Zytokindiagnostik bei chronischen Entzündungen

Zytokine sind Peptidwirkstoffe, welche besonders von aktivierten Immunzellen (Monozyten, Lymphozyten, Granulozyten, Eosinophile, Basophile), aber auch von anderen Zellen (Endothel- und Epithelzellen, Fibroblasten) produziert werden. Sie wirken über spezifische Zytokinrezeptoren, ähnlich den Hormonen und Neurotransmittern, als Signalstoffe zwischen Zellen und vermitteln in der Zielzelle u.a. pro- oder antientzündliche Effekte.

Zytokine spielen eine wichtige Rolle im Netzwerk der interzellulären Kommunikation und sind somit essentiell für infektionsbedingte Immunreaktionen sowie jede Art von Entzündungsreaktionen. Gleichzeitig sind TNF-α , IL1-β und Interleukin 6 (IL-6) aber auch die Vermittler entzündungsassoziierter Krankheitssymptomatik wie Fieber, Abgeschlagenheit, Arthralgie und Myalgie.

Tabelle: Zytokine und ihre Bedeutung (Quelle: www.immundefekt.de)

Zytokin

Zellen,
die das Zytokin sezernieren

Zielzellen

Immunologische Effekte

IL-1

Monozyten/ Makrophagen, T-, B- u. NK Zellen, Granulozyten, Epithelzellen, Fibroblasten

T- u. B-Zellen, Monozyten, Granulozyten, Hepatozyten, Knochen

Klassisches proinflammatorisches Zytokin; Fieber, Akutphasereaktion; Zellaktivierung und Induktion von Effektorfunktionen, fördert Hämatopoese

IL-2

T- Zellen

T-, B- und NK-Zellen, Monozyten, Granulozyten

Funktion: T-Zellaktivierung, klonale Expansion Induktion von Apoptose, Differenzierung zu zytotoxischen T-Zellen, Aktivierung von NK- und B-Zellen sowie Monozyten und Granulozyten

IL-3

Aktivierte T-Zellen, Mastzellen, Eosinophile

Hämatopoetische Stamm- und Progenitorzellen, Granulozyten, Monozyten, Mastzellen

Synergie mit Interleukin 5 und GM-CSF für myeloische Zellproliferation und Differenzierung

IL-4

T-Zellen

B-, T- und NK-Zellen, Monozyten, Progenitorzellen, Mastzellen

B-Zellaktivierung, Verstärkung der Expression von IgG1 und IgE, Regulation der Expression von CD23 auf Zellen und Monozyten, Induktion einer TH2 Antwort, Wachstumsfaktor für Mastzellen.

IL-5

T-Zellen, Mastzellen, Eosinophile

Eosinophile und Basophile (B-Zellen)

Regulation der Expansion von Eosinophilen und Chemotaxis

IL-6

T- und B-Zellen, Monozyten

B-, T- und NK-Zellen, Thymozyten

Klassisches proinflammatorisches Zytokin; Akutphasereaktion; breite Effekte auf Zellwachstum, Differenzierung und Aktivierung; Osteoklastenaktivierung

IL-7

Knochenmark und Thymus-Stromazellen

B-, T- -Zellen, Thymozyten

T-Zellentwicklung, Regulation der peripheren T-Zellhomöostase und Expansion, Überleben von Memory-Zellen

IL-8

T-Zellen, Monozyten, Granulozyten

T- und B-Zellen, Mastzellen und Thymozyten

Mediator einer akuten Entzündung, Leukozyten-aktivierung, -chemotaxis und -adhäsion

IL-9

T-Zellen

T-, B-Zellen, Monozyten und Thymozyten Progenitorzellen

Wachstum und Differenzierung von Mastzellen, Produktion von T-Zellzytokinen, Produktion von B-Zell IgE und Reifung von Eosinophilen, Onkogenese

IL-10

T-Zellen und Mastzellen, Keratinozyten Monozyten

T-, NK- und B-Zellen, Mastzellen und Monozyten

Begrenzung der Entzündung durch Effekte auf Monozyten, inhibiert Interleukin 12 und reguliert Wachstum und Differenzierung von B-, T- und NK Zellen sowie Mastzellen und Granulozyten

IL-11

Knochenmark-Stromazellen

Knochenmark Progenitorzellen Dendritische Zellen, Monozyten und Granulozyten

Stimulation der Hämatopoese und Regulation der Makrophagenproliferation und Differenzierung

IL-12

B-Zellen, Zellen und Granulozyten

Monozyten, Makrophagen, B-Zellen, Dendritische Zellen

Induktion einer Th1 Immunantwort, proinflammatorisches Zytokin, Induktion der Produktion von Interforon-? und anderen Zytokinen der NK- und T-Zellen, Verbindung zwischen angeborener und adaptiver Immunität.

IL-13

T-Zellen

B-Zellen

Zellproliferation und Switching (IgE), Verstärkung der Ex-pression von Adhäsionsmolekülen und MHC Klasse II auf Monozyten Makrophagen, Aktivierung von Eosinophilen und Mastzellen

IL-14

T-Zellen
Maligne B-Zellen

T-, B- und NK-Zellen, Monozyten, Endothiel-zellen, Mastzellen und Granulozyten

Induktion der B-Zellproliferation: Inhibition der Immunglobulinsekretion und selektive Expansion von B-Zellsubpopulationen

IL-15

Makrophagen, Stromazellen, Monozyten

CD4 T-Zellen, Monozyten

T-Zellproliferation und Reifung sowie Überleben von Memory T-Zellen, Inhibition der T-Zellapoptose, unabdingbar für NK-Zellentwicklung und Überleben sowie Funktion einschl. der Induktion von IFN- γ

IL-16

T-Zellen

T-Zelllinien, Makrophagen, Neutrophile, Granulozyten

Regulation der CD4 T-Zellaktivierung und Regulation des Wechsels von einer Immun- auf eine Entzündungsreaktion

IL-17

T-Zellen

Stromazellen und Fibroblasten

Proinflammatorisches Zytokin, Chemokineigenschaften für Neutrophile; Regulation der Hämatopoese

IL-18

Keratinozyten, Aktivierte Makrophagen

B-, T- und NK Zellen

Fördert T- und NK-Zellreifung, IFN?-Produktion und zytolytische Eigenschaften, kann je nach Zytokinmilieu Th1 oder Th2 Antwort verstärken

IL-19

Aktivierte Monozyten, B-Zellen

unbekannt

Wahrscheinlich Regulation der Entzündungsantwort, Induktion von Apoptose und Wachstumshemmung

IL-20

Keratinozyten

Keratinozyten

Wahrscheinlich Modulation der Entzündungsantwort in der Haut

IL-21

Aktivierte T-Zellen

T-, B- und NK Zellen

Induktion der IFN- γ Produktion, Beteiligung an NK-Zellentwicklung und Differenzierung, Co-Stimulation von B-und T-Zellen

IL-22

Aktivierte T- und NK-Zellen

Hepatozyten

Wahrscheinlich Regulation der Entzündungsantwort, Induktion der Expression von Akut-Phase-Proteinen

IL-23

Antigen präsentierende Zellen

CD4 Zellen

Verstärkung der TH1 Antwort, Induktion von IFN-γ und Zellproliferation

IL-24

Aktivierte periphere mononukleäre Zellen

Tumorzellen

Wahrscheinlich Tumorsuppression, Induktion von Tumorzellapoptose und Tumorwachstumshemmung

IL-25

CD4 T-Zellen und Mastzellen

Th2 T Zellen

Stimulation der Produktion von IL-4, IL-5 und IL-13, Induktion einer Th2 Immunantwort

IL-26

T-Zellen

unbekannt

unbekannt

IL-27

Aktivierte Antigen-präsentierende Zellen

CD4 Zellen

Möglicherweise frühe Th1 Induktion, möglicherweise vor IL-12

IL-28

Aktivierte periphere mononukleäre Zellen

Virusinfizierte Zelllinien

Antivirale Funktion ähnlich den Typ I Interferone

IL-29

Aktivierte periphere mononukleäre Zellen

Virusinfizierte Zelllinien

Antivirale Funktion ähnlich den Typ I Interferone

IL-30

Aktivierte Antigen-präsentierende Zellen

CD4 Zellen

Möglicherweise frühe Th1 Induktion, möglicherweise vor IL-12

IL-31

Aktivierte T-Zellen (insbes. TH2)

Aktivierte Monozyten, Epithelzellen

Im Tiermodell Induktion von Dermatitis, Juckreiz, Hautläsionen und Alopezie

IL-32

Humane Lymphozyten nach Mitogenstimulation
Epithelien nach IFN-?-Stimulation
NK-Zellen nach IL-12/IL-18-Stimulation

Unterschiedliche Zellen

Induktion von TNFα, IL-8 u.a.

IFN-α und β

Monozyten, Makrophagen, B- und NK-Zellen

Dendritische Zellen und NK-Zellen, Monozyten

Antivirale Effekte, Regulation der angeborenen und adaptiven Immunität, Hochregulation der
MHC Expression

IFN-γ

T-Zellen, NK-Zellen

T-, B Zellen, Monozyten, NK Zellen

Zellaktivierung und Differenzierung, Hochregulation von der MHC Expression, Verstärkung der zytolytischen Aktivität, Selektion des AK Isotyps

TNF-α und TNF-β

Monozyten, T-Zellen NK-Zellen

Monozyten, Granulozyten, Gefäßendothel

Proinflammatorisches Zytokin, Antitumoreffekte

GM-CSF und G-CSF

Monozyten Makrophagen, T-Zellen

Monozyten, Makrophagen

Stimulation der Myelopoese und der Zellfunktion myoloischer Zellen, Mobilisierung von Stammzellen, proinflammatorisch

M-CSF

Monozyten Makrophagen

T-, B- und NK-Zellen, Thymozyten, Monozyten

Stimulation der Monozytenfunktion

TGF- beta                           

Thrombozyten, Monozyten

Nahezu alle Körperzellen

Unterdrückung von Proliferation und Entzündung, Chemokin-Eigenschaften, Suppression der zytotoxischen Funktion, Herunterregulation der AK Sekretion (IgG, IgM), Hochregulation des IgA

In der Zytokindiagnostik unterscheidet man:

  1. Zytokinbestimmung im Plasma oder Serum Analysen:
    TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-10, IFN-γ, IP-10, TGF-β, IL-31
  2. Zytokinanalysen nach in vitro Stimulation von Patientenzellen (Vollblut-Stimulationsteste)
    Analysen: T-Helferzytokinprofile (TH1/TH2/TH17 bzw. TH1/TH2), Monozytenzytokinsynthese
  3. Effektorzelltypisierung auf Allergene und T-Zell- modulierende Immunpräparate
    Analysen: In vitro Antigen-induzierte Zytokinsynthese (Effektorzelltypisierung), TNFα-/IL-4-Hemmteste
  4. Analyse der Zytokinmodulation durch Immunpräparate
    Analysen: TNF-α-Hemmtest, IL-4-Hemmtest

1. Zytokin-/Chemokinbestimmung im Plasma oder Serum

     Material: 5 ml Vollblut zur Serumgewinnung oder abzentrifugiertes Serum

Die Zytokinmessung im Serum wird für die Differentialdiagnostik von inflammatorischen Prozessen verwendet (z.B. bakterielle vs. virale/intrazelluläre Infektion) sowie zur Aktivitätsbestimmung und Verlaufskontrolle entzündlicher Erkrankungen (silent inflammation).
Alle genannten Zytokine werden heute in immunologisch orientierten Laborzentren mit hochsensitiven automatisierten Testverfahren nachgewiesen.

Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNF-α) und Interleukin-1 (IL-1)
Beide Zytokine gelten als proentzündliche Schlüsselzytokine. Sie werden sehr früh nach Aktivierung von aktivierten Monozyten und Makrophagen sezerniert, TNF-α in geringer Menge auch von TH1-Helferlymphozyten. Beide Zytokine haben sich überlagernde vielfältige Wirkungen u.a. Aktivierung von Granulozyten, Monozyten und Lymphozyten zu zytotoxischer Aktivität, Induktion von Muskel-, Knochen- und Fettgewebsabbau, Anorexie, Fieber, Gerinnungsverstärkung und Endothelaktivierung.

Indikationen für die Bestimmung von TNF-α und IL-1

  • sensitivste Marker für alle chronischen Inflammationszustände (silent inflammation)
  • Verlaufskontrolle/Therapiekontrolle bei chronischen Infektionen und Autoimmunerkrankungen
  • Differentialdiagnose bei Depression, Mitochondriopathie und/oder unklarer Gewichtsabnahme (v.a. TNF-α vermittelt die entzündungsbedingte Kachexie)


Interleukin 6 (IL-6)
ist ebenfalls ein proentzündliches Zytokin. Es wird nach Makrophagenaktivierung ca. 4-6 h zeitversetzt zu TNF-α und IL-1 freigesetzt. IL-6 wird auch von Endothelzellen und Fibroblasten sezerniert (daher Rückschluss auf Gewebedestruktion und Nekrose möglich). IL-6 wirkt auf B-Zellen (Reifung), Monozyten/ T-Zellen (Aktivierung) und Hepatozyten (Induktion von Akute-Phase Proteinen wie CRP u.a.).

Indikationen für die Bestimmung von IL-6

  • sensitiver Aktivitätsparameter, “Akute Phase Parameter” bei chronisch-persistierenden Infekten (CMV, EBV, HHV6, Borrelien, Mykoplasmen, Chlamydien), v.a. wenn CRP unauffällig ist
  • frühester diagnostischer Parameter bei Infektionsverdacht unter Tumor-Strahlen/Chemotherapie, vor allem bei Granulozytopenie
  • guter Verlaufsparameter zur Aktivitätskontrolle bei autoimmunen Systemerkrankungen (Rheumathoidarthritis, Kollagenosen) aber auch Pilzinfektionen und entzündlichen Darmerkrankungen sowie CFS

Der Lösliche IL-2-Rezeptor (sIL2-R) ist eigentlich kein Zytokin, sondern ein Zytokinrezeptor. Vor allem T-Lymphozyten exprimieren nach Aktivierung auf der Oberfläche den Rezeptor (CD25) für den T-Zell-Proliferationsfaktor Interleukin-2. Dieser wird nach etwa 24 h von der Oberfläche abgespalten und in das Serum abgegeben Der s(oluble)-IL2-R-Serumspiegel korreliert zur T-Zell-vermittelten Immunaktivierung (alle T-Zellen, nicht nur TH1!).

Indikationen für die Bestimmung des sIL-2-Rezeptors:

  • Nachweis einer primär lymphozytär vermittelten Immunaktivierung (Virus, Pilze, Autoimmunprozesse)
  • bester Verlaufsparameter bei Sarkoidose
  • Verdacht auf lymphoproliferative Erkrankungen (meist massive Anstiege bei T- aber auch B-Zell-Lymphomen)

Wichtig: Der sIL2-Rezeptor ist nicht geeignet, den Effekt immunstimulierender Therapien zu kontrollieren, weil eine Aktivierung des Immunsystems nicht mit einer Verbesserung der T-Zellfunktion gleichzusetzen ist.

mehr Informationen:

Interleukin-10 (IL-10) ist ein antientzündliches Zytokin. Es hemmt die Makrophagen und somit überschießende Entzündungsreaktionen. Gebildet wird es vor allem von Makrophagen, TH2-Zellen sowie regulatorischen T-Zellen (Treg).

Indikationen für die Bestimmung des IL-10:

  • Gemeinsam mit TNF-α zum Nachweis und zur Verlaufskontrolle bei chronischen Entzündungen (pro-/antientzündliche Balance)

Interferon-gamma (IFN-γ) wird von TH1-Zellen und NK-Zellen gebildet. Wichtigste Effekte sind die Aktivierung und Differenzierung zytotoxischer Zellen sowie die Verstärkung der Antigenpräsentation und der zytotoxischen Aktivität.

Indikationen für die Bestimmung von IFN-γ

  • Monitoring T-zellvermittelter Immunaktivierungen (Virus, Autoimmunopathien, Infektion mit intrazellulär persistierenden Erregern, systemische Typ IV-Allergien)
  • siehe auch IP-10.
  • Differentialdiagnose bei Depression

IP-10 = IFN-γ induziertes Protein-10. IP-10 ist ein Chemokin (CXCL10). Es wird ausschließlich von Monozyten und Makrophagen sowie in geringerem Maße von Endothelzellen als Antwort auf das Einwirken von Interferonen produziert. Es ist somit ein idealer Marker, um die biologische Aktivität des IFN-γ und somit die TH1-lymphozytäre Immunaktivierung zu bestimmen, da es im Vergleich zu IFN-γ in deutlich höheren Spiegeln im Blut nachweisbar ist.

Indikationen für die Bestimmung von IP-10

  • wie IFN-γ zum Monitoring T-zellvermittelter Immunaktivierungen (Virus, Autoimmunopathien, Infektion mit intrazellulär persistierenden Erregern, systemische Typ IV-Allergien) sowie zum Monitoring immunmodulierender Therapien
    mehr Informationen:

Transforming growth factor (TGF-β) ist ein vornehmlich antientzündlich wirkendes Zytokin, Wachstums- und Differenzierungsfaktor sowie Regulator von endokrinen Funktionen. TGF-β wird in erster Linie von Monozyten und Makrophagen und als Effektorzytokin von regulatorischen T-Lymphozyten (Treg) sezerniert.

Indikationen für die Bestimmung von TGF-β

  • Immunologisches staging bei Tumorerkrankungen (v.a. unter Therapie).
  • Gemeinsam mit proentzündlichen Zytokinen zur Charakterisierung von chronischen Immunaktivierungen
    mehr Informationen:

Interleukin-31 ist ein starkes Pruritogen, das von T-Lymphozyten ausgeschüttet wird. Seine Rezeptoren werden von sensorischen Nervenfasern der Haut exprimiert. Durch IL-31 wird der „Juckreiz“ ausgelöst.

Indikationen für die Bestimmung von IL-31

  • Objektivierung des Pruritus bei atopischen Hauterkrankungen wie Neurodermitis und Urtikaria.

Die Messung anderer Zytokine, insbesondere der T-lymphozytären Zytokine wie IL-2, IL-4 oder IL-5 ist im Serum auf Grund der geringen Wirkkonzentrationen und Plasmahalbwertzeiten nicht von klinischer Relevanz. Zur Untersuchung der TH1/TH2-Balance müssen Vollblutstimulationsteste herangezogen werden.

2. Zytokinanalysen nach in vitro Stimulation von Patientenzellen (Vollblut-Stimulationsteste)

Bei diesen Untersuchungen wird das Patientenblut für 24 h mit spezifischen Stimulantien (ConA/SEB für Lymphozyten, oder Lipopolysaccharid für Monozyten stimuliert. Anschließend werden im Überstand die sezernierten Zytokine gemessen.

TH1/TH2-Zytolkinprofil (TH1/TH2-Balance) mit Messung von IFN-γ und IL-4 bzw.
TH1/TH2/TH17-Zytokinprofil (T-Helferzellstatus) mit Messung von IFN-γ, IL-4, IL-2, IL-10, IL-17
Material: 5 ml Heparinblut

Indikation:

  • TH1/TH2-Zytokinprofil zur Untersuchung und Verlaufskontrolle der TH1/TH2-Balance
  • der erweiterte T-Helferstatus: (TH1/TH2/TH17-Profil) dient v.a. der Immundefektdiagnostik der T-Lymphozyten (z.B. IL-17-Defekt bei Candidainfektion) und der Beurteilung funktioneller Immundeviationen der Lymphozyten (TH1/TH2-Balance + Immunstimulation/-suppression).
    mehr Informationen:

Monozyten-/Makrophagenzytokinsynthese mit Messung von TNF-α, IL-1, IL-6 und IL-10
Material: 5 ml Heparinblut

Indikation:

  •   Beurteilung der Präaktivierung von Makrophagen (pro-/ antientzündliche Balance)

3. Effektortypisierung auf Allergene und Immunpräparate

Die in vitro-induzierte Zytokinsekretion ist die Methode zur Charakterisierung der Effektormechanismen auf spezifische Allergene (daher Effektorzelltypisierung) oder auch immunstimulierende Präparate (Nachweis des Patienten-individuellen Ansprechens). Gemessen wird das Muster der Freisetzung von IFN-γ (TH1) und IL-10 (TH2) nach Stimulation der Patientenzellen mit dem jeweils zur Frage stehenden Allergen bzw. Antigen.

Indikationen:

  1. Fragestellung: Allergie Typ IV (Effektorzelltypisierung):
    Vor allem bei im LTT nachgewiesener Sensibilisierung z.B. auf Kontaktallergene kann über das Zytokinprofil Antwort darauf gegeben werden, ob es sich um eine latente (balancierte) oder eine (aktive) TH1-zytotoxische Sensibilisierung handelt.
    mehr Informationen:
  2. Fragestellung: Wirksamkeit von Immunpräparaten (IFN-γ / IL-10-Modulation)
    Es können zur Wahl stehende Immunpräparate auf ihre Patienten-individuelle Zytokin-induzierende Wirksamkeit untersucht werden, wenn im TH1/TH2-Zytokinprofil eine Abweichung (meist TH1↓, TH2↑) nachgewiesen wurde.

4. Analyse der Zytokinmodulation durch Immunpräparate

Bei diesen Untersuchungen wird die Modulation der Zytokinantwort durch Immunpräparate in stimuliertem Patientenblut analysiert. Beim TNF-Hemmtest wird LPS und beim IL-4-Hemmtest ConA/SEB als (Ko)Stimulator eingesetzt.

Indikationen:
TNF-α-Hemmtest – Auswahl der individuell geeigneten antientzündlichen Präparate. TNF-α dient dabei als Marker der Makrophagenaktivierung. mehr Informationen:

IL-4-Hemmtest - Auswahl der individuell geeigneten TH1/TH2-modulierenden Präparate. Da die TH2-Dominanz (mit IL-4-Überschuß) die klassische Konstellation bei entzündlichen Erkrankungen ist, wird IL-4 als Markerzytokin verwendet.

Zu den einzelnen Indikationen und Verfahren der Zytokinanalytik stehen Ihnen weitergehende Diagnostikinformationen zur Verfügung. Weitere Informationen erhalten Sie auch auf unserer Internetseite www.imd-berlin.de (Leistungsschwerpunkte – Entzündungs-diagnostik) oder hier.

Für Fragen steht Ihnen Herr Dr. Volker von Baehr unter 030 77001-220 oder v.baehr@imd-berlin.de zur Verfügung.