Table Of ContentImmunologie für Einsteiger
Lothar Rink Andrea Kruse Hajo Haase
I mmunologie
für Einsteiger
Autoren
Prof. Dr. rer. nat. Lothar Rink
Institut für Immunologie
Universitätsklinikum Aachen
[email protected]
www.immunologie.ukaachen.de
PD Dr. rer. nat. Andrea Kruse
Institut für Systemische Entzündungsforschung
Universitätsklinikum Schleswig-Holstein
[email protected]
Dr. rer. nat. Hajo Haase
Institut für Immunologie
Universitätsklinikum Aachen
[email protected]
Weitere Informationen zum Buch finden Sie unter www.spektrum-verlag.de/978-3-8274-2439-6
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© Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2012
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Planung und Lektorat: Merlet Behncke-Braunbeck, Dr. Meike Barth
Redaktion: Dr. Bärbel Häcker
Satz: TypoStudio Tobias Schaedla, Heidelberg
Umschlaggestaltung: SpieszDesign, Neu-Ulm
Umschlagbild: © Darja Süßbier
Grafiken: Dr. Martin Lay, Breisach
ISBN 978-3-8274-2439-6
Gewidmet
Prof. Dr. med. Holger Kirchner
Vorwort
Die Immunologie ist eines der modernsten und sich Damit werden sie zum einen dem demographischen
am schnellsten entwickelnden Gebiete der Lebens- Wandel in unserer Bevölkerung gerecht, zum ande-
wissenschaften. Dies macht das Bücherschreiben in ren beschreiben sie wissenschaftlich fundiert, wie
diesem Gebiet so kompliziert, da bereits während der Psyche und Immunsystem zusammenhängen, ohne
Schreibphase ein immenser neuer Erkenntnisgewinn philosophisch oder esoterisch zu werden. Die letzten
dazukommt. Die Immunologie entwickelt sich aber beiden Kapitel beschäftigen sich dann mit den Im-
auch immer mehr zu einer Schlüsselwissenschaft in mundefekten, -diagnostik und -therapien, Themen,
der modernen Medizin, sodass viele Krankheiten die sonst meist nur in umfangreichen Lehrbüchern
heute über immunologische Prozesse erklärt werden der klinischen Immunologie behandelt werden, aber
können und Immuntherapien sich als sehr wirksame gerade auch von großem Interesse für den Einsteiger
Strategien erwiesen haben. sind. Erst das Versagen des Immunsystems verdeut-
Es gibt viele Lehr- und Sachbücher über Immu- licht uns im Alltag, wie wertvoll dieses komplizierte
nologie bzw. das Immunsystem, und so sei einleitend und den gesamten Organismus überwachende Or-
die Frage gestattet, ob man noch ein weiteres Buch gan ist.
braucht. Im Fall dieses Buches möchte ich die Frage Somit bildet dieses Buch eine gelungene Über-
eindeutig mit ja beantworten, da es sich deutlich sicht von der modernen molekularen Immunologie,
von den vorhandenen Büchern absetzt. Ganz in der über die zellulären Interaktionen, bis in die prakti-
Tradition des Buches Cytokine und Interferone – Bo- sche Anwendung in Alltag und Klinik. Damit dürfte
tenstoffe des Immunsystems, das Frau PD Dr. Andrea das Buch für eine breite Leserschaft interessant wer-
Kruse und Prof. Dr. Lothar Rink zusammen mit ih- den, da es die Grundlagen vermittelt und gleich-
rem akademischen Lehrer Prof. Dr. Holger Kirchner zeitig spannende immunologische Fragestellungen,
verfasst haben, vermittelt auch dieses Buch Fachwis- die auch im Fokus öffentlicher Diskussionen stehen,
sen in einer allgemeinverständlichen Art und Weise, wissenschaftlich erörtert. Bisher sind diese Themen
ohne dabei oberflächlich zu werden. Dies haben die meist nur in sehr spezieller Fachliteratur oder aber
beiden Autoren zusammen mit Prof. Dr. Hajo Haase in nichtwissenschaftlicher Literatur im Buchmarkt
wieder exzellent umgesetzt und werden damit nicht vertreten, weshalb diese Kenntnisse in der Bevöl-
nur ihrem alten akademischen Lehrer, sondern einer kerung und bei den Studierenden häufig nur unge-
Vielzahl von Lesern eine Freude bereiten. nau oder sogar falsch sind. Mit dem vorliegenden
Des Weiteren setzt dieses Buch sich durch die Buch können Studierende der Naturwissenschaften,
Auswahl der Themen eindeutig von den übrigen im- der Medizin und benachbarter Disziplinen mit dem
munologischen Büchern ab. In diesem Buch werden notwendigen Grundwissen versorgt werden, ohne
nicht nur die immunologischen Grundlagen erklärt, dass interessierte Laien bei der Lektüre überfordert
wie es die übrigen Bücher auch machen, sondern es werden.
werden auch Gebiete auf dem aktuellen Stand der Eine weitere Besonderheit des Buches sind die
Forschung besprochen, die in den meisten Lehrbü- Expertenboxen. Hier ist es gelungen, angesehene
chern aus verschiedenen Gründen ausgelassen wer- deutsche Forscher aus den jeweiligen Bereichen zu
den oder aber nur in Spezialliteratur vertreten sind. gewinnen, einen kurzen Beitrag über den aktuellen
Aber gerade diese Themen sind für die Studierenden Stand der Forschung und die Perspektiven im jewei-
und den interessierten Laien von großem Interesse. ligen Feld zu geben. Die Beiträge verdeutlichen, dass
Dabei handelt es sich um so einfache wie spannende wir in vielen Fragen erst am Anfang unseres Ver-
Fragen wie: Welchen Einfluss haben Geschlecht, Er- ständnisses sind und dass wir in den nächsten Jahren
nährung, Rauchen, Alkoholmissbrauch, Sport oder noch viel Neues aus der Immunologie zu erwarten
Schlaf auf das Immunsystem? Wie funktioniert eine haben. Die Expertenboxen verdeutlichen aber auch,
Schwangerschaft immunologisch? Jeweils ein ganzes welchen Spagat das Autorenteam bei der Auswahl
Kapitel widmen die Autoren den Wechselwirkungen leisten musste, da sich in der modernen Disziplin der
von Psyche und Immunsystem bzw. den Verände- Immunologie der Kenntnisstand rasch verändert und
rungen im Immunsystem mit zunehmendem Alter. Theorien auch wieder verworfen werden. So stellten
VIII Vorwort
sich neu beschriebene Zellpopulationen nach kurzer des Immunsystems. Vielmehr wird das umfangrei-
Zeit als Funktionszustände bekannter Populationen che Wissen in die komplexen Zusammenhänge der
heraus, oder Prozesse wurden neu interpretiert durch menschlichen Physiologie und Pathophysiologie ein-
die Entdeckung neuer Mediatoren und Rezeptoren. gebettet. Damit erfüllen die Autoren die wichtigste
Jeder Autor eines immunologischen Buches muss Aufgabe eines Sach- und Lehrbuchs: Verständnis für
dabei entscheiden, welche aktuellen Erkenntnisse Zusammenhänge zu vermitteln und Spannung zu
Bestand haben werden und welche möglicherweise erzeugen. Ich wünsche den Autoren viel Erfolg und
schon bald wieder überholt sein werden. Ich denke, den Lesern viel Spaß bei der Lektüre dieses besonde-
die Autoren haben eine glückliche Hand bei dieser ren Immunologiebuchs.
Auswahl gehabt, alles Weitere kann nur die Zukunft
zeigen. Prof. Dr. med. Gregor Bein,
Die Autoren berücksichtigen nicht nur die wich- Universitätsklinikum Gießen
tigen aktuellen Fakten zum Aufbau und der Funktion Im Juli 2011
Kurzinhalt
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . VII
1 Das Immunsystem: Eine Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Die lymphatischen Organe: Blutbildung und Konferenzzentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3 Das angeborene Immunsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4 Antigenpräsentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5 Die Immunantwort durch Lymphocyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6 Molekulare Immunologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7 Die Regulation des Immunsystems und immunprivilegierte Organe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8 Infektionsi mmunologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9 Autoimmunität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 169
10 Allergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11 Tumorimmunologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
12 Transplantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 211
13 Psychoneuro immunologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
14 Immungerontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 235
15 Einflüsse auf das Immunsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
16 Immundefekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 263
17 Immundiagnostik und Immuntherapie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
18 Perspektiven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Anhang: CD-Tabelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Inhaltsverzeichnis
Vorwort VII 3.3 Zelluläre Komponenten 48
G ranulocyten 48
M astzellen 52
1 Das Immunsystem: eine Übersicht 1 Das mononucleäre Phagocytensystem 52
N atürliche Killerzellen 55
1.1 Was ist Immunologie? 1 L iteratur 58
1.2 Seit wann gibt es ein Immunsystem? 2
1.3 Unser Immunsystem 4
Äußere Schutzmechanismen 4 4 Antigenpräsentation 59
Das angeborene Immunsystem ist die erste
Verteidigungslinie des Körpers 5 4.1 Antigenpräsentierende Moleküle 59
D as adaptive Immunsystem passt sich der M HC I 60
Natur des Erregers an und verfügt über ein Prozessierung und Präsentation endogener
Gedächtnis 8 Antigene 61
1.4 Wenn das Immunsystem krank macht 15 M HC II 62
L iteratur 17 P rozessierung und Präsentation exogener
Antigene 63
K reuzpräsentation 65
2 Die lymphatischen Organe: CD1 66
Blutbildung und Konferenzz entren 19 S uperantigene 68
4.2 Weitere beteiligte Moleküle 69
2.1 Die lymphatischen Organe: eine CD4 und CD8 69
Übersicht 19 Die Rolle costimulierender Moleküle 69
2.2 Die zentralen lymphatischen Organe: 4.3 Professionelle antigenpräsentierende
die Wiege unserer Immunzellen 20 Zellen 70
D ie Immunzellen entstehen aus hämato- Dendritische Zellen und Makrophagen 70
poetischen Stammzellen 20 B -Zellen 72
D ie Hämatopoese 22 L iteratur 74
Der Thymus und die Entwicklung der
T-Zellen 29
2.3 Die peripheren lymphatischen Organe 33 5 Die Immunantwort durch
L ymphgefäße und Lymphknoten 33 Lymphocyten 75
D ie Milz 35
D as mucosaassoziierte lymphatische 5.1 Dendritische Zellen: Bindeglieder
Gewebe 36 zwischen angeborener und adaptiver
L iteratur 37 Immunantwort 75
5.2 Eine primäre Immunantwort wird in
den peripheren lymphatischen Organen
3 Das angeborene Immunsystem 39 ausgelöst 78
D ie Wanderung der naiven Lymphocyten 78
3.1 Barrieren 39 Die T-Zell-Antwort 78
3.2 Lösliche Faktoren 39 D ie B-Zell-Antwort 84
D ie Aktivierung des Komplementsystems 40 Der Weg zur Plasmazelle: Hypermutation,
F unktionen des Komplementsystems 42 Affinitätsreifung und Isotypwechsel 86
R egulation und Inaktivierung des Komplement- B-Zell-Rezeptor-Komplex und Aufbau der
systems 43 Immunglobuline 88
XII Inhaltsverzeichnis
5.3 Effektorzellen der adaptiven Immunantw ort 7.5 Ausnahmen bestätigen die Regel –
bekämpfen Pathogene im Gewebe 97 immunprivilegierte Organe 137
Die Rekrutierung von Effektorlymphocyten ins Die Plazenta als Grenze zwischen zwei gene-
Gewebe 97 tisch unterschiedlichen Individuen 137
D ie Abwehr von Bakterien und Viren 97 Das mütterliche Immunsystem 138
Die Abwehr von mehrzelligen Parasiten 100 Überlebensstrategien des kindlichen
D ie Subpopulationen der T-Helferzellen beein- Gewebes 139
flussen sich gegenseitig 101 Das Kind hinterlässt Spuren im Körper der
5.4 Die Beendigung der Immunreaktion 101 Mutter – oft für Jahrzehnte 140
5.5 Das immunologische Gedächtnis L iteratur 141
und die sekundäre Immunantwort 102
D as Gedächtnis der B-Zellen 102
D as Gedächtnis der T-Zellen 103 8 Infektions immunologie 143
L iteratur 104
8.1 Bedeutung der Infektionsimmunologie
früher und heute 143
6 Molekulare Immunologie 105 8.2 Die richtige Entscheidung zur protektiven
Immunantwort 145
6.1 Signaltransduktion in Immunzellen 105 8.3 Der zeitliche Ablauf von
Grundprinzipien der Signaltransduktion 105 Immunantworten 147
Wahrnehmung von präsentierten Antigenen: P rimärantwort 148
der T-Zell-Rezeptor 107 S ekundärantwort 149
6.2 Immungenetik 110 8.4 Der Wettlauf zwischen Erregern und
Somatische Rekombination bei der Bildung Immunsystem bei Infektionen 150
von Antigenrezeptoren 110 Immunantwort gegen extrazelluläre Bakterien
Isotypwechsel von Immung lobulinen und kleine Sprosspilze 151
(Klassenwechsel) 116 Immunantwort gegen intrazelluläre Bakterien
S omatische Hypermutation 117 und einzellige Protozoen 153
L iteratur 118 Immunantwort gegen Viren 155
I mmunantwort gegen große Parasiten und
Pilze 158
7 Die Regulation des Immunsystems und 8.5 Was entscheidet darüber, ob wir uns
immunprivilegierte Organe 119 infizieren oder nicht? 161
Die Rolle der Erregermenge bei der
7.1 Cytokine 119 Infektion 161
H ämatopoetische Rezeptoren der Klasse 1 und Die Rolle der Immunkapazität des Wirtes bei
zugehörige Cytokine 119 der Infektion 161
H ämatopoetische Rezeptoren der Klasse 2 Die Rolle des Eintrittsortes bei der
und zugehörige Cytokine 123 Infektion 162
Cytokinrezeptoren der Immunglobulinsuper- 8.6 Infektionsprophylaxe 162
familie 124 H ygiene- und Schutzmaßnahmen 163
T umornekrosefaktor-Rezeptoren 124 Die passive Immunisierung 163
7.2 Chemokine 124 I mpfung 164
7.3 Adhäsion und Navigation 127 L iteratur 167
A dhäsionsmoleküle 127
U nser körpereigenes Navigationssystem 130
7.4 Regulatorische T-Zellen (T ) 134 9 Autoimmunität 169
reg
Wofür brauchen wir regulatorische T-Zellen? 134
Die Subpopulationen von regulatorischen 9.1 Was ist Autoimmunität? 169
T-Zellen 134 9.2 Normalerweise verhindern zentrale und
Die Funktionen der regulatorischen periphere Toleranzmechanismen gegen das
T-Zellen 135 „Selbst“ gerichtete Reaktionen 169
