Anzeige
Anzeige

Gesundheit+Medizin

Wie Sars-CoV-2 die Lunge schädigt

Lungengewebe
Diese Immunfluoreszenz-Aufnahme einer Covid-Lunge zeigt die Ansammlung von Fresszellen (rot) und Bindegewebszellen (grün). (Bild: Uniklinik RWTH Aachen/ Saskia von Stillfried)

Wer schwer an Covid-19 erkrankt, muss häufig lange künstlich beatmet werden oder ist sogar zeitweilig auf eine Herz-Lungen-Maschine angewiesen. Forscher haben nun einen Grund dafür gefunden, warum das Coronavirus Sars-CoV-2 die Lunge im Vergleich zu anderen Viren besonders schwer schädigt. Durch Obduktionen, Zellanalysen und Laborexperimente fanden sie heraus, dass Sars-CoV-2 die Fresszellen des Immunsystems so umprogrammiert, dass sie eine Vernarbung des Lungengewebes fördern – ähnlich wie bei einer schweren Form der Lungenfibrose. Doch Untersuchungen Überlebender zeigen: Die Schäden sind zum Teil reparabel.

Etwa fünf Prozent der Menschen, die sich mit Sars-CoV-2 infizieren, entwickeln ein akutes Atemnotsyndrom (Acute Respiratory Distress Syndrom, ARDS), bei dem ihre Lunge nicht mehr in der Lage ist, genug Sauerstoff aus der Luft aufzunehmen. Diese Patienten müssen oft über viele Tage hinweg künstlich beatmet oder an eine Herz-Lungen-Maschine (ECMO) angeschlossen werden. Doch selbst bei optimaler intensivmedizinischer Behandlung überlebt von den Patienten mit schwerem Covid-19-Verlauf nur ungefähr jeder zweite. Wie und warum Sars-CoV-2 die Lunge allerdings so schwer schädigt, war bislang unklar.

Vernarbtes Lungengewebe

Ein Team um Daniel Wendisch von der Charité – Universitätsmedizin Berlin ist nun dem Krankheitsmechanismus auf die Spur gekommen. Dazu untersuchten die Forscher zunächst anhand von mikroskopischen Aufnahmen die Lungen verstorbener Covid-19-Patienten. „Bei fast allen Betroffenen haben wir enorme Schäden entdeckt: Die Lungenbläschen waren weitgehend zerstört, die Wände deutlich verdickt. Außerdem fanden wir ausgeprägte Ablagerungen von Kollagen, welches ein Hauptbestandteil von Narbengewebe ist. All dies ist charakteristisch für eine schwere Fibrose“, beschreibt Co-Autor Peter Boor von der RWTH Aachen. „Diese Beobachtungen weisen darauf hin, dass wir es beim Covid-19-Lungenversagen mit einem sogenannten fibroproliferativen ARDS zu tun haben, also einer besonders schweren Form des Lungenversagens. Das könnte erklären, warum wir die Betroffenen so lange beatmen müssen.“

Doch was genau liegt der starken Vernarbung der Lunge zugrunde? „Bei Covid-19 entwickelt sich ein Lungenversagen typischerweise erst in der zweiten oder dritten Woche nach Symptombeginn, wenn die Viruslast eigentlich schon wieder sinkt“, erklärt Wendischs Kollege Leif Erik Sander. „Das weist darauf hin, dass nicht die unkontrollierte Virusvermehrung zum Versagen der Lunge führt, sondern nachgeschaltete Reaktionen, beispielsweise des Immunsystems, eine Rolle spielen.“ Um dies näher zu überprüfen, analysierten die Wissenschaftler mit Hilfe von Einzelzellanalysen, welche und wie viele Immunzellen sich in den Lungen schwer erkrankter oder verstorbener Covid-19-Patienten befanden. Das Ergebnis: Bei Betroffenen, die ein Lungenversagen entwickelten, sammelten sich vor allem Fresszellen des Immunsystems, sogenannte Makrophagen, in der Lunge an. Diese sind üblicherweise dafür verantwortlich, Krankheitserreger und Zellabfall zu beseitigen, tragen aber auch zur Wundheilung bei.

Sars-CoV-2 programmiert Makrophagen um

„Überraschenderweise zeigten die Makrophagen bei schwerem Covid-19 ähnliche Eigenschaften wie bei einer chronischen Form der Lungenvernarbung, der idiopathischen Fibrose“, sagt Co-Autor Antoine-Emmanuel Saliba vom Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg. Bei dieser unheilbaren Erkrankung vernarbt die Lunge unaufhaltsam bis zum Verlust der Organfunktion. Die Ursache ist unbekannt und unter allen Formen der Lungenfibrose hat sie die schlechteste Prognose. Ähnlich wie bei der idiopathischen Fibrose stimulieren die Makrophagen bei schwerem Covid-19 bestimmte Zellen des Bindegewebes, die für die Bildung von Narbengewebe verantwortlich sind und sich in der Folge stark vermehren.

Anzeige

In Zellkulturen mit Makrophagen-Vorläuferzellen aus dem Blut gesunder Menschen zeigten die Forscher, wie Sars-CoV-2 diesen Prozess beeinflusst. Brachten die Forscher die Immunzellen im Labor mit Sars-CoV-2 in Kontakt, produzierten sie verstärkt Botenstoffe, die die Vernarbung fördern. „Sars-CoV-2 ist also zumindest ein möglicher Auslöser für die fehlgeleitete Reaktion der Fresszellen“, erklärt Co-Autor Matthias Selbach vom Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin. „Das Virus vermehrt sich dabei anscheinend nicht in den Immunzellen, sondern programmiert sie um. Diesen Effekt konnten wir interessanterweise nicht beobachten, wenn wir die Makrophagen mit einem Grippevirus stimulierten. Das Influenza-Virus vermehrte sich in den Immunzellen stark. Es brachte sie aber nicht dazu, Vernarbungsprozesse zu fördern.“

Schäden zumindest teilweise reparabel

„Unsere Daten zeigen also eindeutig Parallelen zwischen Covid-19 und der chronischen Lungenfibrose auf“, resümiert Saliba. „Das erklärt vielleicht, warum einige Risikofaktoren für Covid-19 auch Risikofaktoren für die idiopathische Lungenfibrose sind – zum Beispiel Grunderkrankungen, Rauchen, ein männliches Geschlecht und ein Alter über 60 Jahre.“ Doch es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen den beiden Erkrankungen: „Bei Covid-19 ist die Vernarbung zumindest potenziell reparabel“, so Saliba. CT-Bilder von Genesenen, die zuvor mit einer Herz-Lungen-Maschine behandelt werden mussten, zeigten, dass der Körper die Vernarbungen mit der Zeit zumindest teilweise wieder auflösen konnte.

Die Forscher wollen nun genauer untersuchen, welche zellulären Prozesse dazu führen, dass sich eine Fibrose zurückbildet. „Wenn wir die Auflösung von vernarbtem Gewebe besser verstehen, können wir in Zukunft hoffentlich nicht nur Covid-19-Betroffenen, sondern auch Patientinnen und Patienten mit bisher unheilbarer Lungenfibrose helfen“, sagt Sander. „Die wichtige Rolle der Makrophagen für beide Krankheiten legt außerdem nahe, dass eine Hemmung der Zellen dazu beitragen könnte, die Vernarbung zu verhindern.“

Quelle: Daniel Wendisch (Charité – Universitätsmedizin Berlin) et al., Cell, doi: 10.1016/j.cell.2021.11.033

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

nie|ren|krank  〈Adj.; Med.〉 an einer Nierenkrankheit leidend

Dop|pel|strich  〈m. 1; Mus.〉 doppelter Taktstrich am Ende eines Teils eines Musikstückes

stret|to  〈Mus.〉 eilig, schneller werdend [ital.]

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige