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Leaky Gut und
assoziierte Krankheiten
Dr. med. univ. Kurt Kraus
Laborarzt
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
Otto-Hahn-Straße 18 76275 Ettlingen
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 2
Was ist Leaky Gut („undichter Darm“)?
Eine krankhaft erhöhte Permeabilität der
Darmschleimhaut, die durch eine aktive
„Lockerung“ der Tight Junctions des
Darmepithels entsteht.
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Die Tight Junctions verbinden die Epithelzellen des Darmes eng miteinander.
Abdichtung des Darmepithels („Epithel-Kitt“)
Barriere gegen Bakterien und Nahrungsmittelantigene
Aber: Zonulin kann den Darm undicht machen („Kitt-Löser“)
Zonulin löst ZO-1 aus dem Proteinkomplex der Tight Junctions
parazelluläre Zwischenräume zwischen den Epithelzellen
elektronenmikroskopische Aufnahme
schematische Darstellung
Physiologische Funktionen des Zonulins
- Regulierung des Stroms von Flüssigkeiten,
Makromolekülen und Leukozyten vom Darmlumen in
Richtung Blutgefäße und umgekehrt,
- Ausschwemmung pathogener Keime aus dem
Schleimhautbindegewebe (Schutzmechanismus)
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Aber: Unter pathologischen Bedingungen Zonulin
Folge: Leaky Gut
Intakte Schleimhautbarriere
90% der NM-Antigene werden im Epithel verdaut.
nur 10% werden von dendritischen Zellen und regulatorischen
Makrophagen phagozytiert.
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Bischoff, St.C., Probiotika, Präbiotika und Synbiotika
Physiologischer Zustand
Fortsätze dendritischer
Zellen zwischen Epithelzellen
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Transzellulärer Transport durch M-Zellen hindurch zu den
dendritischen Zellen und regulatorischen Makrophagen
(= Antigen präsentierende Zellen)
Janeway, Ch. / Immunologie
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Doppelfunktion der dendritischen Zellen und der regulatorischen
Makrophagen:
1) Freisetzung der Zytokine Interleukin 10 (IL-10) und
Transforming Growth Factor-β (TGF-β)
2) Antigenpräsentation gegenüber T-regulatorischen
Lymphozyten (Treg-Zellen)
Dendritische Zellen und Makrophagen = Antigen
präsentierende Zellen
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nach Antigenpräsentation Vermehrung der Treg-Zellen, welche
ihrerseits IL-10 und TGF-β freisetzen
Janeway, Ch. / Immunologie
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IL-10 und TGF-β hemmen die Aktivitäten anderer, und zwar
„aggressiver“ Immunzellen (Th1-Zellen, Th17-Zellen,
γδ-T-Zellen, „klassisch-aktivierte“ Makrophagen), so dass
diese aggressiven Immunzellen gegen die NM-Antigene
keine – potenziell pathogenen – Immunreaktionen
(Unverträglichkeitsreaktionen) entwickeln können.
Immuntoleranz gegen NM-Antigene
Die aufgenommenen NM sind für den Menschen verträglich.
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Bei intakter Schleimhautbarriere
wird die Immunreaktion gegen NM-Antigene aktiv
unterdrückt (Immuntoleranz)
Die NM-Antigene werden vom Immunsystem toleriert
keine pathogenen Immunreaktionen
Die Nahrungsmittel sind verträglich.
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Bei „undichter“ Schleimhaut
Immuntoleranz
Die NM-Antigene werden NICHT mehr toleriert.
pathologische Überstimulation des Immunsystems
nach Einschwemmung der NM-Antigene
Entzündungen im Darm und in anderen Organen,
letzteres durch Einwanderung aktivierter,
„aggressiver“ Immunzellen in die betreffenden Organe
Leaky Gut-Syndrom
Leaky Gut-Syndrom
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Ursachen des Leaky Gut-Syndroms sind genetische
Prädispositionen, vergesellschaftet mit
- Enteritis durch pathogene Keime
- oder Dysbiose der Darmflora (Fehlbesiedlung des Darmes)
- oder bestimmten, unverträglichen NM-Antigenen
Folge: Zonulin
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Wie entsteht ein Leaky Gut?
Zonulin löst ZO-1 aus dem
Proteinkomplex der Tight Junctions
parazelluläre Zwischenräume
zwischen den Epithelzellen
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Beispiel: Leaky Gut bei Zöliakie/einheimischer Sprue
Fasano; Physiol Rev • VOL 91 • January 2011
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Die regulatorischen Makrophagen und regulatorischen
T-Lymphozyten werden von den NM-Antigenen „überrannt“.
Die NM-Antigene werden jetzt stattdessen von „aggressiven“
klassisch-aktivierten Makrophagen und dendritischen Zellen
phagozytiert (= Antigen präsentierenden Zellen).
Die „aggressiven“ Antigen präsentierenden Zellen
präsentieren die NM-Antigene „aggressiven“ T-Lymphozyten,
nämlich Th1-Zellen, Th17-Zellen und γδ-T-Zellen und
sorgen außerdem über die Freisetzung von IL-12 dafür, dass
noch weitere „aggressive“ Th1-Zellen gebildet werden.
Umschaltung von immuntolerantenTreg zu proinflamma-
torischen Th1 und TH17
Folgen des Leaky Gut
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Die „agressiven“ T-Lymphozyten setzen
proinflammatorische Zytokine frei: Tumor-Nekrose-Faktor-
alpha (TNF-α), Interferon-gamma (IFN-γ), Interleukin-17
(IL-17); außerdem Freisetzung von Stickoxid-Radikalen
(NO·).
Die Umschaltung von Treg zu Th1 wird weiter verstärkt
durch das proinflammatorische Zytokin IFN-γ (Circulus
vitiosus)
wahrscheinlich auch durch den ungehinderten, starken
Einstrom der NM-Antigene beim Leaky Gut
exzessive, pathologische Stimulation des Immunsystems
Schleimhautentzündungen Zelltod von Enterozyten
Schleimhautatrophie Malabsorption
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Genetische und alimentäre Risikofaktoren an den Beispielen Zöliakie
und Weizensensitivität
Zöliakie
1) Haptoglobin-Polymorphismus (Hypothese)
Es gibt die Phänotypen HP 1-1 homozygot, HP 1-2 heterozygot,
HP 2-2 homozygot. Zonulin ist identisch mit Prä-HP-2.
Fasano; Physiol Rev • VOL 91 • January 2011
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HP 2-2 homozygot: mit besonders schwerer Malabsorption
assoziiert
2) HLA-Polymorphismus
Zöliakie ist assoziiert mit HLA-DQ2 (ca. 90%) oder
HLA-DQ8 (ca. 10%) + Autoantigen Transglutaminase 2
(TG2)
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1) Glutenpeptide werden in Antigen präsentierenden Zellen von der
Transglutaminase deamidiert.
2) Durch die Deamidierung wird die Bindung der Glutenpeptide an
HLA-DQ2 bzw. HLA-DQ8 verstärkt Folge der starken Bindung:
Umschaltung auf Th1 (proinflammatorisch)
3) Andauernde, massive Stimulation aggressiver T-Zellen und
anderer Immunzellen, da sich das Glutenpeptid nicht aus seiner
Bindung löst.
4) Potenzierung der Entzündungsreaktion, Untergang von
Epithelzellen und Schleimhautatrophie
5) Ausweitung des Leaky Gut
Bei der Zöliakie kommt es also an auf das Vorhandensein
- von HLA-DQ2 bzw. HLA-DQ8
- des Autoantigens TG2
- des Glutens
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Pathogenese der Zöliakie Deutsches Ärzteblatt , 2013, Heft 49, S. 837
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Generell gilt (nicht nur für die Zöliakie):
Es gibt einen breit gefächerten HLA-Polymorphismus, der zu
individuell unterschiedlich starken Bindungen von NM-Antigenen
an den jeweiligen HLA-Phänotyp führt
Bei starker Bindung eines NM-Antigens an einen HLA-Phänotyp
- ist die Immunstimulation vielfach höher als bei schwacher
Bindung desselben NM-Antigens
- erfolgt eine Umschaltung von Treg (immuntolerant) auf Th1
(proinflammatorisch)
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interindividuell unterschiedlich ausgeprägte Unverträglichkeiten
gegenüber demselben Nahrungsmittel
Die Art und Menge der Liganden,
die eine CD4-T-Zelle bei der
ersten Simulierung präsentiert
werden, können den funktionellen
Phänotyp dieser Zelle festlegen
Janeway, Ch. / Immunologie
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Die schädigende Wirkung des Glutens (und von Weizen) kann noch weiter
verstärkt werden durch
Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATI)
ATIs kommen im Weizen vor. ATIs induzieren die Freisetzung von IL-12 (und IL-8) aus Antigen präsentierenden Zellen
auch hier Umschaltung von
immuntoleranten Treg zu
proinflammatorischen Th1
Entzündungen und Leaky Gut
ATIs nicht nur bei der Zöliakie schädlich, sondern (mit-) ursächlich auch für die Nicht-Zöliakie-bedingte Weizensensitivität und vermutlich für weitere Darmerkrankungen.
Junker/Schuppan; J. Exp. Med. 2012 Vol. 209 No. 13
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Krankheiten, die mit dem Leaky Gut assoziiert sind Leaky Gut-Syndrom
- Reizdarmsyndrom, Morbus Crohn, Colitis ulcerosa
- Adipositas, metabolisches Syndrom mit Insulinresistenz,
Nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH)
- Autoimmunkrankheiten, z.B. Typ1-Diabetes, Zöliakie,
Rheumatoide Arthritis, Autoimmunthyreoiditis (Hashimoto-
Thyreoiditis, M. Basedow), Autoimmunhepatitis, Multiple
Sklerose, Spondylitis ankylosans
- benigne und maligne Tumoren
- Allergien
- Asthma bronchiale
- IgA-Nephropathie
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Ursachen der Krankheitsassoziationen:
1) Gemeinsame primäre genetische Prädispositionen
z.B. HLA-DQ2 bzw. HLA-DQ8 (Zöliakie), die mit HLA-DR3
bzw. HLA-DR4 (Typ I-Diabetes) vergesellschaftet sind
hohes Risiko der Ko-Inzidenz beider Krankheiten bei
Vorliegen der Haplotypen DR3-DQ2 bzw. DR4-DQ8
2) Homing (Wanderung) aktivierter Th1- und Th17-Zellen vom
Darm und seinen regionären Lymphknoten in andere
Organe (evident aus Tierversuchen), u.a. in Pankreas
( Typ I-Diabetes), Leber ( Autoimmunhepatitis, Nicht-
alkoholische Steatohepatitis), Schilddrüse ( Auto-
immunthyreoiditis) und ZNS ( Multiple Sklerose)
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… Man weiß, dass bestimmte Krankheiten mit einer veränderten
Zusammensetzung der Mikrobiota einhergehen. Dazu gehören
gastrointestinale Erkrankungen wie infektiöse Diarrhöen, Morbus Crohn,
Colitis ulcerosa und das Reizdarmsyndrom, aber auch extraintestinale
Krankheiten wie das metabolische Syndrom oder Adipositas …
… So offenbarten Sequenzierungsstudien ausgeprägte Unterschiede in
der Mikrobiota bei Adipösen und Schlanken. Bei Normalgewichtigen
dominiert die Gattung der Bacteroidetes, bei Adipösen die der
Firmicutes. Eine derartige Verschiebung der Hauptstämme wirkt sich
unmittelbar auf den Energiestoffwechsel aus. Das Mikrobiom von
Adipösen produziert mehr Enzyme, die unverdauliche Kohlenhydrate
wie Zellulose spalten können. Damit holen sie mehr Energie aus der
Nahrung – ein Effekt, der etwa zehn Prozent der täglichen
Energieaufnahme ausmacht …
Metabolisches Syndrom als Manifestation
des Leaky Gut-Sydroms
Auszug aus dem Deutschen Ärzteblatt, Hahne: Intestinale Mikrobiota, ein „Ökosystem“ mit Potenzial,
Medizinreport Heft 8, 22.02.2013
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… Bei Adipositas ist nicht nur die Mikrobiota anders, auch die
Darmbarriere ist gestört …
… Kolonisieren vermehrt pathogene Keime das Darmlumen, setzt dies
eine Kaskade in Gang, die gravierende Folgen hat. Die Tight junctions
werden durchlässiger für Endotoxine und lösen eine subklinische
Entzündung aus. Infolge dessen setzen Immunzellen Transmitter frei,
die das Leck in den Tight junctions weiter vergrößern.
Die Konsequenzen beschränken sich nicht auf eine Entzündung im
Darmbereich, sondern führen auch zu vermehrter Fetteinlagerung, einer
Fettleber und gestörten Insulinsensitivität. Durch diese Prozesse ebnet
eine gestörte Darmbarriere der Entstehung von Adipositas,
Bluthochdruck, einer Fettstoffwechselstörung und Insulinresistenz den
Weg, also dem metabolischen Syndrom…
Auszug aus dem Deutschen Ärzteblatt, Hahne: Intestinale Mikrobiota, ein „Ökosystem“ mit Potenzial,
Medizinreport Heft 8, 22.02.2013
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Kalorien in der Nahrung FiBa-Ratio
Ballaststoffe in der Nahrung FiBa-Ratio
Ernährungsempfehlung: mäßig kalorienreduzierte* Mischkost:
- tierische Fette, energiedichtes Fastfood
- ballaststoffreiche Lebensmittel**
* mindestens 500 kcal unterhalb des täglichen Energieverbrauchs
** Obst, Gemüse, Hülsenfrüchte, ballaststoffreiche Kohlenhydrate mit
niedrigem glykämischem Index
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Die Wechselwirkungen zwischen Ernährungsgewohnheiten und
Darmflora werden weiter erforscht.
Folgende Zusammenhänge sind inzwischen evident:
pH-Optimum Firmicutes < 5,5
pH-Optimum Bacteroidetes 6,5
Firmicutes
vorwiegend
Buttersäure
Bacteroidetes
vorwiegend
Propionsäure
pH-Wert Vorkommen
Stärke
(resistent) +++ + Mehl (v.a. Weizenmehl),
Mehlspeisen, Süßspeisen,
Grieß (Nudeln, Spätzle),
Kartoffeln, Mais
Zellulose + Mehl (wenig)
Pektine + +
faserreiches Obst und
Gemüse
Hemizellulose
(Xylane) + +
Kleie (Müsli, Knäckebrot)
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Asthma bronchiale als Manifestation
des Leaky Gut-Syndroms
Die Koinzidenz des Asthma bronchiale mit einer
Permeabilitätsstörung des Darmes wird regelmäßig
schon seit den 90er-Jahren publiziert.
Leaky Gut bei ca. 40% der Asthmatiker nachgewiesen.
Ursache ist vermutlich ein Mangel an fermentierbaren
Fasern (vorhanden v.a. in Obst und Gemüse) aufgrund
der heutigen Ernährungsgewohnheiten.
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Verumgruppe:
Fütterung von Mäusen mit hohem Anteil (4%) an
fermentierbaren Fasern in der Nahrung, u.a. durch Anreicherung
des Futters mit Pektin. (Faserreich sind Obst und Gemüse.)
Kontrollgruppe:
niedriger Faseranteil (0,3%), vergleichbar mit mitteleuropäischen
Ernährungsgewohnheiten
Studie von Marsland, Januar 2014
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Verumgruppe: Verschiebung des Verhältnisses Bacteroidetes/ Firmicutes
in Richtung Bacteroidetes
Verdauung der Fasern durch die Mikroflora Bildung kurzkettiger Fettsäuren im Darm (Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure) und Freisetzung in den Blutkreislauf
probatorische Fütterung der Versuchstiere mit Propionsäure
Die Propionsäure ließ während der Hämatopoese im Knochenmark Monozyten heranreifen, aus denen sich nach Einwanderung in die Lunge dendritische Zellen differenzierten
- mit starker Phagozytosekapazität
- aber mit eingeschränkter Fähigkeit, eine Th2-vermittelte Immunreaktion
auszulösen.
Allergien und Asthma bronchiale beruhen auf Th2-vermittelten
Immunreaktionen.
Nach Exposition der Versuchstiere mit Hausstaubmilbenextrakt traten in
der Kontrollgruppe (faserarmes Futter) stärkere allergische Reaktionen mit
mehr Schleimsekretion auf als in der Verumgruppe (faserreiches Futter).
Studie von Marsland, Januar 2014
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Rationale Labordiagnostik
Zonulin im Serum bzw. Zonulin im Stuhl
Sekretorisches IgA im Stuhl
- Dendritische Zellen, regulatorische Makrophagen und regulatorische
T-Zellen (Treg) setzen TGF-β frei Freisetzung von sekretorischem IgA
- Sekretorisches IgA schützt die Darmschleimhaut.
Sekretorisches IgA verhält
sich umgekehrt zum
Zonulin, d.h. beim Leaky Gut
ist Zonulin erhöht,
sekretorisches IgA erniedrigt.
Janeway, Ch. / Immunologie
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Firmicutes / Bacteroidetes-Ratio im Stuhl (Fi / Ba-Ratio)
- Firmicutes: z.B. Clostridien, Lactobazillen
- Bacteroidetes: z.B. Bacteroides, Prevotella
Firmicutes können resistente Stärke und andere unverdauliche
Kohlenhydrate in resorbiere Zucker, z.B. Glucose, umwandeln.
Firmicutes überwiegen bei Adipösen bei Adipösen bis zu
10% mehr Energieaufnahme als bei schlanken Personen
Bei Verdacht auf Zöliakie/einheimische Sprue:
Transglutaminase-AK,
ggf. zusätzlich Gliadin-AK, Endomysium-AK (Serum)
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Mögliche Indikationen der Firmicutes-Bacteroidetes-Ratio:
1) Eingangsdiagnostik und Verlaufskontrolle des Metabolischen
Syndroms bzw. des Leaky Gut-Syndroms unter Einbeziehung
von Zonulin und sekretorischem IgA*
2) Überwachung einer Ernährungstherapie und/oder einer
probiotischen Therapie
*Cave: Bei Entzündungen der Darmschleimhaut kann die FiBa-Ratio
unauffällig bleiben, wenn regulatorische Makrophagen und
regulatorische T-Lymphozyten über TGF-β eine massive Freisetzung
von sekretorischem IgA induzieren
Daher: wenn sIgA und FiBa-Ratio o.B. Hinweis auf blanden
Entzündungsprozess
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Zusammenfassung Labordiagnostik
(Eingangsuntersuchungen)
Material bei Leaky Gut
Zonulin Serum, Stuhl erhöht
Sekretorisches IgA Stuhl erniedrigt
Fi / Ba-Ratio Stuhl erhöht
Transglutaminase-AK Serum erhöht
weitere je nach
Krankheitsassoziation
je nach
Parameter je nach Parameter