Interleukin-1
Synonym: IL-1
Definition
Interleukin-1, kurz IL-1, ist ein Zytokin aus der Familie der Interleukine. Es wurde als eines der ersten Zytokine entdeckt und wird heute aufgrund seiner Fähigkeit, Fieber zu induzieren, zusammen mit Interleukin-6 und dem Tumornekrosefaktor α zu den endogenen Pyrogenen gezählt. Es besteht aus den beiden Untereinheiten IL-1α und IL-1β.
Herkunft
Der größte Anteil wird in mononukleären Phagozyten, also Monozyten und Makrophagen produziert. Weitere, zur IL-1-Produktion fähige Zellen sind Fibroblasten und Endothelzellen.
Stimulation
Die Produktion und Sekretion von Interleukin-1 wird u.a. durch Lipopolysaccharide (LPS) aus der Zellwand gramnegativer Bakterien sowie durch den Tumornekrosefaktor α stimuliert.
Signalkaskade
Interleukin-1 führt über einen Rezeptor der Immunglobulin-Superfamilie zu einer Aktivierung von NF-κB und AP-1.
Interleukin-1β signalisiert über einen Rezeptorkomplex, der aus dem Interleukin-1-Rezeptor 1 (IL-1R1) und dem Interleukin-1 receptor accessory protein (IL-1RAcP) besteht. IL-1R1 kommt ubiquitär auf allen Zellen vor und wird in seiner Expression kaum reguliert. Nach Bindung von IL-1β und Oligomerisierung des Rezeptors wird zunächst das Adapterprotein MyD88 über seine TIR-Domäne an den Rezeptorkomplex rekrutiert. MyD88 besitzt zusätzlich eine Death-Domäne (DD), welche die Anlagerung der IL-1-Rezeptor-assoziierten Kinasen (IRAK1 und IRAK4) ermöglicht.
Durch die Phosphorylierung von IRAK1 wird TRAF6 aktiviert, das nach Ubiquitinierung vom Rezeptorkomplex dissoziiert und an einen weiteren Komplex bindet, bestehend aus der Kinase TAK1 sowie den TAK-bindenden Proteinen TAB1 und TAB2. Die Aktivierung von TAK1 führt zur Stimulation des IKK-Komplexes (bestehend aus IKKα, IKKβ und IKKγ).
Der IKK-Komplex phosphoryliert den Inhibitor IκB, der normalerweise NF-κB im Zytoplasma inaktiv hält. Nach Ubiquitinierung und proteasomalem Abbau von IκB wird NF-κB (meist als p50/p65-Heterodimer) freigesetzt und in den Zellkern transloziert. Dort bindet NF-κB an Enhancer-Elemente proinflammatorischer Zielgene und induziert die Expression von Chemokinen (z.B. IL-8, RANTES), proinflammatorischen Zytokinen (z.B. IL-6, TNF, IL-1 selbst) sowie entzündungsfördernden Enzymen (z.B. Phospholipase A2, COX2). Dadurch werden Prostaglandine, Eicosanoide und weitere Mediatoren der Entzündungsreaktion gebildet.
Biologische Wirkung
Interleukin-1 induziert eine lokale Entzündungsreaktion sowie die Entstehung von Fieber. Es stimuliert die Bildung von speziellen Rezeptoren, den Selektinen, durch Endothelzellen. Diese bilden die Andockstelle für in der Blutbahn zirkulierende Leukozyten und ermöglichen ihnen nach der Bindung die Auswanderung ins Gewebe (Diapedese) und die Ignition der Entzündungsreaktion. Hierbei werden Endothelzellen verdrängt und die Basallamina sowie Zellen des Bindegewebes geschädigt.
Bei chronischen Entzündungen kann diese Reaktion außer Kontrolle geraten, wobei sich Interleukin-1 z.B. in bestimmten Zellen (z.B. Chondrozyten) ablagert und die kontinuierliche Freisetzung lytischer Enzyme bewirkt.
Pathologie
Das Interleukin-1 spielt eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese der Polyarthritis und der rheumatoiden Arthritis (rA). Patienten mit rheumatoider Arthritis weisen eine erhöhte IL-1-Produktion auf. Es findet sich vor allem in den entzündeten Gelenken, wo es in Chondrozyten abgelagert wird. Diese stimuliert es zur Produktion und Sekretion von Proteasen, welche anschließend den Knorpel andauen, auflösen und letztendlich zerstören. Unter dem Einfluss von IL-1 zerstören die Knorpelzellen also die um sich herum liegende eigene Knorpelmatrix.
Eine ebenfalls stimulierende Wirkung entfaltet das Interleukin-1 gegenüber Osteoklasten. Diese werden übermäßig aktiviert und bauen Knochensubstanz ab. Die entstandenen Spalträume werden nun jedoch nicht durch reparierende Osteoblasten aufgefüllt, sondern durch den von der Gelenkkapsel (Synovialis) ausgehenden Pannus infiltriert, wodurch es zu gravierenden Funktionseinbußen kommen kann.
Außerdem ist Interleukin-1 wesentlich bei der Aktivierung von sogenannten synovialen Fibroblasten beteiligt. Dies sind Bindegewebszellen in der Gelenkinnenhaut, die bei der rheumatoiden Arthritis einen entzündlichen Pannus bilden. Dieser Pannus wuchert fast tumorartig in das Gelenk hinein, überzieht den Knorpel und dringt in den Knochen ein. Mit fortschreitender Erkrankung ist dieser Prozess für die entzündlich bedingte Schädigung des Gelenks hauptverantwortlich.
Ebenfalls veränderte IL-1-Werte konnten bei schizophrenen Patienten im Blut, in der Hirnflüssigkeit sowie im vorderen Stirnlappenbereich befindlichen (präfrontalen) Cortex festgestellt werden.