und assoziierte Krankheiten

Leaky Gut und
assoziierte Krankheiten
Dr. med. univ. Kurt Kraus
Laborarzt
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
Otto-Hahn-Straße 18  76275 Ettlingen
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
Die Tight Junctions verbinden die Epithelzellen des Darmes eng miteinander.
 Abdichtung des Darmepithels („Epithel-Kitt“)
 Barriere gegen Bakterien und Nahrungsmittelantigene
elektronenmikroskopische Aufnahme
schematische Darstellung
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
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
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
Transzellulärer Transport durch M-Zellen hindurch zu den
dendritischen Zellen und regulatorischen Makrophagen
(= Antigen präsentierende Zellen)
Janeway, Ch. / Immunologie
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
6
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
 nach Antigenpräsentation Vermehrung der Treg-Zellen, welche
ihrerseits IL-10 und TGF-β freisetzen
Janeway, Ch. / Immunologie
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
8
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
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
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
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
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
Beispiel: Leaky Gut bei Zöliakie/einheimischer Sprue
Fasano; Physiol Rev • VOL 91 • January 2011
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
14
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
 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
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
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
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
Pathogenese der Zöliakie
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
Deutsches Ärzteblatt , 2013, Heft 49, S. 837
20
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

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
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. 2012 Vol. 209 No. 13
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
23
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 (HashimotoThyreoiditis, M. Basedow), Autoimmunhepatitis, Multiple
Sklerose, Spondylitis ankylosans
- benigne und maligne Tumoren
- Allergien
- Asthma bronchiale
- IgA-Nephropathie
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
24
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
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, 22.02.2013
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
26
… 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, 22.02.2013
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
27
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
Die Wechselwirkungen zwischen Ernährungsgewohnheiten und
Darmflora werden weiter erforscht.
Folgende Zusammenhänge sind inzwischen evident:
Firmicutes
 vorwiegend
Buttersäure
Bacteroidetes
 vorwiegend
Propionsäure
pH-Wert
Vorkommen
Stärke
(resistent)
+++
+

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
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
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
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
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
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
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
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
Leaky Gut und
assoziierte Krankheiten
Wir danken
für Ihre Aufmerksamkeit
Dr. med. univ. Kurt Kraus
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
Otto-Hahn-Straße18  76275 Ettlingen
MVZ Laborzentrum Ettlingen GmbH
37