Blutstammzellen im Tiefschlaf: Was unser Immunsystem im Alter schützen könnte
Heidelberger Forscher entdecken bei Mäusen besonders ruhende Blutstammzellen, die langfristig die Blutbildung aufrechterhalten können.
Eine verborgene Stammzellreserve könnte unser Immunsystem im Alter länger leistungsfähig halten. © Pexels
Unser Körper produziert täglich Milliarden neuer Blutzellen. Sie versorgen unsere Organe mit Sauerstoff, bekämpfen Krankheitserreger und schützen uns vor Blutverlust. Doch mit zunehmendem Alter lässt die Leistungsfähigkeit der Blutbildung und des Immunsystems nach. Wissenschaftler aus Heidelberg haben nun bei Mäusen eine bislang übersehene Gruppe von Blutstammzellen entdeckt, die außergewöhnlich lange in einer Art Tiefschlaf verharrt. Diese Zellen könnten helfen zu verstehen, wie sich die Blutbildung und die Immunabwehr bis ins hohe Alter erhalten lassen.
Das Forschungsteam des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) und des Stammzellinstituts HI-STEM machte dabei eine überraschende Beobachtung: Selbst nach mehr als 200 Tagen trugen noch 10 bis 15 Prozent der neu identifizierten Blutstammzellen einen Marker für geringe Teilungsaktivität. Bei den bisher bekannten Stammzellen waren es nur rund zwei Prozent. Trotz ihrer langen Ruhephasen behielten die Zellen ihre Fähigkeit, neue Blutzellen hervorzubringen. Außerdem reagierten sie weniger empfindlich auf bestimmte Entzündungsreize. Über die Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachjournal Cell Stem Cell.
Blutstammzellen bleiben durch lange Ruhephasen funktionsfähig
Blutstammzellen sitzen im Knochenmark und können sich selbst erneuern. Häufige Zellteilungen können ihre langfristige Regenerationsfähigkeit jedoch beeinträchtigen. Deshalb verbringen viele dieser Zellen einen großen Teil ihres Lebens im Ruhezustand und werden erst bei Bedarf aktiv. Die besonders langlebige Zellgruppe könnte eine Reserve bilden, auf die der Körper über lange Zeit zurückgreifen kann.
Lange orientierten sich Wissenschaftler bei der Identifizierung von Blutstammzellen vor allem am Oberflächenprotein CD150. Zellen ohne dieses Merkmal wurden häufig nicht als langlebige Blutstammzellen berücksichtigt. Die Heidelberger Wissenschaftler fanden jedoch eine bislang weitgehend übersehene Gruppe, die kein CD150 trägt, dafür aber das Protein EPCR. Sie bezeichnen diese Zellen als LT-HSC2.
Entdeckung erweitert bekannte Stammzellreserve um mehr als 15 Prozent
Mit dem zusätzlichen Erkennungsmerkmal EPCR lassen sich die unterschiedlichen Stammzellgruppen gezielter voneinander unterscheiden. Nach Angaben der Wissenschaftler erweitert die neu charakterisierte Population den bekannten Bestand langfristig funktionsfähiger Blutstammzellen um mehr als 15 Prozent.
Die beiden Gruppen unterscheiden sich vor allem in drei Eigenschaften:
- Ruhephasen: Die neu identifizierten Stammzellen teilen sich besonders selten und bewahren ihre Regenerationsfähigkeit über lange Zeit.
- Entzündungen: Sie verlassen ihren Ruhezustand bei bestimmten Entzündungssignalen seltener als herkömmliche Blutstammzellen.
- Blutbildung: Sie entwickeln sich bevorzugt zu Lymphozyten, während die bisher bekannten Stammzellen stärker auf rote Blutkörperchen und Blutplättchen ausgerichtet sind.
Entzündungen aktivieren die neue Stammzellreserve seltener
Bei Infektionen und Entzündungen benötigt der Körper häufig zusätzliche Abwehrzellen. Bestimmte Botenstoffe regen deshalb Blutstammzellen zur Teilung an. Wiederholte Aktivierungen können jedoch ihre langfristige Regenerationsfähigkeit beeinträchtigen.
Die Heidelberger Wissenschaftler untersuchten unter anderem die Reaktion auf Interleukin-1 und Signale des Typ-I-Interferonsystems. Bei den neu identifizierten Stammzellen fiel die Aktivierung durch diese Entzündungsreize in den Mäusen geringer aus. Dieser Schutz könnte dazu beitragen, dass die Zellen ihre Funktion besonders lange behalten. Welche biologischen Mechanismen ihren ausgeprägten Ruhezustand aufrechterhalten, ist noch nicht vollständig geklärt.
Auch einzelne Stammzellen können langfristig neues Blut bilden
Die neu charakterisierten Zellen entwickeln sich bevorzugt zu Lymphozyten. Diese weißen Blutkörperchen gehören zur gezielten Immunabwehr und erkennen unter anderem Krankheitserreger. Dennoch können die Stammzellen auch rote Blutkörperchen, Blutplättchen und weitere Immunzellen hervorbringen.
Bei Transplantationsversuchen reichten bereits 30 dieser Stammzellen aus, um in Mäusen über mehr als 48 Wochen verschiedene Blutzelltypen zu bilden. Auch nach einer zweiten Transplantation blieb diese Fähigkeit erhalten. Weitere Experimente mit einzelnen Stammzellen bestätigten die langfristige Regenerationsfähigkeit zumindest eines Teils dieser Population.
Entdeckung könnte Leukämie-Therapien künftig verbessern
„Wir zeigen hier, dass Blutstammzellen keine einheitliche Zellpopulation darstellen, sondern verschiedene Untergruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Aufgaben umfassen“, erklärt Erstautorin Dawn Lin in der Pressemitteilung des Deutschen Krebsforschungszentrums.
Bei Leukämie und anderen schweren Bluterkrankungen kommen Stammzelltransplantationen zum Einsatz. Dabei sollen gesunde Stammzellen nach einer intensiven Behandlung die Blutbildung wiederherstellen. Besonders langlebige und dauerhaft funktionsfähige Zellen könnten für die Weiterentwicklung solcher Therapien interessant sein.
Studienleiter Andreas Trumpp sieht außerdem Potenzial für die Erforschung des Alterns. Ein besseres Verständnis der Stammzellreserven könnte künftig helfen, den altersbedingten Leistungsabfall von Blutbildung und Immunsystem zu verhindern. Bislang wurden die besonders ruhenden Zellen allerdings nur bei Mäusen untersucht. Ob eine vergleichbare Population auch beim Menschen existiert, ist noch nicht bewiesen. Laut Trumpp gibt es erste Anhaltspunkte dafür. Das Heidelberger Team will diese als Nächstes untersuchen.
Kurz zusammengefasst:
- Entdeckung: Heidelberger Forscher haben bei Mäusen Blutstammzellen entdeckt, die außergewöhnlich lange ruhen und ihre Fähigkeit zur Blutbildung bewahren.
- Besonderheit: Nach über 200 Tagen trugen noch 10 bis 15 Prozent dieser Zellen einen Ruhemarker, bei herkömmlichen Stammzellen waren es nur zwei Prozent.
- Bedeutung: Die Entdeckung könnte helfen, das Immunsystem im Alter länger leistungsfähig zu halten und Stammzelltherapien zu verbessern – beim Menschen ist das noch nicht nachgewiesen.
Übrigens: Das Immunsystem altert nicht bei allen Menschen gleich schnell. Wissenschaftler fanden heraus, dass das Verhältnis bestimmter Abwehrzellen im Blut mit dem Risiko für chronische Krankheiten und einen frühen Tod zusammenhängt. Mehr dazu in unserem Artikel über das biologische Alter des Immunsystems.
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