Immunmetabolismus

Immunmetabolismus ist ein Forschungsgebiet, das neue Einblicke in das dynamische Zusammenspiel zwischen dem Immunsystem (Immunität) und den Stoffwechselprozessen eines Organismus (Stoffwechsel) gewährt. Immunmetabolismus versucht zu verstehen, wie der Stoffwechsel die Funktion von Immunzellen steuert. Er kann auf makroskopischer Ebene (z. B. in Fettgeweben (siehe Abbildung 1) oder in einer Tumormikroumgebung) und auf mikroskopischer Ebene, der zellulären Bioenergetik von Immunzellen (siehe Abbildung 2), untersucht werden.

 

 

Die Aktivierung, das Wachstum und die Proliferation, die Funktion und die Homöostase von Immunzellen sind eng mit dynamischen Veränderungen in den Konfigurationen des zellulären Stoffwechsels verknüpft. Die Nutzung bestimmter Stoffwechselwege wird durch Wachstumsfaktoren und die Nährstoffverfügbarkeit (die durch die Konkurrenz zwischen anderen interagierenden Zellen diktiert wird) sowie durch das Gleichgewicht interner Metaboliten, reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und reduzierender/oxidierender Substrate gesteuert. Zu den wichtigsten Stoffwechselwegen (siehe Abbildung 2), die die Immunzellantwort prägen, gehören die Glykolyse, der Tricarbonsäurezyklus (TCA-Zyklus), der Pentosephosphatweg (PPP), die Fettsäurenoxidation (FAO), die Fettsäuresynthese (FAS) und der Aminosäuren-Stoffwechsel (z. B. Glutamin, Arginin, Tryptophan). Die verschiedenen Immunzellsubsets nutzen unterschiedliche Stoffwechselwege, um das Überleben der Zellen, die Abstammungsentwicklung und die Funktion zu fördern. Beispielsweise nutzen entzündliche M1-Makrophagen oder sich rasch vermehrende Effektoren-T-Zellen, einschließlich T-Helfer-1- (TH1), TH17- und cytotoxischer CD8+-T-Zellen, Stoffwechselwege, die die Zellproliferation und die Produktion von Zytokinen unterstützen, wie etwa die Glykolyse oder die Fettsäuresynthese. M2-Makrophagen oder immunsuppressive regulatorische T-Zellen (Treg-Zellen) nutzen Stoffwechselwege, die Entzündungssignale hemmen und mit suppressorischen Funktionen verbunden sind, wie den TCA-Zyklus und die Fettsäurenoxidation. Die Verknüpfung von Stoffwechsel und Entzündung/Immunität ist ein Ansatz, um chronisch-schleichende Entzündungen und die damit verbundenen Pathologien wie Adipositas (T2D), Krebs, Autoimmun- und autoinflammatorische Erkrankungen zu verstehen und möglicherweise gezielt zu behandeln.