Warum Allergien entstehen – Wiederholter Kontakt könnte Nervenzellen „prägen“ und Reaktionen verstärken

Pollen, Tierhaare oder bestimmte Lebensmittel können von unserem Immunsystem jahrelang unbemerkt bleiben – doch plötzlich reagiert der Körper empfindlich. Warum Menschen erst nach wiederholten Kontakten Allergien entwickeln, ist bis heute nur teilweise verstanden. Ein neuer Ansatz richtet den Blick nun auf sensorische Nervenzellen.

Diese Zellen melden normalerweise Reize wie Juckreiz oder Schmerz an das Nervensystem. Im Mausmodell veränderten sie sich nach einem ersten Kontakt mit bestimmten Allergenen – doch nur vorübergehend. Beim nächsten Reiz reagierten sie stärker und lösten frühe Schritte der allergischen Immunantwort aus. Dieses „neuroimmmune Gedächtnis“ könnte verantwortlich für das Entstehen von Allergien sein. Gemeint ist mit „Gedächtnis“ allerdings nicht ein Erinnerungsspeicher wie im menschlichen Gehirn, sondern eine länger anhaltende Veränderung innerhalb der Zellen.

Mass General Brigham, ein Verbund mehrerer US-Krankenhäuser und führender Forschungseinrichtungen, berichtet über die Arbeit eines Forscherteams um Xueping Zhu und Caroline L. Sokol zu sensorischen Nervenzellen, die sich nach wiederholtem Kontakt mit bestimmten Allergenen veränderten. Sie erschien im Fachjournal Immunity.

Warum entstehen Allergien – Nervenzellen speichern offenbar frühere Kontakte

Die Forschenden knüpften an frühere Befunde an, wonach sensorische Nervenzellen bestimmte Allergene direkt erkennen können. Sokol beschreibt die Ausgangsidee so: „Wir fragten uns, ob ein erster Allergenkontakt eine Spur hinterlassen könnte – nicht genug, um allein eine vollständige allergische Reaktion auszulösen, aber genug, um die Nervenzellen beim nächsten Mal stärker reagieren zu lassen.“

Für ihre Versuche verwendeten die Wissenschaftler das Allergen Papain, ein Enzym aus der Papaya, das Eiweiße spalten kann. Mäuse kamen zweimal im Abstand von sieben Tagen damit in Kontakt. Beim zweiten Mal fiel ihre allergische Reaktion heftiger aus, sie kratzten sich deutlich mehr. Zudem wurden mehr Abwehrzellen aktiviert, die an allergischen Reaktionen beteiligt sind. Wurde Papain vorher durch Hitze unwirksam gemacht, blieb dieser verstärkte Effekt aus. Offenbar war also die eiweißspaltende Wirkung des Allergens nötig.

Nach dem ersten Kontakt blieben die beteiligten Nervenzellen für eine gewisse Zeit verändert. Dabei schalteten sie ihren Energiestoffwechsel hoch und bauten ihre Mitochondrien, die „Kraftwerke“ der Zellen, um. Beim nächsten Allergenkontakt konnten sie dadurch schneller und stärker reagieren. Sie setzten außerdem eine größere Menge des Botenstoffs „Substanz P“ frei. Dieser lockt weitere Immunzellen an und verstärkt die allergische Reaktion.

Sensibilisierte Nervenzellen reagieren auch auf andere ähnliche Reize

Die Verstärkung ließ sich gezielt unterbrechen. Fehlte ein bestimmter Stoffwechsel-Schalter namens mTORC1 in der Zelle, der unter anderem Energieversorgung und Zellaktivität steuert oder war ihre mitochondriale Stabilität gestört, verschwand der Trainingseffekt der Zellen auf das Allergen. Die erste Reaktion auf ein Allergen blieb jedoch weitgehend erhalten. Das spricht für einen Unterschied zwischen der normalen Wahrnehmung eines Allergens und der späteren Verstärkung.

Eine bloße Aktivierung der Nervenzellen genügte ebenfalls nicht: Capsaicin, der scharfe Stoff aus Chilischoten, löste keine vergleichbare Prägung aus. Offen ist noch, welcher molekulare Sensor den ersten Schritt dieses Vorgangs auslöst.

Besonders auffällig war ein weiterer Versuch. Ein erster Kontakt mit Papain verstärkte auch später die Reaktion auf Hausstaubmilben und den Schimmelpilz Alternaria alternata. Diese Allergene unterscheiden sich molekular von Papain, besitzen aber ebenfalls eiweißspaltende Enzyme.

Die Nervenzellen scheinen daher nicht die exakte Struktur eines Allergens zu „erinnern“. Stattdessen könnte eine gemeinsame Eigenschaft der Reize den trainierten Zustand auslösen. Im Mausmodell entstanden so stärkere Immunantworten auch gegen ein anderes Allergen als beim ersten Kontakt. Das könnte erklären helfen, warum sich Empfindlichkeiten im Lauf der Zeit ausweiten.

Allergische Reaktion in den Zellen bleibt nicht dauerhaft

Diese Art von Prägung war jedoch nicht von Dauer. Nach 21 Tagen war die verstärkte Reaktion im Mausmodell noch nachweisbar, nach 28 Tagen dagegen nicht mehr. Auch die mTORC1-Aktivität näherte sich dann wieder dem Ausgangsniveau. „Das allergische Gedächtnis in den Nervenzellen verblasste mit der Zeit in unseren Modellen,“ erklärt Sokol. Für sie ist dieser Vorgang ermutigend: Ihr Team untersucht nun, ob sich dieser Zustand gezielt zurücksetzen lässt. Die Autoren halten das zeitlich begrenzte Fenster auch hinsichtlich saisonaler Allergenkontakte für interessant, wenn verschiedene Auslöser innerhalb weniger Wochen auftreten.

Für Menschen lässt sich daraus noch keine Behandlung ableiten. Direkte Belege für ein solches Training sensorischer Nervenzellen beim Menschen fehlen zudem aktuell. Untersucht wurden bisher lediglich frühe Schritte der Sensibilisierung wie Juckreiz und die Aktivierung von T-Helferzellen, jene Immunreaktion, die an der Entstehung von Allergien beteiligt ist.

Spätere Vorgänge wie die Bildung von IgE-Antikörpern, die Aktivierung von Mastzellen oder schwere allergische Reaktionen gehörten nicht zum Versuchsmodell. Auch könnten noch andere Zellen im Gewebe an der allergischen Prägung beteiligt sein. Offen bleibt außerdem, ob der Mechanismus auch bei Allergenen ohne eiweißspaltende Enzyme vorkommt.

Kurz zusammengefasst:

Wiederholte Kontakte mit bestimmten Allergenen könnten sensorische Nervenzellen vorübergehend „prägen“, sodass sie beim nächsten Kontakt stärker reagieren und frühe Schritte einer allergischen Immunantwort verstärken.
Im Mausmodell hing dieser Effekt mit dem Zellschalter mTORC1 und Veränderungen der Mitochondrien zusammen; dadurch wurden die Nervenzellen reaktionsbereiter und setzten mehr allergiefördernde Botenstoffe frei.
Die Prägung hielt nur einige Wochen an und verstärkte teils auch Reaktionen auf andere Allergene. Doch ob derselbe Mechanismus beim Menschen dazu beiträgt, dass sich mehrere Allergien entwickeln, ist bislang nicht belegt.

Übrigens: Nicht nur wiederholte Allergenkontakte könnten Reaktionen verstärken – auch ein akuter Virusinfekt kann das Immunsystem so verändern, dass Allergien heftiger ausfallen. Welche Immunzellen dabei offenbar besonders reaktionsfreudig werden und warum das Risiko nur vorübergehend steigt, erklärt eine Studie. Mehr dazu in unserem Artikel.