Diese Simulation zeigt, wie Antikörper des Immunsystems Coronaviren attackieren. Sie setzen sich auf die Andockstellen der Viren und machen sie unschädlich.
Bild: Getty Images/koto_feja

BerlinCorona-Infektionen verlaufen höchst unterschiedlich. Die einen merken kaum etwas davon, die anderen landen auf der Intensivstation, müssen manchmal sogar beatmet werden. Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass das Immunsystem selbst gelegentlich über das Ziel hinausschießt und damit teilweise größere Schäden anrichtet als das Coronavirus selbst. Auch wenn es glücklicherweise zurzeit kaum schwere Fälle gibt, sind die Erkenntnisse wichtig für das Verstehen der Krankheit und für mögliche künftige Therapien.

Zunächst ähnelten sich meist die Krankheitsverläufe, erklärt Roland Eils, Professor und Gründungsdirektor des Zentrums für Digitale Gesundheit am Berlin Institute of Health (BIH), aus der Beobachtung von Patienten der Charité. Etwa sieben bis neun Tage nach dem Auftreten der ersten Symptome entwickle sich die Erkrankung dann in zwei Richtungen weiter. Die meisten Patienten erholten sich wieder, doch etwa zehn bis 15 Prozent liefen „in einen teilweise dramatisch erschwerten Krankheitsverlauf“ hinein, wie Roland Eils in einem Podcast des BIH erzählt. „Und da war es natürlich naheliegend, sich die Antwort unseres Immunsystems auf die Virusinfektion mit dem neuartigen Coronavirus im Detail anzuschauen.“

Die Forscher des BIH haben dabei unter anderem mit Medizinern der Charité und des Universitätsklinikums Leipzig zusammengearbeitet, um im Rahmen einer Studie Patientenproben zu gewinnen. Proben von 19 Patienten und fünf gesunden Kontrollpersonen wurden untersucht – und zwar mit Methoden der sogenannten Einzelzellanalyse, einem noch recht jungen Forschungsgebiet. Dabei wird das Erbgut einzelner Zellen untersucht, um den Ablauf der Infektion exakt nachzuvollziehen. Die BIH-Forscher sequenzierten im Labor der Immunologen an der Charité insgesamt 160.528 Zellen. Dazu gehörten Gewebezellen aus Nase und Rachen sowie Immunzellen. Die Ergebnisse der Studie erschienen in der Zeitschrift Nature Biotechnology. 

Wie bereits bekannt, dockt das neuartige Coronavirus an die Zelle mit dem Spike-Protein an – dessen Teilchen als kronenartige Gebilde auf der Oberfläche zu erkennen sind. Eintrittspforten in die Zellen bilden die sogenannten ACE2-Rezeptoren. Die infizierten Zellen senden daraufhin einen „Hilferuf“ an das Immunsystem. Immunzellen kommen herbei, die die befallenen Zellen gezielt abtöten und das Virus neutralisieren. Die Immunzellen schütten bestimmte Botenstoffe aus, die die Abwehr aktivieren sollen. Fatalerweise trägt bei Covid-19 ausgerechnet einer dieser  Immunbotenstoffe dazu bei, dass die Gewebezellen verwundbarer für die Infektion werden. Der Botenstoff Gamma-Interferon sorgt nämlich dafür, dass die Zellen mehr ACE2 bilden, also mehr Eintrittspforten für Sars-CoV-2 entstehen.

„Im Fall von Covid-19 hilft das Immunsystem so dem Virus, weitere Zellen zu infizieren, und verstärkt somit die Erkrankung“, sagt Irina Lehmann, Professorin und Leiterin der Arbeitsgruppe Molekulare Epidemiologie am BIH. Außerdem beobachteten die Forscher, dass vor allem bei schwer Erkrankten die Immunzellen mit einer überschießenden Entzündung reagieren. In diesen Fällen werde die Immunantwort leider nicht abgedämpft, wenn die primäre Infektion erfolgreich bekämpft sei, sagt Roland Eils. Die Immunzellen seien weiter aktiv und fingen an, auch gesunde, nicht infizierte Zellen anzugreifen. In der Lunge der Patienten würden viele Gewebezellen in den Zelltod getrieben. Aus der Überreaktion des Immunsystems lässt sich erklären, warum sich der Zustand einiger Patienten nach etwa einer Woche abrupt zum schlechteren wendet, sodass sie oft sogar beatmet werden müssen.

Oft wird von „Zytokinsturm“ gesprochen, wenn es um eine überschießende Immunantwort geht. Zytokine – das ist der Oberbegriff für die bereits erwähnten Botenstoffe der Immunzellen. Zu ihnen gehören neben den Interferonen – wie in der BIH-Studie beschrieben – auch Interleukine und andere Signalproteine. Bereits vor Wochen hatten  US-Forscher im Wissenschaftsjournal Science  beschrieben, dass sich Zytokine im Körper mancher Covid-19-Kranker an ein bestimmtes Molekül – eine Art Generalschlüssel – anlagerten, das an nahezu allen Zellen andocken könne. Auf diese Weise entstehe ein „systemischer Zytokinsturm“, so ein Forscher. Mit schlimmen Folgen. Man findet nicht nur plötzliche Atemstörungen und schwere Lungenschäden, sondern auch Gewebeschäden und Entzündungen in vielen anderen Organen. Die überschießende Immunantwort ist die Todesursache vieler an Covid-19 Verstorbener.

Erst im Jahre 2010 wies ein amerikanisch-japanisches Forscherteam nach, dass auch bei der verheerenden Spanischen Grippe 1918 mit fast 50 Millionen Toten der „Zytokinsturm“ massenhaft Opfer gefordert hatte. Durch den massiven Angriff der Immunzellen hätten sich die Lungen mit Wasser gefüllt, sodass die Patienten gewissermaßen innerlich ertrunken seien, schrieben die Forscher. Die Haut verfärbte sich oft dunkelblau. Der Tod trat in kürzester Zeit ein. Damals traf es Menschen zwischen 20 und 40 Jahren besonders schwer. Man erklärte dies damit, dass bei ihnen das Immunsystem noch besonders stark gewesen sei und deswegen besonders heftig reagiert habe. Eine andere Theorie geht von möglichen Teil-Immunitäten bei älteren Altersgruppen aus.

Doch wer ist heute am meisten gefährdet? Die These vom jungen, überschießenden Immunsystem trifft ja offenbar auf Covid-19 nicht zu. Eine Antwort darauf kann die BIH-Studie mit weniger als 30 Patienten kaum geben. Roland Eils weist jedoch darauf hin, dass man jetzt ganz genau beschreiben könne, „wie dieses Überschießen der Immunantwort in diesen Patienten mit den schweren Krankheitsverläufen aussieht“. Auf dieser Grundlage könnte man eine klinische Studie durchführen, um die Wirkung bestimmter Medikamente gegen eine überschießende Immunantwort zu testen und nachzuweisen. „Nun, glücklicherweise fehlen uns dafür zurzeit die Patienten, um solche klinischen Studien durchzuführen“, sagt Eils. Aber man habe mit dem Studienergebnis eine Hypothese, die man einsetzen könne, wenn es zu weiteren Pandemiewellen kommen sollte.

Für Länder wie die USA, Brasilien, Russland und Indien wären die Erkenntnisse auch aktuell weiter wichtig. Ende April war zum Beispiel das Medikament Dexamethason als neue Hoffnung ins Gespräch gekommen. Es ist ein Cortison-Medikament, das die Immunreaktion des Körpers schwächt.  Erste Ergebnisse einer britischen Studie zeigten, dass Dexamethason das Sterberisiko bei Patienten, die künstlich beatmet werden mussten, deutlich verringerte – und zwar um ein Drittel. Es helfe gerade jenen Patienten, die am schwersten betroffen seien, sagen Forscher. Eine vorbeugende Gabe hat keinen Sinn – ja, sie ist sogar schädlich, weil sie das Immunsystem allgemein dämpft.

Roland Eils spricht davon, dass man auf der Grundlage der BIH-Studienergebnisse mit Medikamenten ganz spezifisch die gefundene Interaktion zwischen Gewebe und Immunzellen stören würde. „Und wir wissen auch, welche Medikamente dafür gezielt eingesetzt werden können“, sagt Eils, ohne Wirkstoffe zu nennen. Aus diesem Grunde habe man die Ergebnisse der Studie sofort auf sogenannten Preprint-Servern veröffentlicht. Und jetzt müsse man schauen, ob diese Ergebnisse aufgegriffen werden, insbesondere von „klinischen Partnern in solchen Ländern, die noch mittendrin stecken in einem sehr schweren Pandemieverlauf“.