Pharmazie

Kreuzreaktivität

Könnten landläufige Coronaviren vor COVID-19 schützen?

Stuttgart - 31.07.2020, 17:45 Uhr

Könnten sich vorausgegangene Infektionen mit landläufigen Erkältungs-Coronaviren über eine Kreuzreaktivität mildernd auf den Verlauf einer SARS-CoV-2-Infektion auswirken? (s / Foto: pinkeyes / stock.adobe.com)

Eine Studie unter Leitung der Charité Berlin und des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik (MPIMG) soll zeigen: Auch nicht an COVID-19 Erkrankte tragen potenziell Immunzellen in sich, die SARS-CoV-2 erkennen können. Könnten sich vorausgegangene Infektionen mit landläufigen Erkältungscoronaviren also über eine Kreuzreaktivität schützend auf den Verlauf einer SARS-CoV-2-Infektion auswirken? Das soll nun die Studie „Charité Corona Cross“ untersuchen.

Dass verschiedene Faktoren (Alter, aber auch z. B. Herzkreislauferkrankungen, Diabetes mellitus, Erkrankungen des Atmungssystems, der Leber, der Niere, Krebserkrankungen oder Faktoren wie Adipositas und Rauchen) das Risiko für einen schweren COVID-19 Krankheitsverlauf erhöhen können, ist mittlerweile bekannt. Einen möglichen weiteren Einflussfaktor darauf, ob eine COVID-19-Infektion (fast) symptomlos oder schwer verläuft, hat jetzt nach eigenen Angaben ein Forschungsteam der Charité und des MPIMG (Max-Planck-Institut für molekulare Genetik) identifiziert.

Etwa ein Drittel vor schwerem Verlauf geschützt?

Untersuchungen an T-Helferzellen sollen darauf hindeuten, dass frühere Infektionen mit „harmlosen“ Erkältungs-Coronaviren (wie 229E, OC43, NL63 oder HKU1) sich positiv auf den Verlauf einer SARS-CoV-2-Infektion auswirken könnten. Etwa ein Drittel der Menschen, die noch nie mit SARS-CoV-2 in Kontakt gekommen sind, soll den neuen Untersuchungen zufolge nämlich dennoch über T-Helfer-Gedächtniszellen verfügen, die auch das neue Virus erkennen. „Der Grund dafür ist vermutlich, dass bestimmte Strukturen von SARS-CoV-2 denen landläufiger Coronaviren ähneln“, heißt es in der Pressemitteilung.

Zelluläre Aufnahme des SARS-CoV-2 über ACE2

In der DAZ 22/2020 wurde beschrieben, welche Rolle das Enzym ACE2 bei einer SARS-CoV-2-Infektion spielt: „Die Infektion beginnt für gewöhnlich im oberen Respirationstrakt durch den Kontakt mit Virus-enthaltenden Aerosolen. SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) ist ein behülltes RNA-Virus. Über sogenannte Spike-Proteine bindet SARS-CoV-2 an das membranständige Protein Angiotensin-konvertierendes Enzym 2 (ACE2) in der Wirtszelle und wird gemeinsam mit ACE2 internalisiert. Vermittelt durch die transmembrane Serinprotease 2 (TMPRSS2) kommt es dabei zur Spaltung des Spike-Proteins.“

ACE2-Expression konnte in vielen Organen nachgewiesen werden, was die Ursache für Manifestationen von COVID-19 außerhalb der Lunge sein könnte. Mehr dazu lesen Sie in: „Leichtes Spiel für SARS-CoV-2?“

Diese Ergebnisse stützen sich auf Untersuchungen von Immunzellen aus dem Blut von 18 COVID-19-Erkrankten. Sie waren an der Charité zur Behandlung aufgenommen und per PCR-Test positiv auf SARS-CoV-2 getestet worden. Außerdem isolierten die Wissenschaftler Immunzellen aus dem Blut von 68 gesunden Personen, die nachweislich noch nie mit dem neuen Coronavirus in Kontakt gekommen waren. Dann stellten sie die Immunzellen jeweils sozusagen auf die Probe – mit kleinen, künstlich hergestellten Bruchstücken des sogenannten Spike-Proteins, das SARS-CoV-2 den Eintritt in menschliche Zellen ermöglicht.

T-Helferzellen „kreuzreagieren“ per Definition

Wie zu erwarten reagierten bei 15 der 18 COVID-19-Erkrankten (85 Prozent) die T-Helferzellen auf die Bruchstücke der Virusoberfläche. Dass die T-Helferzellen nicht bei allen COVID-19-Erkrankten auf die Virusfragmente reagierten, könnte daran liegen, dass sich die T-Zellen in einem akuten oder besonders schweren Stadium einer Erkrankung außerhalb des Körpers nicht aktivieren ließen. Allerdings – zur Überraschung der Forscher – fanden sich auch im Blut der Gesunden reaktive T-Helferzellen. Bei 24 der 68 Getesteten (35 Prozent) wurden entsprechende Gedächtniszellen nachgewiesen, die SARS-CoV-2-Fragmente erkannten, heißt es. Wie kann das sein?

Die einzelnen Phasen einer Virus-Abwehr

Angeborene Immunantwort

Antikörper (der epithelialen Schleimhäute) und Interferone sollen das Virus am Eindringen und der Vermehrung hindern. Die humorale Neutralisation durch IgG- und IgM-Antikörper ist nur im Extrazellulärraum aktiv. Diese Abwehrphase ist nur sehr kurz effektiv.
Gelangt das Virus ins Blut, werden natürliche Killerzellen (NK) aktiviert. So werden einerseits infizierte Zellen abgetötet und andererseits über die Freisetzung der Interferone alpha und beta noch nicht infizierte Zellen resistent gemacht.

Erworbenes Immunsystem

Nach Infektion werden virale Proteine produziert, die von antigenpräsentierenden Zellen präsentiert werden. So kommt es zur Aktivierung und Differenzierung von Tc-Zellen (zytotoxische T-Zellen, CD8-positiv), was zur Apoptose-Induktion führt. Andererseits kommt es (über Makrophagen oder B-Zellen) zur Aktivierung von CD4-positiven T-Helfer-Zellen – und einer spezifischen Antikörperantwort.
Die adaptive Immunantwort kann nicht nur Kranheitserreger beseitigen, sie erzeugt auch eine Population von ausdifferenzierten Gedächtniszellen. Es existieren sowohl B- als auch T-Gedächtniszellen.

Quelle: Immunologie, Vollmar / Zündorf / Dingermann, 2. Auflage 2013

Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern fiel laut Mitteilung auf, dass die Immunzellen der COVID-19-Erkrankten und der Gesunden auf unterschiedliche Teilstücke der Virushülle reagierten. Während also die T-Helferzellen der COVID-19- Patienten das Spike-Protein über seine komplette Länge erkannten, wurden die T-Helferzellen der Gesunden vor allem von Abschnitten des Spike-Proteins aktiviert, die Abschnitten des Spike-Proteins von „harmloseren“ Erkältungscoronaviren ähneln.

Tatsächlich, heißt es, konnte die Forschungsgruppe nachweisen, dass die T-Helferzellen der gesunden Probanden auch durch verschiedene Erkältungs-Coronaviren aktiviert wurden – und damit per Definition „kreuzreagierten“.

Die Frage, wie sich diese Kreuzreaktivität nun perspektivisch auf das Risiko einer COVID-19-Infektion auslöst, könne die aktuelle Nature-Studie nicht beantworten. Als negative Auswirkung wäre auch denkbar, dass eine kreuzreaktive Immunität zu einer fehlgeleiteten Immunantwort führt – mit negativen Folgen für den Erkrankungsverlauf.

Die Charité-Corona-Cross-Studie geht jetzt der Frage nach, wie der Verlauf einer COVID-19-Erkrankung durch kreuzreaktive T-Helferzellen verändert wird. Sie ist unter Leitung der Charité in Kooperation mit der Technischen Universität Berlin und dem MPIMG gestartet. Gefördert wird sie vom Bundesministerium für Gesundheit und vom Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte.