Mehr ACE2-Rezeptoren: Forscher finden Ursache für schwere COVID-Verläufe

Etwa zehn Prozent aller COVID-19-Infektionen verlaufen so schwer, dass die Patienten im Krankenhaus behandelt werden müssen. Bekanntlich sind vor allem ältere und vorerkrankte Menschen von einem schweren Krankheitsverlauf betroffen. Doch es sind auch schon viele junge gesunde an COVID-19 gestorben. Aber warum? Steckt ein zu schwaches Immunsystem dahinter?

Forscher der Charité konnten nun zeigen, dass diese Annahme zu kurz greift. Eher das Gegenteil ist der Fall. Denn gerade bei kritischen Verläufen arbeitet das Immunsystem unter Hochdruck, schafft es aber nicht, das Virus zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind im Fachjournal EMBO Molecular Medicine veröffentlicht.

Zellen produzieren mehr ACE2-Rezeptoren

Normalerweise läuft im menschlichen Körper ein sehr effektives Verteidigungsprogramm gegen Viren und andere Eindringlinge von außen ab, das auf dem Zusammenspiel verschiedener Immunzellen basiert. Eine wichtige Rolle spielen dabei die T-Zellen: Stoßen diese „Killerzellen“ im Organismus auf Viren, zerstören sie die befallenen Zellen. Außerdem schütten sie den Botenstoff Interferon-gamma (IFN-γ) aus. IFN-γ bekämpft einerseits Infektionskeime und ruft andererseits weitere Immunzellen auf den Plan. Doch mit der Ausschüttung dieses Botenstoffs schießt sich der Körper gewissermaßen ein Eigentor.

Die Forschergruppe um Dr. Julian Heuberger und Dr. Michael Sigal konnte an Darmzellen beobachten, wie SARS-CoV-2 den antiviralen Schutzmechanismus in sein Gegenteil verkehren kann. Denn neben den Immunzellen reagieren auch die Schleimhautzellen (Epithelzellen) des Körpers auf IFN-γ, indem sie mehr ACE2-Rezeptoren ausbilden. ACE2-Rezeptoren sind jedoch genau die Eintrittspforten, die das Virus für das Eindringen in die Zellen benötigt. Hinzukommt, dass infizierte Zellen ohnehin mehr ACE2-Rezptoren bilden. Sowohl die IFN-γ-Antwort der Epithelzellen als auch das Virus selbst bewirken also eine verstärkte SARS-CoV-2-Infektion, berichten die Wissenschaftler aus Berlin.

Darm-Organoide mit Coronavirus infiziert

„Wir konnten zeigen, wie SARS-CoV-2 einen Verteidigungsmechanismus des Immunsystems nutzt, um verstärkt Schleimhautzellen des Körpers zu entern und sich dort zu vermehren“, sagt Gastroenterologe Dr. Julian Heuberger. „Damit können wir möglicherweise einen Teil der Erklärung dafür liefern, warum bei manchen Menschen das Immunsystem Schwierigkeiten hat, die Infektion zu regulieren oder gar zu besiegen.“

Die Arbeiten wurden an Dickdarm-Organoiden durchgeführt, die aus menschlichen Darmzellen gezüchtet werden und somit die Physiologie der Schleimhautzellen des menschlichen Darmtraktes abbilden.

Um die Immunreaktion des Körpers zu simulieren, behandelten Forscher die Darmzellen zunächst mit IFN-γ. Anschließend infizierten sie die Organoide mit SARS-CoV-2. Mithilfe eines Laser-Scanning-Mikroskops und Genexpressionsanalysen konnten sie in den Organoiden eine vermehrte ACE2-Expression messen. Daneben wies eine quantitative PCR eine gesteigerte Virusproduktion nach.

Es zeigte sich: Je mehr IFN-γ vorhanden war desto mehr ACE2-Rezeptoren wurden gebildet. Mehr ACE2 bedeutete wiederum, dass mehr Viren in die Zellen eindringen und sich dort massenhaft vermehren konnten.

Starke Immunantwort ist Teil des Problems

Ist also der Botenstoff IFN-γ der Übeltäter?  „Wir nehmen an, dass eine starke Immunantwort die Anfälligkeit von Schleimhautzellen für SARS-CoV-2 erhöhen kann“, sagt Studienleiter PD Dr. Sigal. „Wenn die IFN-γ-Konzentration von vornherein höher ist oder die Infektion eine sehr überschießende Produktion von IFN-γ triggert, haben es die Viren vermutlich leichter, in die Zellen einzudringen.“ Unter welchen Bedingungen das tatsächlich passiert, müsse allerdings erst in klinischen Studien untersucht werden. Eventuell könne man dann auch über eine Strategie nachdenken, „die IFN-γ-Antwort medikamentös auszubalancieren," so der Wissenschaftler.