllinien, einer Verarmung der weißen Blutkörperchen und einem zunehmenden Risiko genetischer Mutationen führen.

Daher nimmt mit zunehmender Alterung des Immunsystems auch die Widerstandsfähigkeit älterer Menschen gegen Infektionskrankheiten ab. Einige abnormale Immunreaktionen können Entzündungen verschlimmern und auch zu anderen Krankheiten führen. Darüber hinaus kann die Alterung des Immunsystems dazu führen, dass latente Viren aktiv werden , wie beispielsweise das bekannte Varizella-Zoster-Virus, dessen Aktivierung Gürtelrose und chronische Neuralgie verursachen kann.

Abbildung 3 Diese Abbildung basiert auf Daten zur saisonalen oder pandemischen Grippe und zeigt, wie sich die Stärke der Reaktion des Immunsystems einer Frau auf eine Infektion in sieben Lebensphasen unterscheidet. (a) Die sieben Lebensphasen einer Frau. (b) Kurven der Todesfälle pro 1.000 Personen während der saisonalen oder pandemischen Grippe. (c) Veränderungen in der Intensität der Immunreaktionen gegen Grippe.

(Bildquelle: Chinesische Übersetzung aus Referenz [5])

Auch in Zukunft müssen Wissenschaftler noch viel Arbeit investieren, um zu verstehen, wie sich Zusammensetzung und Funktion des Immunsystems im Laufe des Lebens eines Menschen verändern. Aber natürlich ist das Alter ein wichtiger Faktor, wenn wir über die Immunvielfalt des Menschen sprechen.

Geschlecht und Immundiversität

Auch das Geschlecht ist ein Faktor, der zu Unterschieden in der Funktion des Immunsystems führt.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass sich die Immunreaktionen von Männern und Frauen erheblich unterscheiden. Dies macht sie anfälliger für Autoimmunerkrankungen, bösartige Erkrankungen und Infektionskrankheiten und hat Auswirkungen auf die Impfergebnisse.

Beispielsweise treten 80 % der Autoimmunerkrankungen bei Frauen auf; das Sterberisiko durch bösartige Tumoren ist bei Männern fast doppelt so hoch wie bei Frauen; Die Antikörperreaktion von Frauen auf saisonale Grippeimpfstoffe ist mindestens doppelt so stark wie die von Männern ...

Immununterschiede zwischen den Geschlechtern spiegeln sich in vielen Aspekten wider, beispielsweise in der Anzahl und Aktivität von Immunzellen, Zytokinen und dem Spiegel basischer Immunglobuline (Abbildung 4).

Abbildung 4: Unterschiede und Veränderungen im Immunsystem von Männern und Frauen im Laufe des Lebens.

(Bildquelle: Chinesische Übersetzung aus Referenz [6])

Diese Unterschiede sind das Ergebnis einer Kombination aus Genetik, Hormonen und Umwelt und ändern sich mit dem Alter. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf zwei Bereiche: Geschlechtschromosomengene und Sexualhormone.

Was die Gene der Geschlechtschromosomen betrifft, wissen wir bereits, dass sich auf dem X-Chromosom eine große Zahl immunbezogener Gene befindet, die viele geschlechtsbezogene Immununterschiede erklären können.

Was die Sexualhormone betrifft, fungieren Sexualhormone (Östrogen, Progesteron und Androgen) als Modulatoren der Immunreaktion. Darüber hinaus sind Steroidhormonrezeptoren (eine Art Protein, das auf den Zielzellen des Hormons vorhanden ist und spezifisch an das Hormon binden kann) auf vielen verschiedenen Arten von Immunzellen vorhanden (einschließlich NK-Zellen, Makrophagen, dendritischen Zellen und T-Zellen). Die Unterschiede in der Dichte, Verteilung und Art dieser Rezeptoren können auch für die Unterschiede in der Immunfunktion zwischen Männern und Frauen verantwortlich sein.

Welcher Faktor hat einen größeren Einfluss: die Umwelt oder die Genetik?

Nachdem Sie die Auswirkungen von Umwelt und Genetik auf die Vielfalt des Immunsystems verstanden haben, fragen Sie sich vielleicht, welche Art von Faktoren mehr zur Immunvielfalt beiträgt?

Durch den Vergleich verschiedener Indikatoren für die Immunität bei eineiigen Zwillingen (die fast alle ihre Gene teilen) und zweieiigen Zwillingen (die etwa die Hälfte ihrer Gene teilen) stellten die Forscher fest, dass viele wichtige Unterschiede im menschlichen Immunsystem auf nicht vererbbare Umweltfaktoren zurückzuführen sind und dass diese Unterschiede mit dem Alter zunehmen. Forscher gehen davon aus, dass sich ein gesundes menschliches Immunsystem ständig an Veränderungen von Umweltfaktoren wie Krankheitserregern, Darmflora und Nährstoffen anpasst und so den Einfluss genetischer Faktoren maskiert.

Wenn die angeborene Immunität getrennt von der adaptiven Immunität betrachtet wird, stellte die Studie fest, dass die Parameter einzelner adaptiver Immunzellen hauptsächlich durch Umwelteinflüsse bestimmt werden, während die Parameter der angeborenen Immunzellen stärker durch genetische Variationen beeinflusst werden (Abbildung 5).

Abb. 5 Quellen der Diversität in individuellen Immunsystemen. Verschiedene Faktoren wirken sich unterschiedlich auf die adaptive Immunität und die angeborene Immunität aus.

Bildquelle: Chinesische Version, adaptiert nach Referenz [9]

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Komponenten und Funktionen des menschlichen Immunsystems dynamisch verändern. Einige Wissenschaftler haben sie mit sensorischen Systemen verglichen, da beide auf innere und äußere Reize reagieren müssen. Die Aufklärung der Wechselwirkungen der oben genannten treibenden Faktoren untereinander und deren Einfluss auf das Immunsystem eines Menschen ist ein wichtiges Thema der immunologischen Forschung.

Das Verständnis der individuellen Unterschiede des Immunsystems und ihrer Auswirkungen auf die Gesundheit kann dabei helfen, festzustellen, ob eine Person anfällig für immunbedingte Erkrankungen ist oder ob sie ein Risikofaktor für Infektionskrankheiten ist.

Heutzutage ist es mit Hilfe immunologischer Analysetechnologien und der Gesamtgenomtechnologie einfach, Informationen über Immunkomponenten aus menschlichem Blut oder Lymphknoten zu gewinnen. Allerdings gibt es bei der Analyse der ursächlichen Mechanismen der Diversität des Immunsystems noch viele Unbekannte und wir warten auf weitere Entdeckungen.

Herausgeber: Guo Yaxin

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