Post Covid: Mitochondrien und Immunsystem: Eine komplexe Wechselwirkung

Mitochondrien, die "Kraftwerke der Zelle", sind weit mehr als nur Energielieferanten. Sie spielen eine entscheidende Rolle in der Regulation des Immunsystems und der Immunabwehr. Dieser Artikel beleuchtet die vielfältigen Interaktionen zwischen Mitochondrien und Immunzellen, sowie die Bedeutung gesunder Mitochondrien für die Abwehr von Virusinfektionen.

Mitochondrien als Signalgeber im Immunsystem:

Mitochondrien sind dynamische Organellen, die auf zelluläre Stressoren und Pathogene reagieren, indem sie Signale aussenden, die die Immunantwort beeinflussen. Eine Schlüsselrolle spielen dabei mitochondriale Gefahrensignale (Mitochondrial Danger-Associated Molecular Patterns, DAMPs), die bei mitochondrialer Schädigung freigesetzt werden.

• Mitochondriale DNA (mtDNA): Ähnlich bakterieller DNA aktiviert freigesetzte mtDNA inflammatorische Signalwege über Rezeptoren wie TLR9 (Toll-like receptor 9) und cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) [1, 2]. Dies löst die Produktion von Typ-I-Interferonen und pro-inflammatorischen Zytokinen aus, die eine antivirale Immunantwort initiieren.

• Mitochondriale Proteine: Auch mitochondriale Proteine wie Formylpeptide und Mitochondrial Transcription Factor A (TFAM) können als DAMPs fungieren und Immunzellen aktivieren [3, 4].

• Reaktive Sauerstoffspezies (ROS): Mitochondrien sind die Hauptquelle für ROS in der Zelle. Moderate ROS-Produktion ist essentiell für die Signalübertragung in Immunzellen, während übermäßige ROS-Produktion zu oxidativem Stress und Zellschädigung führen kann [5].

Mitochondrien in Immunzellen:

Die Funktion von Mitochondrien ist entscheidend für die Aktivierung und Differenzierung von Immunzellen.

• T-Zellen: Mitochondrien regulieren die Aktivierung, Proliferation und Differenzierung von T-Zellen. Eine gestörte mitochondriale Funktion führt zur T-Zell-Erschöpfung, die bei chronischen Infektionen und Krebs beobachtet wird [6, 7]. Die Optimierung des mitochondrialen Stoffwechsels kann die Funktionalität von T-Zellen verbessern und somit die Immunantwort stärken [8].

• B-Zellen: Mitochondrien beeinflussen die Antikörperproduktion von B-Zellen. Studien zeigen, dass die mitochondriale Dynamik und der Stoffwechsel die Differenzierung von B-Zellen und die Antikörperproduktion steuern [9].

• Makrophagen: Mitochondrien spielen eine Rolle bei der Phagozytose und der Abtötung von Krankheitserregern durch Makrophagen. ROS, die von Mitochondrien produziert werden, sind an der Eliminierung von phagozytierten Bakterien beteiligt [10]. Mitochondriale DAMPs aktivieren inflammatorische Signalwege in Makrophagen und fördern die Freisetzung von Zytokinen [11].

• Natürliche Killerzellen (NK-Zellen): NK-Zellen sind Teil der angeborenen Immunität und erkennen und zerstören infizierte oder Tumorzellen. Mitochondrien regulieren die Zytotoxizität von NK-Zellen und die Produktion von Zytokinen wie IFN-γ (Interferon gamma) [12].

Gesunde Mitochondrien und antivirale Abwehr:

Eine optimale mitochondriale Funktion ist entscheidend für eine effektive Immunantwort gegen Virusinfektionen.

• Energieproduktion: Immunzellen benötigen große Mengen an Energie, um ihre Funktionen auszuüben. Mitochondrien liefern ATP (Adenosintriphosphat), das für die Aktivierung, Proliferation und Effektorfunktionen von Immunzellen essentiell ist [13].

• Antivirale Signalwege: Mitochondrien sind an der Aktivierung von antiviralen Signalwegen beteiligt, die zur Produktion von Typ-I-Interferonen führen. Diese Interferone hemmen die Virusreplikation und fördern die Eliminierung von infizierten Zellen [14].

• Mitophagie: Die Mitophagie ist ein selektiver Abbauprozess, der beschädigte Mitochondrien entfernt. Dies verhindert die Freisetzung von mitochondrialen DAMPs und die Aktivierung von Entzündungsreaktionen [15]. Eine effiziente Mitophagie trägt zur Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und zur Verhinderung von Virusinfektionen bei [16].

Mitochondriale Dysfunktion und Viruserkrankungen:

Mitochondriale Dysfunktion kann die Anfälligkeit für Virusinfektionen erhöhen und den Krankheitsverlauf negativ beeinflussen.

• Verminderte Immunantwort: Eine gestörte mitochondriale Funktion beeinträchtigt die Aktivierung und Funktion von Immunzellen, was zu einer verminderten Abwehr von Virusinfektionen führt [17].

• Erhöhte Entzündung: Mitochondriale Schäden können zur Freisetzung von DAMPs führen, die chronische Entzündungsreaktionen auslösen und Gewebeschäden verursachen [18].

• Viruspersistenz: Einige Viren können mitochondriale Funktionen manipulieren, um ihre eigene Replikation zu fördern und der Immunabwehr zu entgehen [19].

Therapeutische Ansätze:

Die gezielte Modulation der mitochondrialen Funktion bietet neue therapeutische Möglichkeiten zur Behandlung von Virusinfektionen und anderen Erkrankungen.

• Antioxidantien: Antioxidantien können oxidativen Stress reduzieren und die mitochondriale Funktion verbessern.

• Mitochondriale Nährstoffe: Die Zufuhr von mitochondrialen Nährstoffen wie Coenzym Q10 und L-Carnitin kann die Energieproduktion der Mitochondrien unterstützen.

• Mitophagie-Induktoren: Substanzen, die die Mitophagie fördern, können zur Entfernung beschädigter Mitochondrien beitragen und Entzündungen reduzieren.

• Immuntherapie: Die Modulation des mitochondrialen Stoffwechsels in Immunzellen kann die Effektivität von Immuntherapien gegen Krebs und Infektionen verbessern [20].

• IHHT Therapie: Die IHHT Therapie eliminiert geschädigte Mitochondrien und ersetzt diese durch neue, leistungsfähige Mitochondrien. Mitochondriale Dysfunktionen werden dadurch behoben. Gesunde Mitochondrien wirkt sich positiv auf das Immunsystem aus und hilft Krankheitserreger abzuwehren.

Schlussfolgerung:

Mitochondrien sind essentiell für die Regulation des Immunsystems und die Abwehr von Virusinfektionen. Gesunde Mitochondrien liefern Energie für Immunzellen, aktivieren antivirale Signalwege und tragen zur Eliminierung von Pathogenen bei. Mitochondriale Dysfunktion hingegen kann die Anfälligkeit für Infektionen erhöhen und den Krankheitsverlauf negativ beeinflussen. Die weitere Erforschung der komplexen Wechselwirkungen zwischen Mitochondrien und Immunsystem wird zu neuen therapeutischen Ansätzen führen, die die Immunabwehr stärken und die Behandlung von Infektionskrankheiten verbessern.

Referenzen

1. West, A. P., et al. (2015). Mitochondrial DNA stress primes the antiviral innate immune response. Nature, 520(7548), 553-557.

2. Rongvaux, A., et al. (2014). cGAS and STING mediate a constitutive DNA-sensing pathway that regulates IFN-β production. Cell, 156(7), 1380-1390.

3. Zhang, Q., et al. (2010). Circulating mitochondrial DAMPs cause inflammatory responses to injury. Nature, 464(7285), 104-107.

4. West, A. P., et al. (2011). TLR9 mediates innate immune activation by mitochondrial DNA following cellular damage. Nature, 474(7350), 105-109.

5. Sena, L. A., & Chandel, N. S. (2012). Physiological roles of mitochondrial reactive oxygen species. Molecular cell, 48(2), 158-167.

6. Buck, M. D., et al. (2016). Metabolic instruction of immunity. Cell, 166(6), 1275-1286.

7. Wherry, E. J. (2011). T cell exhaustion. Nature immunology, 12(6), 492-499.

8. Chaudhri, G., et al. (2013). Metabolic regulation of T lymphocyte fate decisions. Cell metabolism, 18(3), 606-618.

9. Jang, K. J., et al. (2015). Mitochondrial function provides instructive signals for activation-induced B-cell fates. Nature communications, 6(1), 1-13.  

10. West, A. P., et al. (2011). NLRP3 inflammasome activation is triggered by mitochondrial DNA released following damage. Nature, 474(7350), 105-109.

11. Zhou, R., et al. (2011). A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation. Nature, 469(7329), 221-225.

12. Kepp, O., et al. (2011). Mitochondria also regulate cell death by controlling the ATP supply. Nature cell biology, 13(11), 1326-1332.

13. O'Neill, L. A., & Pearce, E. J. (2016). Immunometabolism governs dendritic cell and macrophage function. The Journal of experimental medicine, 213(1), 15-23.  

14. McWhirter, S. M., et al. (2005). IFN-regulatory factor 3-dependent gene expression is defective in Tbk1-deficient mouse embryonic fibroblasts. Proceedings of the National Academy of Sciences, 102(1), 233-238.  

15. Pickles, S., et al. (2018). Mitophagy and the mitochondrial unfolded protein response in neurodegeneration and bacterial infection. BMC biology, 16(1), 1-13.

16. Sliter, D. A., et al. (2018). Parkin and PINK1 mitigate STING-induced inflammation. Nature, 561(7722), 258-262.

17. Bahat, A., et al. (2018). Metabolic regulation of stem cell commitment and lineage choice. Cell stem cell, 22(6), 762-777.

18. Green, D. R., et al. (2011). Mitochondria and the autophagy-inflammation-cell death axis in organismal aging. Science, 333(6046), 1109-1112.  

19. Khan, M., et al. (2015). Mitochondrial dynamics and viral infections: A close nexus. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics, 1853(10), 2822-2833.

20. Everts, B., et al. (2014). TLR-driven early glycolytic reprogramming via the kinases TBK1-IKKε supports the anabolic demands of dendritic cell activation. Nature immunology, 15(4), 323-332.