21.10.2021 - Université de Genève

Das menschliche Immunsystem ist ein Frühaufsteher

Wissenschaftler zeigen, dass die Aktivität des Immunsystems täglichen Schwankungen unterliegt und ihren Spitzenwert kurz vor Tagesanbruch erreicht

Die zirkadianen Uhren, die die meisten physiologischen Prozesse von Lebewesen in einem Rhythmus von etwa 24 Stunden regeln, sind einer der grundlegendsten biologischen Mechanismen. Durch die Entschlüsselung der Zellwanderungsmechanismen, die der Immunantwort zugrunde liegen, haben Wissenschaftler der Universität Genf (UNIGE) in der Schweiz und der Ludwigs-Maximilians-Universität (LMU) in Deutschland gezeigt, dass die Aktivierung des Immunsystems je nach Tageszeit moduliert wird. Die Wanderung der Immunzellen von der Haut zu den Lymphknoten schwankt nämlich über einen Zeitraum von 24 Stunden. Die Immunfunktion ist in der Ruhephase, kurz vor der Wiederaufnahme der Aktivität, am höchsten - bei Mäusen, die nachtaktiv sind, am Nachmittag, beim Menschen am frühen Morgen. Diese Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature Immunology nachzulesen sind, legen nahe, dass bei der Verabreichung von Impfstoffen oder Immuntherapien gegen Krebs möglicherweise die Tageszeit berücksichtigt werden sollte, um deren Wirksamkeit zu erhöhen.

Im Gegensatz zum angeborenen Immunsystem, das sofort, aber nicht zielgerichtet reagiert, baut das adaptive Immunsystem eine langfristige, für jeden Infektionserreger spezifische Reaktion auf. Diese Reaktion hält dann dank eines zellulären Gedächtnismechanismus lange an", sagt Christoph Scheiermann, Professor am Institut für Pathologie und Immunologie und am Genfer Zentrum für Entzündungsforschung (GCIR) an der medizinischen Fakultät der UNIGE, der diese Forschung geleitet hat. "Dies ist ein typischer Mechanismus, der zum Beispiel bei einer Impfung gegen ein Virus zum Tragen kommt".

Um die Rolle der zirkadianen Rhythmen bei der Immunaktivierung zu verstehen, untersuchten die Forscher die Wanderung dendritischer Zellen von der Haut in das Lymphsystem, eine der Säulen der adaptiven Immunantwort. Dendritische Zellen befinden sich in vielen peripheren Organen, darunter auch in der Haut, und wandern durch die Lymphgefäße zu den Lymphknoten, wo sie Antigene präsentieren, um eine Immunreaktion gegen einen eindringenden Krankheitserreger auszulösen.

Synchronisierte Uhren

Die Wissenschaftler beobachteten die Wanderungsfähigkeit der dendritischen Zellen zunächst bei wilden Mäusen viermal am Tag, dann bei Mäusen ohne funktionierende innere Uhr. "Damit die Zellwanderung korrekt abläuft, müssen nicht nur die dendritischen Zellen, sondern auch die Lymphgefäßzellen auf einen zirkadianen Rhythmus reagieren", erklärt Stephan Holtkamp, damals Forscher am Biomedizinischen Zentrum der Ludwig-Maximilians-Universität und Erstautor der Studie. Die zirkadiane Uhr muss also auf beiden Seiten des Mechanismus funktionieren: in der Zelle und in ihrer Umgebung. Ist das nicht der Fall, bleiben die Aktivitätsspitzen aus und das Immunsystem arbeitet ständig im Zeitlupentempo.

Die Forscher wiederholten daraufhin ihr Experiment mit menschlichen Hautzellen, die Patienten zu verschiedenen Tageszeiten entnommen wurden. "Wir haben zahlreiche Moleküle, insbesondere Chemokine, identifiziert, die am Migrationsprozess beteiligt sind und deren Expression durch die zirkadiane Uhr reguliert wird", sagt Christoph Scheiermann. "Die gleichen Moleküle wurden in menschlichen und Mäusezellen gefunden, mit einem umgekehrten Rhythmus, der den Lebensgewohnheiten der beiden Spezies entspricht, d.h. nächtlich bei den Nagetieren und tagaktiv beim Menschen. Dies bestätigt, dass dieser Rhythmus durch die natürliche Aktivität im Wechsel von Tag und Nacht gesteuert wird".

Stimulierung des Immunsystems zu einem günstigen Zeitpunkt

Weitere Daten deuten darauf hin, dass, wenn das Immunsystem zu verschiedenen Tageszeiten stimuliert wird, die gleichen Schwingungen auftreten, mit einem Höhepunkt am Morgen. Aber warum unterliegt das Immunsystem einem oszillierenden Rhythmus? "Die zirkadianen Rhythmen funktionieren wie ein Energiesparsystem, das die Energieressourcen entsprechend dem unmittelbaren Bedarf optimal nutzt. Könnte dies ein Weg für das Immunsystem sein, zu Zeiten in Alarmbereitschaft zu sein, in denen das Risiko, Krankheitserregern ausgesetzt zu sein, durch die Nahrungsaufnahme und/oder soziale Interaktionen am größten ist?" Könnte es auch sein, dass wir am Abend und in der Nacht anfälliger für Krankheitserreger sind? Das lässt sich im Moment noch nicht sagen. Die Bedeutung des zirkadianen Rhythmus für das Immunsystem wird jedoch gerade erst erkannt und könnte sowohl für die vorbeugende Impfung als auch für die Verabreichung von Antitumortherapien oder die Behandlung von Autoimmunkrankheiten von großer Bedeutung sein. Das Team um Christoph Scheiermann wird nun die allererste Phase der Immunantwort, wenn der Erreger oder der Impfstoff in den Körper gelangt, genauer untersuchen.

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