mini|Gefärbter stabkerniger neutrophiler Granulozyt in einem Blutausstrich umgeben von Erythrozyten. mini|Gefärbter segmentkerniger neutrophiler Granulozyt in einem Blutausstrich umgeben von Erythrozyten.
Neutrophile Granulozyten, auch polymorphkernige neutrophile Leukozyten (PMNL) und kurz Neutrophile genannt, sind spezialisierte Immunzellen der Wirbeltiere. Beim Menschen sind sie mit einem Anteil von 50–65 % die häufigsten weißen Blutkörperchen (Leukozyten). Sie sind Teil der angeborenen Immunabwehr und dienen der Identifizierung und Zerstörung von Mikroorganismen.
Drei Mechanismen sind bekannt, mit denen sie Mikroorganismen bekämpfen können. Als Phagozyten („Fresszellen“) können sie sie aufnehmen und verdauen. Außerdem enthalten die namengebenden Granula verschiedene Substanzen, etwa freie Radikale, Wasserstoffperoxid und Stickstoffmonoxid, die freigesetzt werden können und dann Mikroorganismen abtöten. Schließlich können Neutrophile in einem Vorgang, der als NETose bezeichnet wird, sogenannte „Neutrophile Extracellular Traps“ (englisch für neutrophile außerzelluläre Fallen, abgekürzt NETs) bilden. Diese Strukturen aus Chromatin können manche Mikroorganismen binden und dadurch unschädlich machen.B. Amulic, C. Cazalet, G. L. Hayes, K. D. Metzler, A. Zychlinsky: Neutrophil function: from mechanisms to disease. In: Annual Review of Immunology. Band 30, 2012, S. 459–489, . doi:10.1146/annurev-immunol-020711-074942. PMID 22224774. (Review).
Erklärung und Herkunft des Namens Der Namensbestandteil „Granulozyt“ bezieht sich auf zahlreiche Granula (Vesikel) im Cytoplasma die hier ebenso wie bei Eosinophilen und Basophilen Granulozyten auftreten.
Die drei Zelltypen unterscheiden sich in ihrem Färbeverhalten bei der Pappenheim-Färbung: Während die Granula der Eosinophilen (griechisch „Eosin liebend“) durch den sauren Farbstoff Eosin rot bis orange erscheint und die Granula von Basophilen durch basische Farbstoffe dunkelviolett gefärbt wird, nehmen die Granula der Neutrophilen einen dazwischen liegenden hellvioletten Farbton an, da sie von sauren und basischen Stoffen schwach gefärbt werden. Es kommen hier jedoch keine neutralen (ungeladenen) Farbstoffe zur Anwendung.Ulrich Welsch, Wolfgang Kummer: Lehrbuch Histologie, 4. Aufl. 2014, Urban & Fischer, München, S. 211
Der Namensbestandteil „neutrophil“ leitet sich auch nicht von der Pappenheim-Färbung ab: Diese wurde erst 1908 vorgestellt.Pappenheim, A. (1908): Panoptische Universalfärbung für Blutpräparate. Medizinische Klinik, Nr. 32: 1244–1245. Zitiert nach: Ricarda Dinser: Der Beitrag Artur Pappenheims zur Hämatologie um die Jahrhundertwende, Dissertation, 2001 (PDF-Datei; 2,16 MB) „Neutrophile Granulationen“ in „Leukocyten mit polymorphem Kern“ wurden aber schon früher beschrieben, etwa in einem Histologie-Lehrbuch von 1906.
Die Bezeichnung „neutrophil“ geht zurück auf Paul Ehrlich, der 1880 den Begriff „neutrophile oder ε-Körnung“ einführte. Schon in vorigen Arbeiten hatte er verschiedene Körnungen oder Granulationen beschrieben, und diese „in Ermangelung einer rationellen Systematik“ nach dem griechischen Alphabet bezeichnet. Wichtigstes Unterscheidungsmerkmal war ihm die unterschiedliche Anfärbbarkeit: α-Granulation war eosinophil, ließ sich aber nicht durch basische Farbstoffe darstellen. Das umgekehrte Verhalten zeigte „γ-Granulation“, also basophile Granula, die er in Mastzellen fand. Bei der Untersuchung normalen menschlichen Blutes stellte er fest, dass „constant eine gewisse nicht bedeutende Anzahl eosinophiler Zellen führte“, Zellen mit basophiler Granula jedoch nicht vorkamen. (Tatsächlich ist heute bekannt, dass basophile Granulozyten sehr selten sind.)
Die meisten Leukozyten zeigten in Ehrlichs Versuchen jedoch keine mit basischen oder sauren Farbstoffen darstellbare Granula. Er versuchte daher Färbungen mit „neutralen Pigmenten“, die er durch Mischung von sauren und basischen Farbstoffen gewann. Dazu empfahl er eine Lösung so hergestellt, „... dass man zu 5 Volumen einer gesättigten Säurefuchsinlösung allmälig unter Umschütteln 1 Volumen einer starken Methylenblaulösung und sodann noch weitere 5 Volumen destillirten Wassers zusetzt, einige Tage stehen lässt und dann filtrirt“. Angewandt auf Blutausstriche beobachtete er in der bei weitem überwiegenden Mehrzahl der Leukozyten eine „ausserordentlich dichte, violett gefärbte Körnung“ im Cytoplasma, aber nicht im Zellkern. Er beobachtete auch, dass diese Zellen „polymorphe Kernfiguren“ oder mehrere kleine, stark färbbare Zellkerne hatten, wogegen die andere, meist kleinere Gruppe der Leukozyten einen großen, plumpen, ovoiden, schwach färbbaren Kern hatte und wenig Cytoplasma. Neben den „polynucleären“ (= vielkernigen) neutrophilen Granulozyten hat er also nur eine weitere größere Gruppe unterschieden, die „mononucleären“, die nach heutigem Verständnis die Lymphozyten und die Makrophagen beinhalten.
Da er auch Zellen beobachtete, denen er eine Mittelstellung oder eine Übergangsform zwischen den beiden Gruppen zusprach, nahm er an, „dass die polynucleären Zellen durch eine progressive Metamorphose der mononucleären Elemente entstehen“. Dies ist jedoch, wie heute bekannt ist, nicht der Fall.
Struktur Neutrophile sind kugelförmige Zellen mit einem Durchmesser von 9 bis 15 µm (Mikrometer). Charakteristisch für ausgereifte Neutrophile ist der aus drei bis fünf Segmenten bestehende Kern. Das Cytoplasma von Neutrophilen enthält zwei Arten von Granula: Die „spezifischen“ Granula, die auch als sekundäre Granula bezeichnet werden, enthalten Enzyme wie Lysozym, Kollagenase, Laktoferrin, Elastase, Plasminogenaktivatoren, Neuraminidase und Cathepsin G. Diese Granula lassen sich nicht mit basischen und sauren Farbstoffen färben, was sie ebenfalls in namensgebender Weise von Basophilen und Eosinophilen unterscheidet. Die „azurophilen“ Granula entsprechen den Lysosomen und werden auch primäre oder unspezifische Granula genannt. Sie enthalten, neben Bestandteilen wie sauren Hydrolasen und antimikrobiellen Enzymen, auch Substanzen wie Defensine, Myeloperoxidase, und Cathelicidine, wodurch sie wirksam gegen einige Bakterien, Viren und Pilze vorgehen können.
Bei Kaninchen, Meerschweinchen, Chinchillas und Frettchen sind die Neutrophilengranula azidophil und färben sich mit dem Farbstoff Eosin an, so dass man hier auch von Pseudo-Eosinophilen oder Heterophilen spricht.Jutta Hein: Blutentnahme und -untersuchung bei Kleinsäugern. In: Kleintierpraxis 56 (2011), S. 482–494.
Reifung Ein erwachsener Mensch produziert mehr als 1011 (Hundert Milliarden) Neutrophile pro Tag. Sie werden im Knochenmark gebildet. Junge Neutrophile weisen einen stabförmigen Kern auf, weshalb sie als Stabkernige bezeichnet werden; analog dazu werden ausgereifte Neutrophile mit ihren drei bis fünf Kernsegmenten als Segmentkernige bezeichnet. Sollten Neutrophile innerhalb von 6 bis 8 Stunden nach Eintritt in die Blutbahn nicht in Kontakt mit Infektionen und/oder Entzündungsreaktionen kommen, verlassen sie die Blutbahn, erfahren einen programmierten Zelltod (Apoptose) und werden durch Makrophagen in Leber oder Milz abgebaut. Neutrophile haben im Allgemeinen eine Lebensdauer von einem Tag bis vier Tagen.
Funktion mini|Eine REM-Aufnahme eines neutrophilen Granulozyten (gelb) beim Aufnehmen von Anthrax-Bakterien (orange); der weiße Strich unten links entspricht 5 µm.
Neutrophile zirkulieren im Blut und wandern im Falle einer Infektion am Ort des Geschehens aus der Blutbahn in das Gewebe aus. Dies gilt in gleichem Maße für Monozyten. Dort nehmen sie die infektionsauslösenden Mikroben auf und verdauen sie. Um infiziertes und/oder entzündetes Gewebe zu erreichen, verlassen beide in einem durch Adhäsionsmoleküle und Chemokine (lösliche „Lockstoffe“) vermittelten mehrstufigen Prozess den Blutstrom und dessen Gefäße. Dabei wandern sie durch die Interzellular-Räume der endothelialen Zellen in postkapillaren Venolen. Der Vorgang der Rekrutierung von Neutrophilen und Monozyten zum Infektionsherd lässt sich in vier Schritte unterteilen: Selectin-vermitteltes „Entlang“-Rollen am Gefäß-Endothelium: Makrophagen, die vor Ort Mikroben verdaut haben, schütten Cytokine wie Interleukin-1 (IL-1) und Tumornekrosefaktor (TNF) aus. Diese induzieren bei in der Nähe liegenden Endothelzellen die Zunahme von Selectinen (P-Selectin und E-Selectin) auf der Oberfläche. Neutrophile und Monozyten besitzen auf ihrer Oberfläche das L-Selectin als Adhäsionsmolekül und die für P- und E-Selectin spezifischen Kohlenhydrat-Liganden. Die entstehenden Selectin-Selectin-Interaktionen sind sehr schwach und werden durch die Scherkräfte des Blutstroms unterbrochen. Das führt zu einem langsameren „Entlang“-Rollen von Neutrophilen und Monozyten auf dem Endothelium, indem sie sich permanent an die Oberfläche binden und wieder lösen. Chemokin-vermittelte Verstärkung der Integrin-Affinität: Ausgeschüttete Cytokine wie IL-1 und TNF induzieren in Makrophagen, endothelialen und anderen Zelltypen die Produktion von Chemokinen. Sie werden an der Oberfläche des Epithel-Lumen gebunden und dadurch konzentriert. „Vorbei“-rollende Neutrophile und Makrophagen erkennen diese mit spezifischen Chemokin-Rezeptoren. Dies führt dazu, dass Integrine auf deren Oberfläche von einer geringen Affinität zu einer hohen Affinität wechseln. Zusätzlich lagern sich diese Integrine zusammen und führen zu einer stärkeren Bindung an die Endothel-Oberfläche und ein verlangsamtes „Rollen“. Stabile Integrin-vermittelte Adhäsion an das Endothelium: Parallel zur Integrin-Affinitätsänderung auf Neutrophilen und Monozyten werden auf deren Zelloberfläche Liganden wie VCAM-1 (engl. vascular cell adhesion molecule-1) und ICAM-1 (engl. intercellular adhesion molecule-1) exprimiert, die an Integrine des Endothels binden. Auch diese Liganden-Produktion wird durch Chemokine induziert. Zusammen mit den in 2. beschriebenen Effekten führt dies zu einer festen Bindung an das Endothelium. Hierdurch finden Umlagerungen des Cytoskeletts statt, und die Leukozyten positionieren sich abgeflacht auf dem Endothelium. Durchwanderung des endothelialen Gewebes: Neutrophile und Monozyten folgen nun den Konzentrationsgradienten der lokalen Chemokine und wandern zwischen den endothelialen Zellen zum infizierten Gewebe. Für diesen Vorgang werden Teile der extrazellulären Matrix (EZM) der Endothelzellen aufgelöst, um genügend Freiraum für die durchwandernden Leukozyten zu bieten. Diese schütten hierfür ihre spezifischen Granula aus, deren Proteasen die Auflösung ermöglichen.
mini|Chemotaxis von Granulozyten, Erläuterungen in der Bildbeschreibung Durch diese Prozesse akkumulieren Neutrophile und Monozyten am Infektionsort, wodurch die Hauptkomponente einer Entzündung gegeben ist. Durch zeitliche Unterschiede der induzierten Chemokin-Rezeptor- und Integrin-Expression werden innerhalb von Stunden bis Tagen zuerst Neutrophile zum Infektionsort rekrutiert, innerhalb von Tagen bis Wochen erst Monozyten. Bei einer Infektion steigt im Blut die Konzentration von Neutrophilen an (Neutrophilie), was durch eine Zunahme von „Stabkernigen“ (ein Merkmal junger Neutrophiler) eine gesteigerte Neubildung beweist. Am Infektionsort angekommen, werden Mikroben durch Neutrophile und Makrophagen aufgenommen und zerstört, ein Prozess, der Phagozytose genannt wird.