Neuroinflammation bezieht sich auf den Prozess, bei dem das angeborene Immunsystem des Gehirns nach einer entzündlichen Herausforderung, wie z. B. einer Verletzung, Infektion, Exposition gegenüber einem Toxin, einer neurodegenerativen Erkrankung oder Alterung, ausgelöst wird.

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Nach der Aktivierung der Immunreaktion werden bestimmte biochemische und zelluläre Aktivitäten ausgelöst, die verschiedene physiologische, biochemische und verhaltensbezogene Folgen haben.

Das zentrale Nervensystem (ZNS) wird in Aktion gesetzt, um den Körper gegen die ihm drohenden Schäden zu schützen. Dies ist eine wesentliche und angeborene Funktion, die der Körper entwickelt hat, um sich selbst zu schützen, und die unter normalen Umständen von Mikroglia gemildert wird, die Milieuveränderungen wahrnehmen, die eine Störung der Homöostase bedrohen.

Bei Verletzungen, Infektionen oder Exposition gegenüber einem Toxin, Alterung oder neurodegenerativen Erkrankungen regulieren die Mikroglia jedoch Entzündungssignale hoch, was zu einer Neuroinflammation führt. Auf diese Weise kann die kodierte Reaktion des ZNS wie beabsichtigt schützend, aber auch schädlich sein, da die Auslösung einer akuten Entzündungsreaktion chronisch und schädlich werden kann.

Neuroinflammation tritt je nach ihrer Ursache auf leicht unterschiedliche Weise auf. Im Folgenden werden diese Arten der Neuroinflammation erörtert und ihre spezifischen Wege beschrieben.

Verletzung

Ein Schlag auf den Kopf mit ausreichender Wucht kann zu einem Schädel-Hirn-Trauma führen, wodurch degenerative Reparaturmechanismen in Gang gesetzt werden. Die Auslösung dieser Mechanismen alarmiert das Immunsystem und veranlasst es, eine Entzündungsreaktion auszulösen.

Als Folge eines Kopftraumas beginnt das Immunsystem, entzündungsfördernde Zytokine wie Il-1β auszusenden, die die durch den Aufprall verursachten Schäden verschlimmern und zu Zelltod und DNA-Fragmentierung führen können.

Die zusätzliche Freisetzung von TNF-α zusammen mit den entzündungsfördernden Zytokinen kann manchmal zu einer Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke führen, wodurch deren Fähigkeit, als Tor zum Gehirn zu fungieren und es vor Giftstoffen zu schützen, verringert wird.

Rückenmarksverletzungen sind etwas anders, sie treten in drei verschiedenen Schritten auf. In der ersten Phase löst die Kompression oder Durchtrennung des Rückenmarks Faktoren wie das Ungleichgewicht von Natrium- und Kalziumionen, die Exzitotoxizität von Glutamaten und die Schädigung durch freie Radikale aus.

Die Einleitung der Apoptose nach der Verletzung führt zusammen mit der Demyelinisierung der Nervenzellen zu einer Entzündung am Ort der Verletzung. Dies löst die zweite Phase aus, die reaktive Gliose, Ödeme und Kavitation des Rückenmarksparenchyms auslöst und zu einem unwiederbringlichen Verlust der Rückenmarksfunktion führen kann.

Eine durch eine Rückenmarksverletzung ausgelöste Entzündungsreaktion ist mit der Ausschüttung von proinflammatorischen Zytokinen wie Interleukin 1β (IL-1β), Interferon-γ (IFN-γ), Tumornekrosefaktor α (TNFα), induzierbarer Stickstoffoxid-Synthase (iNOS), IL-6 und IL-23 verbunden.

Die Neubildung dieser Zytokine löst die Aktivierung lokaler Mikroglia aus und zieht Makrophagen aus dem Knochenmark an, was zu einer Pathogenese führt, die mit der Rückenmarksverletzung zusammenhängt.

Periphere Immunantwort

Die Blut-Hirn-Schranke hat sich entwickelt, um das Gehirn vor Toxinen zu schützen, die in den Blutkreislauf gelangen können. Sie besteht aus Endothelzellen und Astrozyten und bildet eine physische Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem Gehirn.

Die Astrozyten regulieren, was durch die Schranke gelangt, aber nach einer Verletzung kann diese beschädigt werden, was zu einem Zustrom von T-Zellen, B-Zellen und Makrophagen in das Gehirn führt, was die Entzündung verschlimmert.

Infektion

Bestimmte Infektionen, die durch Viren, Bakterien, Pilze und gelegentlich Protozoen oder Parasiten verursacht werden, können eine Enzephalitis (Entzündung des Gehirns) oder eine Meningitis (Entzündung der Hirnhäute – der Gewebeschichten, die das Gehirn und das Rückenmark bedecken) verursachen. Jede Infektionsursache aktiviert einen etwas anderen Weg, der zu einer Neuroinflammation führt.

Alter

Kognitiver Abbau ist oft mit dem Altern verbunden, aber auch neurodegenerative Erkrankungen (siehe unten) treten in der älteren Bevölkerung häufiger auf, die beide mit einer Gehirnentzündung zusammenhängen.

Forschungen haben gezeigt, dass ein gesundes, aber alterndes Gehirn chronisch erhöhte Werte an pro-inflammatorischen Zytokinen und verringerte Werte an anti-inflammatorischen Zytokinen aufweist, was zeigt, dass allein der Faktor Alter mit chronischer Neuroinflammation verbunden ist.

Weitere Forschungen haben ergeben, dass alternde Gehirne auch eine erhöhte Anzahl aktivierter Mikroglia aufweisen, ein Zeichen für eine aktivierte Reaktion des Immunsystems, was eine weitere Verbindung zwischen dem alternden Gehirn und der Neuroinflammation aufzeigt.

Neurodegenerative Erkrankungen

Neurodegenerative Erkrankungen und Neuroinflammation sind untrennbar miteinander verbunden. Die Alzheimer-Krankheit (AD), die Parkinson-Krankheit (PD) und die Multiple Sklerose (MS) sind alle mit Neuroinflammation verbunden. Zunächst einmal wird die Neuroinflammation als eine der Hauptursachen für den für die Alzheimer-Krankheit charakteristischen Neurodegradation angesehen.

Man geht davon aus, dass bei den Erkrankten ein Übermaß an aktivierten Mikroglia vorhanden ist, die Amyloid-beta nicht phagozytieren können, was zur Plaque-Akkumulation führen oder beitragen kann.

Neuroinflammation wird als eine Hauptkomponente der Parkinson-Krankheit angesehen. Es wird vermutet, dass die Entzündungsreaktion im Darm mit dem Ausbruch der Krankheit in Verbindung steht und zu einer Entzündung des Gehirns, insbesondere der Substantia nigra, führt und die für die Krankheit charakteristische Dopaminproduktion stört.

Schließlich wird der Neuroinflammation eine wichtige Rolle bei der Entstehung und dem Fortschreiten von MS zugeschrieben. Die Forschung hat gezeigt, dass die Blut-Hirn-Schranke durch das Vorhandensein von Entzündungszytokinen gestört wird, wodurch B-Zellen und Plasmazellen in das zentrale Nervensystem eindringen können, wo sie die Myelinscheide, die die Neuronen bedeckt, schädigen. Diese Demyelinisierung ist ein Hauptsymptom der Krankheit.

Psychiatrische Erkrankungen

Schließlich gibt es eine Vielzahl von Hinweisen auf die Rolle der Neuroinflammation bei verschiedenen psychiatrischen Erkrankungen. Eine sich abzeichnende Theorie besagt, dass Stress neben genetischen, epigenetischen und umweltbedingten Faktoren eine Schlüsselrolle bei der Deregulierung des Immunsystems bei psychiatrischen Erkrankungen spielt. Es hat sich gezeigt, dass diese Aktivierung des Immunsystems eine abnorme Neurotransmission verursacht, die zu einem Serotoninmangel und einer erhöhten Produktion neurotoxischer Substanzen führt, die das Fortschreiten der Krankheit verstärken.

Erkrankungen wie Schizophrenie, Autismus, Depressionen und andere Gemütskrankheiten wurden mit Entzündungen des Gehirns in Verbindung gebracht, wobei die genauen zugrunde liegenden Mechanismen der Beziehung für jede Krankheit spezifisch sind.

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