Die neutrophilen Granulozyten sind die am häufigsten vorkommenden Immunzellen beim Menschen. Sie werden schnell an den Ort der Infektion rekrutiert, wo ihre vorrangige Rolle darin besteht, eindringende Bakterien und bestimmte Pilzspezies mittels Phagozytose durch die Freisetzung von Granulaenzymen und -proteinen sowie die Produktion einer Reihe von Sauerstoffspezies abzutöten. Bislang als kurzlebig eingestuft, haben aktuelle Erkenntnisse zum Langzeitüberleben, der Bildung von neutrophilen extrazellulären Fallen (Neutrophil Extracellular Traps, NETs), der Heterogenität, der Suppressionsfunktionen und Gewebeschäden das Verständnis ihrer vielfältigen Rolle beim Infektions- und Entzündungsgeschehen verbessert. (1)

Über ein genau austariertes Gleichgewicht zwischen der Granulopoese, Knochenmarkspeicherung und -freisetzung auf der einen Seite und der intravaskulären Marginalisierung, Clearance und Zerstörung auf der anderen Seite wird die neutrophile Homöostase im Körper reguliert. Zur Freisetzung aus dem Knochenmark müssen die neutrophilen Granulozyten durch das Endothel wandern, welches das hämatopoetische Kompartiment vom Blutkreislauf trennt. Nach der Freisetzung aus dem Knochenmark liegen die Neutrophilen in zwei Blutkompartimenten vor: dem zirkulierenden Speicher (Pool) und dem Randspeicher. Der zirkulierende Speicher besteht aus den frei in den Gefäßen zirkulierenden neutrophilen Granulozyten, und der Randspeicher setzt sich aus Neutrophilen zusammen, die an den Endothelien von Kapillaren und postkapillären Venolen, meist der Lunge, Leber und Milz, anhaften. (2) Es wird vermutet, dass der Randspeicher während einer Infektion minimiert wird, während der frei zirkulierende Speicher zunimmt. (3) Darüber hinaus verfügt das Knochenmark über einen Reservespeicher an reifen Neutrophilen, der zahlenmäßig deutlich über den in Blutkreislauf befindlichen neutrophilen Granulozyten liegt.

Die Aktivierung der Neutrophilen erfolgt über den Erstkontakt mit Mediatoren wie Zytokinen. Dazu zählen Akute-Phase-Zytokine, wie z. B. TNF-α, IL-1α und pathogenassoziierte molekulare Muster wie Endotoxine, als auch Spätphase-Chemokine, z. B. IL-8 und GM-CSF. Nach der Aktivierung wird die Transkription in den neutrophilen Granulozyten heraufreguliert und der oxidative Stoffwechsel der Zelle ausgelöst. Neutrophile produzieren recht erfolgreich reaktive Sauerstoffspezies (Reactive Oxygen Species, ROS), die als hochwirksame antimikrobielle Agenzien dienen. Allerdings zerstören diese auch den Wirt, sodass ROS produzierende neutrophile Granulozyten rasch von Makrophagen entfernt werden. Eine erweiterte antimikrobielle Aktivität der Neutrophilen ist die Bildung neutrophiler extrazellulärer Fallen (NETs). (4)

Messung der Neutrophilenaktivierung mit dem XN-Analysesystem

Für jeden Leukozyten, der den Laserstrahl passiert, werden das Vorwärtsstreulicht (FSC), Seitwärtsstreulicht (SSC) und die Fluoreszenzintensität (SFL) aufgezeichnet und in einem Scattergramm grafisch dargestellt. Dabei erlaubt die Lage der Neutrophilenpopulation im WDF-Scattergramm die Beurteilung der Aktivierung der neutrophilen Granulozyten. Aktivierte Zellen weisen eine andere Zusammensetzung der Membranlipide auf und zeigen eine erhöhte zytoplasmatische Aktivität durch die aktive Produktion von z. B. Zytokinen. Dadurch ist die Intensität des Fluoreszenzsignals aktivierter Zellen im Vergleich zu ruhenden Zellen höher. Der Parameter NEUT-RI gibt diese Reaktivitätsintensität der Neutrophilen, ausgedrückt in der Einheit der Fluoreszenzintensität (FI), wieder. Das 90°-Seitwärtsstreulicht (SSC) des Differenzialblutbild-Kanals liefert Informationen über die Dichte oder Komplexität der Zellen, was ein Maß für deren Granularität ist. Nimmt folglich die Komplexität der Zellen nach einer Funktionsänderung zu, beispielsweise durch toxische Granulation oder Vakuolisierung, verändert sich auch die Lage des neutrophilen Clusters im Scattergramm. Der Parameter NEUT-GI wird in der Einheit der Streulichtintensität (SI) ausgegeben. Die NEUT-RI- und NEUT-GI-Parameter geben demnach keine spezielle Zellzahl wieder, sondern vielmehr die Intensität der FSC- bzw. SSC-Signale, die im Zentroid der Zellen der NEUT-Population gemessen werden. (5)

Wiedergabe der unterschiedlichen Stadien einer bakteriellen Infektion mit dem XN-Analysesystem

Während der akuten Phase einer bakteriellen Infektion sind die ersten Parameter, die auf eine Aktivierung der neutrophilen Granulozyten im Rahmen der frühen angeborenen Immunantwort hinweisen, in der Regel die Marker NEUT-GI und NEUT-RI. Im Anschluss kommt es häufig zu einer erhöhten Neutrophilenzahl (NEUT) im peripheren Blut infolge einer erhöhten Zahl an reifen neutrophilen Granulozyten. Diese werden zunächst aus dem Randspeicher freigesetzt und, nachdem dieser Pool erschöpft ist, aus einem Reservespeicher mit reifen Neutrophilen im Knochenmark. Wenn es sich um eine schwere Infektion handelt und weitere Abwehrzellen benötigt werden, erfolgt zunächst die Freisetzung der stabkernigen neutrophilen Granulozyten und dann der unreifen Granulozyten (Immature Granulocytes, IG) aus dem Knochenmark. Dies führt zu einer erhöhten IG-Zahl im peripheren Blut.

1. Kruger P et al. (2015): Neutrophils: Between Host Defence, Immune Modulation, and Tissue Injury. PLoS Pathog. Mar; 11(3).
2. Athens JW et al. (1961): Leukokinetic studies. IV. The total blood, circulating and marginal granulocyte pools and the granulocyte turnover rate in normal subjects. J Clin Invest. 40:989-995.
3. Summers C et al. (2010): Neutrophil kinetics in health and disease. Trends Immunol. 31:318-324.
4. Bekkering S et al. (2013): Another look at the life of a neutrophil. World J Hematol. May 6; 2(2): 44-58.
5. SEED Haematology (2018): Looking deeper into inflammatory conditions from a laboratory and clinical perspective: https://www.sysmex-europe.com/fileadmin/media/f100/SEED/Sysmex_SEED_Haematology_Inflammatory.pdf