Wie Staphylococcus aureus Juckreiz verursacht

Wissenschaftler der Harvard Medical School haben gezeigt, dass Staphylococcus aureus Juckreiz verursachen kann, indem es direkt auf Nervenzellen wirkt. Die Forschungsergebnisse helfen zu erklären, warum Hautkrankheiten wie Ekzeme und Atopische Dermatitis häufig von anhaltendem Juckreiz begleitet werden.

Bisher ging man davon aus, dass Juckreiz, der bei Ekzemen und Atopischer Dermatitis (AD) auftritt, durch die begleitende Entzündung der Haut verursacht wird. Die neuen Erkenntnisse zeigen jedoch, dass S. aureus den Juckreiz im Alleingang verursacht, indem er eine molekulare Kettenreaktion in Gang setzt, die in dem Drang zum Kratzen gipfelt.

„Wir haben einen völlig neuen Mechanismus für den Juckreiz identifiziert – das Bakterium Staphylococcus aureus, das bei fast allen Patienten mit der chronischen Erkrankung Atopische Dermatitis vorkommt. Wir zeigen, dass der Juckreiz durch die Mikrobe selbst verursacht werden kann“, sagte Isaac Chiu, außerordentlicher Professor für Immunologie am Blavatnik-Institut der HMS.

Die Studienexperimente zeigten, dass S. aureus eine Chemikalie freisetzt, die ein Protein auf den Nervenfasern aktiviert, die Signale von der Haut zum Gehirn übertragen. Die Behandlung der Tiere mit einem gerinnungshemmenden Medikament blockierte erfolgreich die Aktivierung des Proteins und unterbrach so diesen wichtigen Schritt im Juckreiz-Kratz-Zyklus. Durch die Behandlung wurden die Symptome gelindert und die Hautschäden minimiert.

Die Ergebnisse können in die Entwicklung von oralen Medikamenten und topischen Cremes zur Behandlung von anhaltendem Juckreiz einfließen, der bei verschiedenen Erkrankungen auftritt, die mit einem Ungleichgewicht im Hautmikrobiom verbunden sind, wie AD, Prurigo nodularis und Psoriasis.

„Juckreiz kann bei Patienten mit chronischen Hautkrankheiten sehr lähmend sein. Viele dieser Patienten tragen auf ihrer Haut genau die Mikrobe, von der wir jetzt zum ersten Mal gezeigt haben, dass sie Juckreiz auslösen kann“, sagte Liwen Deng, Postdoktorand im Chiu-Labor.

Die Forschenden setzten die Haut von Mäusen S. aureus aus. Die Tiere entwickelten über mehrere Tage hinweg einen immer stärkeren Juckreiz, und das wiederholte Kratzen führte zu einer Verschlimmerung der Hautschäden, die sich über die ursprüngliche Expositionsstelle hinaus ausbreiteten. Darüber hinaus wurden die Mäuse, die S. aureus ausgesetzt waren, überempfindlich gegenüber harmlosen Reizen, die normalerweise keinen Juckreiz auslösen würden. Bei den exponierten Mäusen war es wahrscheinlicher als bei nicht exponierten Mäusen, dass sie als Reaktion auf eine leichte Berührung abnormalen Juckreiz entwickelten.

Diese hyperaktive Reaktion, ein Zustand, der Alloknesis genannt wird, tritt häufig bei Patienten mit chronischen Hauterkrankungen auf, die durch anhaltenden Juckreiz gekennzeichnet sind. Sie kann aber auch bei Menschen ohne Grunderkrankung auftreten – man denke nur an das kratzende Gefühl, das man bei einem Wollpullover empfindet.

Um herauszufinden, wie das Bakterium den Juckreiz auslöst, testeten die Forschenden mehrere modifizierte Versionen der S.-aureus-Mikrobe, denen bestimmte Teile des molekularen Aufbaus des Bakteriums fehlten. Das Team konzentrierte sich auf zehn Enzyme, von denen bekannt ist, dass sie von dieser Mikrobe bei Hautkontakt freigesetzt werden. Nacheinander schieden die Forschenden neun Verdächtige aus, wobei sich herausstellte, dass ein bakterielles Enzym namens Protease V8 ganz allein für die Auslösung des Juckreizes bei Mäusen verantwortlich war. Auch menschliche Hautproben von Patienten mit AD wiesen mehr S. aureus und höhere V8-Werte auf als gesunde Hautproben.

Die Analysen zeigten, dass V8 den Juckreiz durch die Aktivierung eines Proteins namens PAR1 auslöst, das sich auf Hautneuronen befindet, die ihren Ursprung im Rückenmark haben und verschiedene Signale – Berührung, Wärme, Schmerz, Juckreiz – von der Haut zum Gehirn weiterleiten. Normalerweise ist PAR1 inaktiv, aber bei Kontakt mit bestimmten Enzymen, darunter V8, wird es aktiviert. Die Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass V8 ein Ende des PAR1-Proteins abschneidet und es aufweckt. Experimente an Mäusen zeigten, dass PAR1, sobald es aktiviert ist, ein Signal auslöst, das vom Gehirn schließlich als Juckreiz wahrgenommen wird. Als die Forschenden die Experimente in Laborschalen mit menschlichen Neuronen wiederholten, reagierten auch diese auf V8.

Interessanterweise trieben verschiedene Immunzellen, die bei Hautallergien eine Rolle spielen und klassischerweise dafür bekannt sind, Juckreiz zu verursachen – Mastzellen und Basophile – den Experimenten zufolge den Juckreiz nach der bakteriellen Exposition nicht an. Ebenso wenig taten dies entzündungsfördernde chemische Stoffe, die Interleukine oder Leukozyten, die bei allergischen Reaktionen aktiviert werden und von denen bekannt ist, dass sie bei Hautkrankheiten und sogar bei bestimmten neurologischen Störungen erhöht sind.

„Als wir mit der Studie begannen, war unklar, ob der Juckreiz eine Folge von Entzündungen ist oder nicht“, sagte Deng. „Wir zeigen, dass diese Dinge entkoppelt werden können, dass man nicht unbedingt eine Entzündung haben muss, damit die Mikrobe Juckreiz verursacht, sondern dass der Juckreiz die Entzündung auf der Haut verschlimmert.“

Unterbrechung des Juckreiz-Kratz-Zyklus

Da PAR1, das von S. aureus aktivierte Protein, an der Blutgerinnung beteiligt ist, wollten die Forschenden herausfinden, ob ein bereits zugelassenes Medikament gegen Blutgerinnung, das PAR1 blockiert, den Juckreiz stoppen würde. Das tat es. Bei den juckenden Mäusen, deren Haut dem S. aureus ausgesetzt war, trat nach der Behandlung mit dem Medikament eine rasche Besserung ein. Ihr Verlangen, sich zu kratzen, verringerte sich stark, ebenso wie die durch das Kratzen verursachten Hautschäden. Außerdem verspürten die Mäuse nach der Behandlung mit PAR1-Blockern keinen abnormen Juckreiz mehr als Reaktion auf harmlose Reize.

Der PAR1-Blocker wird bereits beim Menschen zur Verhinderung von Blutgerinnseln eingesetzt und könnte als Medikament gegen Juckreiz verwendet werden. Der Wirkstoff des Medikaments könnte beispielsweise als Grundlage für aktuelle Cremes gegen Juckreiz dienen, so die Forschenden.

Eine unmittelbare Frage, die zukünftig untersucht werden soll, ist, ob neben S. aureus auch andere Mikroben Juckreiz auslösen können. „Wir wissen, dass viele Mikroben, darunter Pilze, Viren und Bakterien, mit Juckreiz einhergehen, aber wie sie Juckreiz verursachen, ist nicht klar“, so Chiu.

Weiterhin werfen die Ergebnisse eine grundlegende Frage auf: Warum sollte eine Mikrobe Juckreiz verursachen? Was hat das Bakterium evolutionär gesehen davon? Eine Möglichkeit besteht darin, dass Krankheitserreger den Juckreiz und andere neuronale Reflexe zu ihrem Vorteil ausnutzen können. So haben frühere Forschungen gezeigt, dass das Tuberkelbazillus direkt vagale Neuronen aktiviert, um Husten auszulösen, wodurch es sich möglicherweise leichter von einem Wirt zum anderen ausbreiten kann. „Zu diesem Zeitpunkt ist es eine Spekulation, aber der Juck-Kratz-Zyklus könnte den Mikroben zugute kommen und ihre Ausbreitung auf entfernte Körperstellen und auf nicht infizierte Wirte ermöglichen“, so Deng.