Eisen ernährt die Immunzellen - und kann Asthma verschlimmern

Sie haben wahrscheinlich schon gehört, dass Spinat und Steak Eisen enthalten. Vielleicht wissen Sie auch, dass es ein essentieller Mikronährstoff ist und ein Hauptbestandteil des Hämoglobins ist. Hämoglobin ist das Protein in den roten Blutkörperchen, das Sauerstoff von der Lunge in den gesamten Körper transportiert.

Eine weniger bekannte wichtige Funktion von Eisen ist seine Beteiligung an der Energieerzeugung für bestimmte Immunzellen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie aus unserem Labor haben wir festgestellt, dass die Blockierung oder Einschränkung des Eisenflusses in die Immunzellen möglicherweise die Symptome eines durch Allergene ausgelösten Asthmaanfalls lindern könnte.

Immunzellen, die Eisen benötigen

Bei einem Asthmaanfall aktivieren harmlose Allergene Immunzellen in der Lunge, sogenannte ILC2 (intrinsische lymphatische Zellen Typ 2). Dadurch vermehren sie sich und setzen große Mengen an Zytokinen frei, den Botenstoffen, mit denen Immunzellen kommunizieren. Dies führt zu unerwünschten Entzündungen. Die Folge sind Symptome wie Husten und Keuchen, die das Gefühl vermitteln, die Atemwege seien verengt.

Um die Rolle von Eisen für die ILC2-Funktion in der Lunge zu untersuchen, führten wir eine Reihe von Experimenten mit ILC2 im Labor durch. Anschließend validierten wir unsere Ergebnisse an Mäusen mit allergischem Asthma und an Patienten mit unterschiedlich ausgeprägtem Asthma.

Experimentelle Ergebnisse

Zunächst entdeckten wir, dass ILC2s ein Protein namens Transferrinrezeptor 1 (TfR1) zur Aufnahme von Eisen nutzen. Blockierten wir dieses Protein bei aktivierten ILC2s, konnten die Zellen das Eisen nicht mehr nutzen und sich nicht mehr so effektiv replizieren und Entzündungen auslösen wie zuvor.

Anschließend verwendeten wir einen Eisenchelator, um die Eisenverwertung durch ILC2 zu verhindern. Eisenchelatoren sind wie Supermagnete für Eisen und werden in der Medizin zur Behandlung von Erkrankungen eingesetzt, bei denen zu viel Eisen im Körper vorhanden ist.

Als wir ILC2s mit einem Chelator das Eisen entzogen, mussten die Zellen ihren Stoffwechsel umstellen und auf eine andere Energiegewinnungsmethode umsteigen, ähnlich wie beim Umsteigen von einem Sportwagen auf ein Fahrrad. Die Zellen waren nicht mehr so effektiv darin, Entzündungen in der Lunge zu verursachen.

Anschließend reduzierten wir den zellulären Eisengehalt von Mäusen mit empfindlichen Atemwegen aufgrund von ILC2-Aktivität. Dies erreichten wir auf drei verschiedene Arten: durch Hemmung von TfR1, Zugabe eines Eisenchelators oder durch Herbeiführung niedriger Eisenwerte mit einem synthetischen Protein namens Mini-Hepcidin. Jede dieser Methoden trug dazu bei, die Hyperreaktivität der Atemwege der Mäuse zu reduzieren, was wiederum die Schwere ihrer Asthmasymptome verringerte.

Schließlich untersuchten wir Zellen von Asthmapatienten. Dabei fiel uns etwas Interessantes auf: Je mehr TfR1-Protein sie auf ihren ILC2-Zellen hatten, desto schlimmer waren ihre Asthmasymptome. Anders ausgedrückt: Eisen spielte eine große Rolle bei der Schwere ihres Asthmas. Die Blockierung von TfR1 und der Einsatz von Eisenchelatoren reduzierten die ILC2-Proliferation und die Zytokinproduktion. Dies deutet darauf hin, dass unsere Ergebnisse aus der Mausforschung auf menschliche Zellen übertragbar sind. Das bedeutet, dass wir diese Erkenntnisse so schnell wie möglich aus dem Labor in klinische Studien überführen können.

Eisentherapie bei Asthma

Eisen ist wie ein Dirigent, der Immunzellen wie ILC2 bei einem Asthmaanfall das richtige Verhalten vorgibt. Ohne ausreichend Eisen können diese Zellen weniger Schaden anrichten, was zu weniger Asthmasymptomen führen kann.

Als nächstes arbeiten wir daran, die Immunzellen des Patienten während eines Asthmaanfalls gezielt anzugreifen. Wenn es uns gelingt, die für ILC2s verfügbare Eisenmenge zu reduzieren, ohne den Eisenspiegel im Körper insgesamt zu senken, könnte dies zu einer neuen Asthmatherapie führen, die die zugrunde liegende Ursache der Krankheit und nicht nur die Symptome bekämpft. Aktuelle Behandlungen können die Symptome zwar lindern, um Patienten am Leben zu erhalten, heilen die Krankheit aber nicht. Eisenbasierte Therapien könnten eine bessere Lösung für Asthmapatienten bieten.

Unsere Entdeckung ist nicht nur auf Asthma anwendbar. Sie könnte auch für andere Krankheiten, an denen ILC2 beteiligt ist, wie Ekzeme und Typ-2-Diabetes, bahnbrechend sein. Wer hätte gedacht, dass Eisen so wichtig für das Immunsystem sein kann?

Die Ergebnisse der Arbeit werden in einem Artikel im Journal The Conversation ausführlich beschrieben.