Nutritional immunity: Pathogenabbwehr auf Ebene der Spurenelemente - Eisen

• Essentielle Elemente werden vor Pathogenen versteckt

• “Beschlagnahme” (Sequestrierung von Spurenelementen durch den menschlichen Körper im Rahmen einer Entzündung

• parenchymale Ablagerung von Eisen (hauptsächlich in der Leber)

• schwächt mikrobielle Abwehr = zu viel Eisen fördert Pathogenwachstum

• Hämochromatose erhöht die Mortalität bei Patienten nach Lebertransplantation

• Hämochromatose schwächt mikrobiele Abwehr und verstärkt Verlaufsschwere

• Eisenchelatoren unterstützen die Malariabehandlung

• Geringer Serumferritin-Wert (Eisenarmut) senkt Malariarisiko (Meta-Analyse)

• ist toxisch, deswegen ist es mit wenigen Ausnahmen proteingebunden

• Freie Eisenionen förder die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (Fenton-Reaktion)

Fe2+ + H2O2 —> OH- + OH°

• prosthetische Gruppe

• Funktion:

  • Sauerstofftransport (z.B. Hämoglobin)

  • Elektronentransfer (z.B. Cytochrom c (CYC)

  • Oxidoreduktasen (z.B. CYC-Oxidase, CYP450s, Katalase)

• Eisen-Schwefel-Cluster (Enzyme): z.B. Atmungskettenkomplexe

• Metalloproteine (Enzyme): z.B. Aminosäure-Hydroxlasen, Ribonukleotid-Reduktase

Eisenspeicherung/-transport (Chelatoren) z.B. Transferrin, Ferritin

• Eisen im Körper: < 5 g

• Eisen in Hämoglobin: 10^9/Erythrozyt (2,5 g total)

• Fe3+-Bindungskapazität von Ferritin: 4500/Molekül (2 g total)

• labiles Eisen (Zelle): 10^-7 M

• Freies Eisen: 10^-24 M

• alimentäre Aufnahme (Bedarf): 10-60 mg/Tag

• Redoxfaktor (Bindung und Aktivierung von Sauerstoff, Elektronentransfer)

• Prosthetische Gruppen: Häm-Proteine, Eisen-S-Cluster, Co-Faktor: Nicht-Häm-Enzyme

• Chelatoren, freie Ionen (ROS-Produktion)

Immunantwort über (Mikro)Nährstoffe

1. Pathogen klauen essentiele Spurenelemente vom Wirt

2. Wirt kann Pathogene bekämpfen, in dem diese essentiellen Spurenelemente versteckt werden

1. Eisen/Zink werden aus der Zirkulation gezogen bei Entzündung

2. Eisenkonzentration steht in direkten Zusammenhang mit Pathogenwachstum/Infektionsschwere

• Ferritin wird verringert

• wird über Export und Import reguliert

?

• oxidative burst in Phagozyten

• normale Zellfunktion: Proliferation

• Sequestrierung: Teil der Immunantwort

• Transferrun als negatives Akute-Phase-Protein

• Lactoferrin als AMP

• Myeloperoxidase (Neutrophile)

Hämoglobin

?

• Hb niedrig

• Transferrin niedrig

• Ferritin erhöht

• Hepcidin erhöht

• Hb niedrig

• Transferrin niedrig

• Ferritin niedrig

• Hepcidin niedrig

• einziger Fe(II)-Exporter

• Hepcidin-Rezeptor

• wird zentral von der Leber gesteuert

• verhindert basolaterale Eisenabgabe an Transferrin im Darm (Mucosa-Block = Eisen wird in der Darmzelle festgehalten)

• auch extra-intestinal wird Eusenabgabe ins Plasma durch Hepcidin verhindert