Zytokin
Synonyme: Cytokine
Englisch: cytokine
1. Definition
Zytokine sind eine inhomogene Gruppe von regulatorischen Peptiden oder Proteinen, die der Signalübertragung zwischen Zellen dienen und deren Proliferation und Differenzierung steuern. Sie werden u.a. von Makrophagen, B-Lymphozyten, T-Lymphozyten, natürlichen Killerzellen (NKs) und Fibroblasten gebildet.
2. Physiologie
Zytokine entfalten eine autokrine, parakrine und endokrine Wirkung, die in der Bildung sehr komplexer homöostatischer Netzwerke mündet. Ihre Abgrenzung von Hormonen ist Gegenstand laufender wissenschaftlicher Diskussionen, da es Überschneidungen zwischen beiden Gruppen gibt. EPO wird z.B. in der Literatur teils als Hormon, teils als Zytokin geführt.
Während Hormone in nanomolaren Konzentrationen (10-9 M) vorkommen, die in der Regel nur eine geringe Schwankungsbreite zeigen, bewegen sich Zytokine im picomolaren (10-12 M) Bereich. Ihre Konzentration kann aber bei Bedarf - z.B. im Rahmen einer Infektion oder eines Traumas - auf das 1.000fache ansteigen. Ein weiterer Unterschied zu Hormonen ist, dass Hormone in der Regel von definierten Drüsenzellen produziert werden, während bestimmte Zytokine (z.B. IL-1) von fast allen kernhaltigen Zellen gebildet werden.
3. Einteilung
3.1. ...nach Familie
3.1.1. Interleukine
Interleukine sind Peptidhormone, die vor allem immunologische Vorgänge steuern. Zu ihnen zählen u.a.:
- Interleukin-1 (IL-1)
- Interleukin-2 (IL-2)
- Interleukin-3 (IL-3)
- Interleukin-4 (IL-4)
- Interleukin-5 (IL-5)
- Interleukin-6 (IL-6)
- Interleukin-7 (IL-7)
- Interleukin-8 (IL-8)
- Interleukin-9 (IL-9)
- Interleukin-10 (IL-10)
- Interleukin-11 (IL-11)
- Interleukin-12 (IL-12)
- Interleukin-13 (IL-13)
- Interleukin-16 (IL-16)
- Interleukin-17 (IL-17)
- Interleukin-18 (IL-18)
- Interleukin-23 (IL-23)
3.1.2. Interferone
Interferone sind Zytokine mit antiviraler und antineoplastischer Wirkung, die von verschiedenen Körperzellen gebildet werden.
3.1.3. Tumornekrosefaktoren
Tumornekrosefaktoren sind Zytokine, die Akute-Phase-Proteine aktivieren. Sie werden überwiegend von Makrophagen ausgeschüttet und beeinflussen u.a. Apoptose, Zellproliferation und Zelldifferenzierung. Wichtige Vertreter sind:
- Tumornekrosefaktor alpha (TNF-α)
- Lymphotoxin alpha (LT-α, TNF-β)
- Lymphotoxin beta (LT-β, TNFγ)
3.1.4. Koloniestimulierende Faktoren
Koloniestimulierende Faktoren (CSF) sind Wachstumsfaktoren, welche die Vermehrung und Reifung von hämatopoetischen Stammzellen beeinflussen.
- G-CSF
- GM-CSF
- M-CSF
- Thrombopoietin (TPO, Meg-CSF)
- Erythropoietin (EPO)
3.2. ...nach Syntheseort
Zytokine, die von bestimmen Geweben (Fettgewebe, Muskelgewebe usw.) produziert und sezerniert werden, teilt man häufig in entsprechende Subgruppen ein, z.B.:
4. Funktionen
Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über wichtige Zytokine und ihre Funktionen:
| Zytokin | Entstehungsort | Effekt |
|---|---|---|
| IL-1 | Makrophagen, B-Lymphozyten |
proinflammatorisch, Aktivierung anderer Zyktokine, Aktivierung von B- und T-Lymphozyten sowie Natürlichen Killerzellen, Freisetzung von Prostaglandinen, Aktivierung der Gerinnungskaskade, u.a. |
| IL-2 | T-Lymphozyten | Aktivierung von Lymphozyten |
| IL-4 | T-Lymphozyten | Förderung der IgE-Produktion durch Aktivierung von B-Lymphozyten, Degranulation von Mastzellen |
| IL-6 | Makrophagen, Monozyten, T-Zellen, Keratinozyten, Mastzellen, Fibroblasten, Endothelzellen | Aktivierung von Akute-Phase-Proteinen im Rahmen der unspezifischen Immunantwort |
| IL-10 | Makrophagen, Lymphozyten | Hemmung von T-Zell-Proliferation, Hemmung der Synthese anderer Zytokine |
| IFNα | Leukozyten, natürliche Killerzellen, Fibroblasten | pyrogen, antiviral, Hemmung der T-Zell-Proliferation, Verringerung der HLA-II-Expression |
| IFNβ | Leukozyten, natürliche Killerzellen, Fibroblasten | pyrogen, antiviral, Hemmung der T-Zell-Proliferation, Verringerung der HLA-II-Expression |
| IFNγ | Leukozyten, natürliche Killerzellen, Fibroblasten | antiviral, Unterstützung der Makrophagen |
| TNFα | Makrophagen | pyrogen, Aktivierung der Gerinnungskaskade, gesteigerte Phagozytose |
| TNFβ | T-Lymphozyten | pyrogen, Aktivierung der Gerinnungskaskade, gesteigerte Phagozytose |
| G-CSF | Monozyten, T-Zellen, Makrophagen |
gesteigerte Myelopoese |
| GM-CSF | Monozyten, Makrophagen | Steigerung von Phagozytose und Zytotoxizität, Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen |
| M-CSF | Makrophagen | Steigerung von Phagozytose und Zytotoxizität, Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen |
5. Zytokinrezeptoren
Zytokine lösen ihre Wirkung über Zytokinrezeptoren aus, welche die extrazellulären Signale in die Zellen übertragen. Dadurch sind sie an der Regulation zellulärer Prozesse beteiligt. Durch die Bindung spezifischer Zytokine lösen die Rezeptoren verschiedene Signalkaskaden im Zellinneren aus, etwa den JAK-STAT-Signalweg. Je nach Rezeptor- und Zelltyp variiert die biologische Antwort, führt aber im Allgemeinen zur Expression regulatorischer Proteine, die z.B. den Zellzyklus, die Proliferation, inflammatorische Prozesse oder die Freisetzung von Immunmediatoren steuern.
Man unterscheidet verschiedene Gruppen von Zytokinrezeptoren, u.a.:
6. Klinik
Das Zytokin-Freisetzungssyndrom, kurz CRS, ist durch eine massive Ausschüttung von Zytokinen gekennzeichnet, die durch eine Aktivierung von Leukozyten ausgelöst wird. Es kann im Rahmen bestimmter Erkrankungen oder als unerwünschte Arzneimittelwirkung auftreten. Seine schwerste Verlaufsform ist der Zytokinsturm.
7. Pharmakologie
Hemmstoffe von Zytokinen bzw. ihrer Rezeptoren, sogenannte Zytokininhibitoren, nutzt man zur Therapie chronisch entzündlicher Erkrankungen. Dabei handelt es sich meist um monoklonale Antikörper. Beispiele sind Adalimumab, Certolizumab, Golimumab, Infliximab oder Tocilizumab.
Umgekehrt können Zytokine für therapeutische Zwecke auch gentechnisch hergestellt werden. Beispiele sind Lenograstim und Hyper-Interleukin-6 (Hyper-IL6).