Darmimmunität bei Schweinen: Die unsichtbare Schutzbarriere für Gesundheit und Leistung

Darmmikrobiota und Immunsystem

Die intestinale Immunität spielt eine zentrale Rolle bei der Erhaltung der Gesundheit von Schweinen. Bei gnotobiotischen Tieren ist das intestinale Immunsystem unterentwickelt; es mangelt an Schleimproduktion, antimikrobiellen Peptiden sowie an Komponenten wie Antikörpern und T-Zellen (Gewirtz et al., 2001). Das Vorhandensein einer mit der Darmschleimhaut assoziierten Mikrobiota ist von entscheidender Bedeutung für die Modulation und Reifung des Immunsystems (Mulder et al., 2011; Arpaia et al., 2013; Belkaid & Hand, 2014), da viele der Wirtsgene, die die Zusammensetzung des Mikrobioms beeinflussen, eng mit dem Immunsystem verknüpft sind. Die immunologischen Komponenten des Wirts selektieren aktiv Mikroorganismen im Darmlumen und tragen so zur Ausbildung einer nützlichen Mikrobiota bei (Honda; Littman, 2016).

Darüber hinaus können kommensale Mikroorganismen:

• Nahrungstoxine verstoffwechseln,
• Vitamine synthetisieren,
• die Reifung der Darmepithelzellen fördern und
• die Barrierefunktion stärken, was die Immunhomöostase begünstigt.

(Kabat; Srinivasan; Maloy, 2014; Yang et al., 2016; Li et al., 2018; De Vries; Smidt, 2020).

Toleranzmechanismen und Reaktion auf das Darmmikrobiom

Die zunehmende Erkenntnis, dass die Darmmikrobiota eine entscheidende Rolle für der Leistungsfähigkeit von Schweinen spielt, hat zu Fortschritten bei der Erforschung ihrer Interaktionen mit dem Immunsystem geführt (Duarte; Kim, 2022). So hat etwa die Modulation des Mikrobioms direkte Auswirkungen auf die Entwicklung des Immunsystems und der Darmfunktionen (Chen et al., 2018; Li et al., 2018). Da die Bakteriendichte entlang des gesamten Magen-Darm-Trakts kontinuierlich zunimmt, muss das Immunsystem pathogene Mikroorganismen von kommensalen oder harmlosen unterscheiden (Stokes, 2017). Diese selektive Toleranz ist wichtig, um unnötige Entzündungsreaktionen zu vermeiden und die Integrität der Schleimhaut zu erhalten (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Mowat, 2018). Aus diesen Gründen nutzt das Darmimmunsystem verschiedene Mechanismen gegenüber dem Mikrobiom, um die intestinale Homöostase aufrechtzuerhalten (Abb. 1):

Tight Junctions sind grundlegende Strukturen, die die transepitheliale Permeabilität reduzieren. Signale, die von Mikroorganismen ausgehen, stärken diese Barriere, indem sie eine positive Regulation ihrer Komponenten zwischen Enterozyten sowie eine Modifikation der Zytoskelett-Proteine induzieren (Bansal et al., 2010).

Antimikrobielle Peptide (AMPs) interagieren ebenfalls mit der Mikrobiota, tragen zu ihrer Modulation bei und begrenzen die räumliche Nähe kommensaler Bakterien zum Epithel (Macpherson; Uhr, 2004; Hooper; Littman; Macpherson, 2012).

Die Expression von Pattern Recognition Receptors (PRRs, Mustererkennungsrezeptoren) ist entscheidend für die Homöostase des Darms. Sie erkennen MAMPs (mikrobenassoziierte molekulare Muster) und regulieren die Produktion von Muzinen, AMPs, IgA, Zytokinen sowie die Aufrechterhaltung von Tight Junctions und die Epithelproliferation. Diese Liganden sind nicht auf Krankheitserreger beschränkt, sondern werden auch von der kommensalen Mikrobiota während einer gesunden Kolonisierung in großer Menge produziert (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Chu; Mazmanian, 2013).

Toll-like-Rezeptoren (TLRs) erkennen konservierte molekulare Muster, die von großen Gruppen von Bakterien und anderen Darmmikroorganismen gemeinsam genutzt werden (Shi et al., 2017). Studien deuten darauf hin, dass TLRs strategisch in der basolateralen Region der Darmepithelzellen exprimiert werden, sodass sie der Mikrobiota im Darmlumen nicht direkt ausgesetzt sind. Neue Erkenntnisse zeigen jedoch, dass TLRs auch apikal exprimiert werden. Dadurch sind die angeborenen Immunzellen selbst dann einsatzbereit, wenn die Mikroorganismen nicht erkannt werden (Kayisoglu et al., 2020; Schären; Hapfelmeier, 2021).

Darmmakrophagen spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle bei der Toleranz gegenüber der kommensalen Mikrobiota. Sie exprimieren einen Phänotyp, der hyporesponsiv gegenüber TLR-Liganden ist, mit geringer Expression ko-stimulatorischer Moleküle (CD40, CD80, CD86) und hoher Produktion von IL-10 (antiinflammatorische Kapazität), zusätzlich zu einer verringerten Synthese proinflammatorischer Zytokine und Stickstoffmonoxid. Dies fördert das Gleichgewicht zwischen Effektor-Th-Lymphozyten und regulatorischen T-Zellen und trägt so zur Aufrechterhaltung der Homöostase bei (Lopes; Mosser; Gonçalves, 2020).

Trotz der angeborenen Barrieren zwischen Mikrobiota und Epithel sind dendritische Zellen aktiv an der Immunregulation beteiligt. Sie strecken ihre Dendriten durch die Darmbarriere aus, um Mikroorganismen im Lumen einzufangen (Brown; Sadarangani; Finlay, 2013; Shi et al., 2017), fördern die Produktion von sekretorischem IgA und regulieren die Immunantwort (Gonçalves et al., 2016; Zheng; Liwinski; Elina, 2020).

Kommensale Mikroorganismen durchdringen gelegentlich die Schleimschicht im Dünndarm (Ermund et al., 2013). In solchen Fällen werden sie von dendritischen Zellen den B- und T-Lymphozyten präsentiert, was die Produktion von IgA induziert (Chen et al., 2021). Auch diese Lymphozyten unterliegen Toleranzmechanismen, da sie spezifische Rezeptoren für mikrobielle Antigene exprimieren (Bailey et al., 2005). Zudem ist die Beziehung zwischen IgA und Mikrobiota mutualistisch, denn ein vielfältiges und gut reguliertes IgA-Repertoire trägt zur Erhaltung eines ausgewogenen Mikrobioms bei (Gutzeit; Magri; Cerutti, 2014; Kawamoto et al., 2014).

Fazit

Die Immunität des Darms ist ein komplexes System, das sich aus physischen Barrieren, Immunzellen, Rezeptoren und der Mikrobiota zusammensetzt. Befindet sich dieses System im Gleichgewicht, schützt es vor Krankheitserregern und fördert die Leistungsfähigkeit der Schweine. Faktoren wie Stress, frühes Absetzen und Infektionen können diesen Schutz jedoch beeinträchtigen, was zu Entzündungen und Leistungseinbußen führt. Das Verständnis der Komplexität der Darmimmunität und die Entwicklung von Strategien zu ihrem Erhalt sind daher unerlässlich für eine effiziente, rentable und nachhaltige Produktion.