Leaky Gut und assoziierte Krankheiten

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1 Leaky Gut und assoziierte Krankheiten Dr. med. univ. Kurt Kraus Laborarzt MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH Otto-Hahn-Straße Ettlingen

2 Was ist Leaky Gut ( undichter Darm )? Eine krankhaft erhöhte Permeabilität der Darmschleimhaut, die durch eine aktive Lockerung der Tight Junctions des Darmepithels entsteht. MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 2

3 Die Tight Junctions verbinden die Epithelzellen des Darmes eng miteinander. Abdichtung des Darmepithels ( Epithel-Kitt ) Barriere gegen Bakterien und Nahrungsmittelantigene schematische Darstellung elektronenmikroskopische Aufnahme Aber: Zonulin kann den Darm undicht machen ( Kitt-Löser ) Zonulin löst ZO-1 aus dem Proteinkomplex der Tight Junctions parazelluläre Zwischenräume zwischen den Epithelzellen MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 3

4 Physiologische Funktionen des Zonulins - Regulierung des Stroms von Flüssigkeiten, Makromolekülen und Leukozyten vom Darmlumen in Richtung Blutgefäße und umgekehrt, - Ausschwemmung pathogener Keime aus dem Schleimhautbindegewebe (Schutzmechanismus) Aber: Unter pathologischen Bedingungen Zonulin Folge: Leaky Gut MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 4

5 Physiologischer Zustand Intakte Schleimhautbarriere 90% der NM-Antigene werden im Epithel verdaut. nur 10% werden von dendritischen Zellen und regulatorischen Makrophagen phagozytiert. Fortsätze dendritischer Zellen zwischen Epithelzellen Bischoff, St.C., Probiotika, Präbiotika und Synbiotika MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 5

6 Transzellulärer Transport durch M-Zellen hindurch zu den dendritischen Zellen und regulatorischen Makrophagen (= Antigen präsentierende Zellen) Janeway, Ch. / Immunologie MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 6

7 Doppelfunktion der dendritischen Zellen und der regulatorischen Makrophagen: 1) Freisetzung der Zytokine Interleukin 10 (IL-10) und Transforming Growth Factor-β (TGF-β) 2) Antigenpräsentation gegenüber T-regulatorischen Lymphozyten (Treg-Zellen) Dendritische Zellen und Makrophagen = Antigen präsentierende Zellen MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 7

8 nach Antigenpräsentation Vermehrung der Treg-Zellen, welche ihrerseits IL-10 und TGF-β freisetzen Janeway, Ch. / Immunologie MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 8

9 IL-10 und TGF-β hemmen die Aktivitäten anderer, und zwar aggressiver Immunzellen (Th1-Zellen, Th17-Zellen, γδ-t-zellen, klassisch-aktivierte Makrophagen), so dass diese aggressiven Immunzellen gegen die NM-Antigene keine potenziell pathogenen Immunreaktionen (Unverträglichkeitsreaktionen) entwickeln können. Immuntoleranz gegen NM-Antigene Die aufgenommenen NM sind für den Menschen verträglich. MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 9

10 Bei intakter Schleimhautbarriere wird die Immunreaktion gegen NM-Antigene aktiv unterdrückt (Immuntoleranz) Die NM-Antigene werden vom Immunsystem toleriert keine pathogenen Immunreaktionen Die Nahrungsmittel sind verträglich. MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 10

11 Leaky Gut-Syndrom Bei undichter Schleimhaut Immuntoleranz Die NM-Antigene werden NICHT mehr toleriert. pathologische Überstimulation des Immunsystems nach Einschwemmung der NM-Antigene Entzündungen im Darm und in anderen Organen, letzteres durch Einwanderung aktivierter, aggressiver Immunzellen in die betreffenden Organe Leaky Gut-Syndrom MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 11

12 Ursachen des Leaky Gut-Syndroms sind genetische Prädispositionen, vergesellschaftet mit - Enteritis durch pathogene Keime - oder Dysbiose der Darmflora (Fehlbesiedlung des Darmes) - oder bestimmten, unverträglichen NM-Antigenen Folge: Zonulin MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 12

13 Wie entsteht ein Leaky Gut? Zonulin löst ZO-1 aus dem Proteinkomplex der Tight Junctions parazelluläre Zwischenräume zwischen den Epithelzellen MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 13

14 Beispiel: Leaky Gut bei Zöliakie/einheimischer Sprue Fasano; Physiol Rev VOL 91 January 2011 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 14

15 Folgen des Leaky Gut Die regulatorischen Makrophagen und regulatorischen T-Lymphozyten werden von den NM-Antigenen überrannt. Die NM-Antigene werden jetzt stattdessen von aggressiven klassisch-aktivierten Makrophagen und dendritischen Zellen phagozytiert (= Antigen präsentierenden Zellen). Die aggressiven Antigen präsentierenden Zellen präsentieren die NM-Antigene aggressiven T-Lymphozyten, nämlich Th1-Zellen, Th17-Zellen und γδ-t-zellen und sorgen außerdem über die Freisetzung von IL-12 dafür, dass noch weitere aggressive Th1-Zellen gebildet werden. Umschaltung von immuntolerantentreg zu proinflammatorischen Th1 und TH17 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 15

16 Die agressiven T-Lymphozyten setzen proinflammatorische Zytokine frei: Tumor-Nekrose-Faktoralpha (TNF-α), Interferon-gamma (IFN-γ), Interleukin-17 (IL-17); außerdem Freisetzung von Stickoxid-Radikalen (NO ). Die Umschaltung von Treg zu Th1 wird weiter verstärkt durch das proinflammatorische Zytokin IFN-γ (Circulus vitiosus) wahrscheinlich auch durch den ungehinderten, starken Einstrom der NM-Antigene beim Leaky Gut exzessive, pathologische Stimulation des Immunsystems Schleimhautentzündungen Zelltod von Enterozyten Schleimhautatrophie Malabsorption MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 16

17 Genetische und alimentäre Risikofaktoren an den Beispielen Zöliakie und Weizensensitivität Zöliakie 1) Haptoglobin-Polymorphismus (Hypothese) Es gibt die Phänotypen HP 1-1 homozygot, HP 1-2 heterozygot, HP 2-2 homozygot. Zonulin ist identisch mit Prä-HP-2. Fasano; Physiol Rev VOL 91 January 2011 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 17

18 HP 2-2 homozygot: mit besonders schwerer Malabsorption assoziiert 2) HLA-Polymorphismus Zöliakie ist assoziiert mit HLA-DQ2 (ca. 90%) oder HLA-DQ8 (ca. 10%) + Autoantigen Transglutaminase 2 (TG2) MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 18

19 1) Glutenpeptide werden in Antigen präsentierenden Zellen von der Transglutaminase deamidiert. 2) Durch die Deamidierung wird die Bindung der Glutenpeptide an HLA-DQ2 bzw. HLA-DQ8 verstärkt Folge der starken Bindung: Umschaltung auf Th1 (proinflammatorisch) 3) Andauernde, massive Stimulation aggressiver T-Zellen und anderer Immunzellen, da sich das Glutenpeptid nicht aus seiner Bindung löst. 4) Potenzierung der Entzündungsreaktion, Untergang von Epithelzellen und Schleimhautatrophie 5) Ausweitung des Leaky Gut Bei der Zöliakie kommt es also an auf das Vorhandensein - von HLA-DQ2 bzw. HLA-DQ8 - des Autoantigens TG2 - des Glutens MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 19

20 Pathogenese der Zöliakie Deutsches Ärzteblatt, 2013, Heft 49, S. 837 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 20

21 Generell gilt (nicht nur für die Zöliakie): Es gibt einen breit gefächerten HLA-Polymorphismus, der zu individuell unterschiedlich starken Bindungen von NM-Antigenen an den jeweiligen HLA-Phänotyp führt Bei starker Bindung eines NM-Antigens an einen HLA-Phänotyp - ist die Immunstimulation vielfach höher als bei schwacher Bindung desselben NM-Antigens - erfolgt eine Umschaltung von Treg (immuntolerant) auf Th1 (proinflammatorisch) MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 21

22 Die Art und Menge der Liganden, die eine CD4-T-Zelle bei der ersten Simulierung präsentiert werden, können den funktionellen Phänotyp dieser Zelle festlegen interindividuell unterschiedlich ausgeprägte Unverträglichkeiten gegenüber demselben Nahrungsmittel Janeway, Ch. / Immunologie MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 22

23 Die schädigende Wirkung des Glutens (und von Weizen) kann noch weiter verstärkt werden durch Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATI) ATIs kommen im Weizen vor. ATIs induzieren die Freisetzung von IL-12 (und IL-8) aus Antigen präsentierenden Zellen auch hier Umschaltung von immuntoleranten Treg zu proinflammatorischen Th1 Entzündungen und Leaky Gut ATIs nicht nur bei der Zöliakie schädlich, sondern (mit-) ursächlich auch für die Nicht-Zöliakie-bedingte Weizensensitivität und vermutlich für weitere Darmerkrankungen. Junker/Schuppan; J. Exp. Med Vol. 209 No. 13 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 23

24 Krankheiten, die mit dem Leaky Gut assoziiert sind Leaky Gut-Syndrom - Reizdarmsyndrom, Morbus Crohn, Colitis ulcerosa - Adipositas, metabolisches Syndrom mit Insulinresistenz, Nicht-alkoholische Steatohepatitis (NASH) - Autoimmunkrankheiten, z.b. Typ1-Diabetes, Zöliakie, Rheumatoide Arthritis, Autoimmunthyreoiditis (Hashimoto- Thyreoiditis, M. Basedow), Autoimmunhepatitis, Multiple Sklerose, Spondylitis ankylosans - benigne und maligne Tumoren - Allergien - Asthma bronchiale - IgA-Nephropathie MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 24

25 Ursachen der Krankheitsassoziationen: 1) Gemeinsame primäre genetische Prädispositionen z.b. HLA-DQ2 bzw. HLA-DQ8 (Zöliakie), die mit HLA-DR3 bzw. HLA-DR4 (Typ I-Diabetes) vergesellschaftet sind hohes Risiko der Ko-Inzidenz beider Krankheiten bei Vorliegen der Haplotypen DR3-DQ2 bzw. DR4-DQ8 2) Homing (Wanderung) aktivierter Th1- und Th17-Zellen vom Darm und seinen regionären Lymphknoten in andere Organe (evident aus Tierversuchen), u.a. in Pankreas ( Typ I-Diabetes), Leber ( Autoimmunhepatitis, Nichtalkoholische Steatohepatitis), Schilddrüse ( Autoimmunthyreoiditis) und ZNS ( Multiple Sklerose) MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 25

26 Metabolisches Syndrom als Manifestation des Leaky Gut-Sydroms Man weiß, dass bestimmte Krankheiten mit einer veränderten Zusammensetzung der Mikrobiota einhergehen. Dazu gehören gastrointestinale Erkrankungen wie infektiöse Diarrhöen, Morbus Crohn, Colitis ulcerosa und das Reizdarmsyndrom, aber auch extraintestinale Krankheiten wie das metabolische Syndrom oder Adipositas So offenbarten Sequenzierungsstudien ausgeprägte Unterschiede in der Mikrobiota bei Adipösen und Schlanken. Bei Normalgewichtigen dominiert die Gattung der Bacteroidetes, bei Adipösen die der Firmicutes. Eine derartige Verschiebung der Hauptstämme wirkt sich unmittelbar auf den Energiestoffwechsel aus. Das Mikrobiom von Adipösen produziert mehr Enzyme, die unverdauliche Kohlenhydrate wie Zellulose spalten können. Damit holen sie mehr Energie aus der Nahrung ein Effekt, der etwa zehn Prozent der täglichen Energieaufnahme ausmacht Auszug aus dem Deutschen Ärzteblatt, Hahne: Intestinale Mikrobiota, ein Ökosystem mit Potenzial, Medizinreport Heft 8, MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 26

27 Bei Adipositas ist nicht nur die Mikrobiota anders, auch die Darmbarriere ist gestört Kolonisieren vermehrt pathogene Keime das Darmlumen, setzt dies eine Kaskade in Gang, die gravierende Folgen hat. Die Tight junctions werden durchlässiger für Endotoxine und lösen eine subklinische Entzündung aus. Infolge dessen setzen Immunzellen Transmitter frei, die das Leck in den Tight junctions weiter vergrößern. Die Konsequenzen beschränken sich nicht auf eine Entzündung im Darmbereich, sondern führen auch zu vermehrter Fetteinlagerung, einer Fettleber und gestörten Insulinsensitivität. Durch diese Prozesse ebnet eine gestörte Darmbarriere der Entstehung von Adipositas, Bluthochdruck, einer Fettstoffwechselstörung und Insulinresistenz den Weg, also dem metabolischen Syndrom Auszug aus dem Deutschen Ärzteblatt, Hahne: Intestinale Mikrobiota, ein Ökosystem mit Potenzial, Medizinreport Heft 8, MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 27

28 Kalorien in der Nahrung FiBa-Ratio Ballaststoffe in der Nahrung FiBa-Ratio Ernährungsempfehlung: mäßig kalorienreduzierte* Mischkost: - tierische Fette, energiedichtes Fastfood - ballaststoffreiche Lebensmittel** * mindestens 500 kcal unterhalb des täglichen Energieverbrauchs ** Obst, Gemüse, Hülsenfrüchte, ballaststoffreiche Kohlenhydrate mit niedrigem glykämischem Index MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 28

29 Die Wechselwirkungen zwischen Ernährungsgewohnheiten und Darmflora werden weiter erforscht. Folgende Zusammenhänge sind inzwischen evident: Stärke (resistent) Firmicutes vorwiegend Buttersäure Bacteroidetes vorwiegend Propionsäure ph-wert Vorkommen Mehl (v.a. Weizenmehl), Mehlspeisen, Süßspeisen, Grieß (Nudeln, Spätzle), Kartoffeln, Mais Zellulose + Mehl (wenig) Pektine + + faserreiches Obst und Gemüse Hemizellulose (Xylane) + + Kleie (Müsli, Knäckebrot) ph-optimum Firmicutes < 5,5 ph-optimum Bacteroidetes 6,5 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 29

30 Asthma bronchiale als Manifestation des Leaky Gut-Syndroms Die Koinzidenz des Asthma bronchiale mit einer Permeabilitätsstörung des Darmes wird regelmäßig schon seit den 90er-Jahren publiziert. Leaky Gut bei ca. 40% der Asthmatiker nachgewiesen. Ursache ist vermutlich ein Mangel an fermentierbaren Fasern (vorhanden v.a. in Obst und Gemüse) aufgrund der heutigen Ernährungsgewohnheiten. MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 30

31 Verumgruppe: Fütterung von Mäusen mit hohem Anteil (4%) an fermentierbaren Fasern in der Nahrung, u.a. durch Anreicherung des Futters mit Pektin. (Faserreich sind Obst und Gemüse.) Kontrollgruppe: niedriger Faseranteil (0,3%), vergleichbar mit mitteleuropäischen Ernährungsgewohnheiten Studie von Marsland, Januar 2014 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 31

32 Verumgruppe: Verschiebung des Verhältnisses Bacteroidetes/ Firmicutes in Richtung Bacteroidetes Verdauung der Fasern durch die Mikroflora Bildung kurzkettiger Fettsäuren im Darm (Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure) und Freisetzung in den Blutkreislauf probatorische Fütterung der Versuchstiere mit Propionsäure Die Propionsäure ließ während der Hämatopoese im Knochenmark Monozyten heranreifen, aus denen sich nach Einwanderung in die Lunge dendritische Zellen differenzierten - mit starker Phagozytosekapazität - aber mit eingeschränkter Fähigkeit, eine Th2-vermittelte Immunreaktion auszulösen. Allergien und Asthma bronchiale beruhen auf Th2-vermittelten Immunreaktionen. Nach Exposition der Versuchstiere mit Hausstaubmilbenextrakt traten in der Kontrollgruppe (faserarmes Futter) stärkere allergische Reaktionen mit mehr Schleimsekretion auf als in der Verumgruppe (faserreiches Futter). Studie von Marsland, Januar 2014 MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 32

33 Rationale Labordiagnostik Zonulin im Serum bzw. Zonulin im Stuhl Sekretorisches IgA im Stuhl - Dendritische Zellen, regulatorische Makrophagen und regulatorische T-Zellen (Treg) setzen TGF-β frei Freisetzung von sekretorischem IgA - Sekretorisches IgA schützt die Darmschleimhaut. Sekretorisches IgA verhält sich umgekehrt zum Zonulin, d.h. beim Leaky Gut ist Zonulin erhöht, sekretorisches IgA erniedrigt. Janeway, Ch. / Immunologie MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 33

34 Firmicutes / Bacteroidetes-Ratio im Stuhl (Fi / Ba-Ratio) - Firmicutes: z.b. Clostridien, Lactobazillen - Bacteroidetes: z.b. Bacteroides, Prevotella Firmicutes können resistente Stärke und andere unverdauliche Kohlenhydrate in resorbiere Zucker, z.b. Glucose, umwandeln. Firmicutes überwiegen bei Adipösen bei Adipösen bis zu 10% mehr Energieaufnahme als bei schlanken Personen Bei Verdacht auf Zöliakie/einheimische Sprue: Transglutaminase-AK, ggf. zusätzlich Gliadin-AK, Endomysium-AK (Serum) MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 34

35 Mögliche Indikationen der Firmicutes-Bacteroidetes-Ratio: 1) Eingangsdiagnostik und Verlaufskontrolle des Metabolischen Syndroms bzw. des Leaky Gut-Syndroms unter Einbeziehung von Zonulin und sekretorischem IgA* 2) Überwachung einer Ernährungstherapie und/oder einer probiotischen Therapie *Cave: Bei Entzündungen der Darmschleimhaut kann die FiBa-Ratio unauffällig bleiben, wenn regulatorische Makrophagen und regulatorische T-Lymphozyten über TGF-β eine massive Freisetzung von sekretorischem IgA induzieren Daher: wenn siga und FiBa-Ratio o.b. Hinweis auf blanden Entzündungsprozess MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 35

36 Zusammenfassung Labordiagnostik (Eingangsuntersuchungen) Material bei Leaky Gut Zonulin Serum, Stuhl erhöht Sekretorisches IgA Stuhl erniedrigt Fi / Ba-Ratio Stuhl erhöht Transglutaminase-AK Serum erhöht weitere je nach Krankheitsassoziation je nach Parameter je nach Parameter MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 36

37 Leaky Gut und assoziierte Krankheiten Wir danken für Ihre Aufmerksamkeit Dr. med. univ. Kurt Kraus MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH Otto-Hahn-Straße Ettlingen MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH 37