Zytokine

Zytokine (Botenstoffe des Immunsystems) sind eine heterogene Gruppe löslicher Proteine (Eiweiße) oder Glykoproteine (Zucker-Eiweiß-Verbindungen), die als interzelluläre Signalmediatoren (Botenstoffe zwischen Zellen) Immunantwort (Abwehrreaktion), Entzündung (Gewebereaktion), Hämatopoese (Blutbildung), Gewebereparatur (Gewebeheilung), Fibrose (Gewebeverhärtung), Tumor-Mikromilieu (Tumorumgebung) und Zellwachstum regulieren. Sie werden unter anderem von Monozyten (weiße Blutzellen), Makrophagen (Fresszellen), dendritischen Zellen (Abwehrzellen), T-Lymphozyten (T-Abwehrzellen), B-Lymphozyten (B-Abwehrzellen), natürlichen Killerzellen (Abwehrzellen), Endothelzellen (Gefäßinnenwandzellen), Fibroblasten (Bindegewebszellen), Epithelzellen (Deckzellen), Adipozyten (Fettzellen) und Tumorzellen (Krebszellen) gebildet. Zytokine wirken autokrin (auf die ausschüttende Zelle selbst), parakrin (auf benachbarte Zellen) oder endokrin (hormonähnlich über das Blut) und vermitteln ihre Effekte über spezifische Rezeptoren (Andockstellen) und intrazelluläre Signalwege (Signalübertragungswege innerhalb der Zelle), insbesondere Januskinase-Signal Transducer and Activator of Transcription-, Nuclear Factor kappa B- und Mitogen-activated Protein Kinase-Signalwege [1, 2].

In der klinischen Labordiagnostik ist die Bestimmung einzelner Zytokine oder von Zytokinprofilen ein spezialisiertes Verfahren zur immunologischen Phänotypisierung (Bestimmung von Abwehrmerkmalen), Risiko- und Verlaufsbeurteilung bei hyperinflammatorischen Zuständen (überschießenden Entzündungszuständen), Sepsis (Blutvergiftung), schweren Infektionen (Ansteckungskrankheiten), Autoimmunerkrankungen (Erkrankungen mit Fehlsteuerung des Immunsystems), Immundefekten (Abwehrschwächen), Tumorerkrankungen (Krebserkrankungen), Transplantationsreaktionen (Reaktionen nach Organübertragung) und Nebenwirkungen immunmodulierender Therapien (das Immunsystem beeinflussender Behandlungen). Die Bestimmung ersetzt keine klinische Diagnose und ist wegen ausgeprägter präanalytischer, analytischer und biologischer Variabilität stets im Kontext von Anamnese (Krankengeschichte), klinischem Befund (Untersuchungsbefund), Standardlabor, Infektionsdiagnostik und gegebenenfalls bildgebender Diagnostik zu interpretieren [1-6].

Synonyme

• Zytokinprofil
• Zytokinpanel
• Immunmediatoren
• Entzündungsmediatoren
• Cytokines
• Cytokine profiling

Hauptgruppen der Zytokine

• Interleukine, zum Beispiel Interleukin-1β, Interleukin-2, Interleukin-6, Interleukin-10, Interleukin-17, Interleukin-18
• Interferone, zum Beispiel Interferon-α, Interferon-β, Interferon-γ
• Tumornekrosefaktoren, zum Beispiel Tumornekrosefaktor-α
• Koloniestimulierende Faktoren, zum Beispiel Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor und Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor
• Chemokine, zum Beispiel CXCL8/Interleukin-8, CXCL9, CXCL10, CCL2, CCL5
• Transforming-Growth-Factor-Familie, zum Beispiel Transforming Growth Factor-β

Das Verfahren

Benötigtes Material

• Serum oder Plasma, abhängig von Analyt, Methode und Laborvorgabe
• EDTA-Plasma oder Heparin-Plasma bei vielen Multiplex-Assays bevorzugt, sofern vom Testhersteller validiert
• Liquor cerebrospinalis (Nervenwasser) bei neurologischen, infektiologischen oder neuroinflammatorischen Spezialfragestellungen
• Bronchoalveoläre Lavage (Lungenspülung), Synovialflüssigkeit (Gelenkflüssigkeit), Aszites (Bauchwasser), Pleuraerguss (Flüssigkeit im Brustfellraum), Speichel, Urin oder Gewebeüberstand nur bei validierter Spezialdiagnostik und definierter Fragestellung

Vorbereitung des Patienten

• Nüchternblutabnahme wird empfohlen, wenn basale Entzündungsprofile, metabolische Fragestellungen oder Studienbedingungen beurteilt werden sollen.
• Körperliche Belastung, akuter psychischer Stress, Schlafentzug und Nikotinkonsum unmittelbar vor der Blutabnahme sollten möglichst vermieden werden.
• Abnahmezeitpunkt sollte dokumentiert werden, da einzelne Zytokine zirkadiane und situationsabhängige Schwankungen zeigen können.
• Begleitmedikation, insbesondere Glukokortikoide, nichtsteroidale Antirheumatika, Biologika, Januskinase-Inhibitoren, Immunsuppressiva, Checkpoint-Inhibitoren, Chemotherapie, Antiinfektiva und Zytokintherapeutika, sollte dokumentiert werden.
• Bei Verlaufsbestimmungen sollten möglichst dasselbe Labor, dieselbe Matrix, dieselbe Methode und ein standardisierter Abnahmezeitpunkt verwendet werden.

Störfaktoren

• Hämolyse, Lipämie, Ikterus und partikuläre Verunreinigungen können immunologische Messsysteme beeinträchtigen.
• Verzögerte Zentrifugation kann durch fortgesetzte Zellaktivität ex vivo zu falsch erhöhten oder erniedrigten Konzentrationen führen.
• Unterschiedliche Probenmatrix, Antikoagulanzien, Röhrchentypen, Gerinnungszeit, Zentrifugationsbedingungen, Aliquotierung, Transporttemperatur und Lagerungsdauer beeinflussen die Vergleichbarkeit.
• Wiederholte Einfrier-Auftau-Zyklen können einzelne Zytokine verändern und sollten vermieden werden.
• Heterophile Antikörper, Rheumafaktoren, Anti-Reagenz-Antikörper, Biotin und hohe Immunglobulinkonzentrationen können je nach Assay Interferenzen verursachen.
• Akute Infektionen, Impfungen, Operationen, Trauma, Schwangerschaft, Zyklusphase, Adipositas, Rauchen, körperliche Belastung und Alter können basale Zytokinspiegel beeinflussen.
• Ergebnisse unterschiedlicher Plattformen, zum Beispiel Enzyme-linked Immunosorbent Assay, elektrochemilumineszenzbasierte Assays, beadbasierte Luminex-Assays, Proximity-Extension-Assays oder ultrasensitive Single-Molecule-Array-Assays, sind nicht ohne Weiteres austauschbar [1-6].

Methode

• Einzelanalytik mittels Enzyme-linked Immunosorbent Assay oder elektrochemilumineszenzbasierter Immunoassays
• Multiplex-Immunoassays, zum Beispiel beadbasierte Luminex/xMAP-Verfahren, Meso Scale Discovery-Plattformen oder Proximity-Extension-Assays
• Ultrasensitive Verfahren, zum Beispiel Single-Molecule-Array-Assays, insbesondere bei sehr niedrigen basalen Konzentrationen
• Funktionelle Spezialdiagnostik nach Stimulation, zum Beispiel Ex-vivo-Stimulation peripherer mononukleärer Blutzellen mit anschließender Messung von Interferon-γ, Interleukin-2, Tumornekrosefaktor-α oder weiteren Zytokinen
• Intrazelluläre Zytokinmessung mittels Durchflusszytometrie nach Zellstimulation, insbesondere zur funktionellen T-Zell- oder Natural-Killer-Zell-Analyse

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden- und laborabhängig. Für Zytokine existieren keine allgemein übertragbaren Referenzbereiche, da Matrix, Plattform, Kalibrierung, Antikörperreagenzien, Nachweisgrenze, Standardmaterial, Probenhandhabung und Studienpopulation die Messergebnisse wesentlich beeinflussen. Ergebnisse sollten daher nicht zwischen verschiedenen Laboren oder Methoden gleichgesetzt werden [1-6].

Indikationen

• Abklärung und Verlaufskontrolle hyperinflammatorischer Syndrome, insbesondere Zytokinfreisetzungssyndrom, Makrophagenaktivierungssyndrom und sekundäre hämophagozytische Lymphohistiozytose
• Monitoring nach Immunzelltherapien, insbesondere CAR-T-Zelltherapie und bispezifischen T-Zell-Engagern, wenn klinisch ein Zytokinfreisetzungssyndrom vermutet wird
• Risikostratifizierung und Verlaufsbeurteilung bei Sepsis und septischem Schock als Ergänzung zu klinischen Scores, Blutkulturen, Lactat, C-reaktivem Protein und Procalcitonin
• Differentialdiagnostik schwerer systemischer Entzündungsreaktionen, insbesondere bei unklarem Fieber, Multiorganbeteiligung, Zytopenien, Hyperferritinämie oder Therapieversagen
• Verlaufskontrolle ausgewählter Autoimmunerkrankungen und autoinflammatorischer Erkrankungen, wenn eine therapeutische Konsequenz aus dem Zytokinprofil ableitbar ist
• Immunmonitoring bei Immundefekten, Transplantation, Graft-versus-Host-Erkrankung oder Abstoßungsreaktion in spezialisierten Zentren
• Tumorimmunologie und klinische Studien, insbesondere zur Charakterisierung von Immuntherapieansprechen, immunvermittelten Nebenwirkungen und Tumor-Mikromilieu
• Infektiologische Spezialdiagnostik, insbesondere bei viralen, mykobakteriellen, opportunistischen oder schweren bakteriellen Infektionen, wenn eine funktionelle Immunantwort beurteilt werden soll
• Neurologische und neuroinflammatorische Spezialfragestellungen im Liquor cerebrospinalis, wenn lokal validierte Referenzdaten und eine klare Fragestellung vorliegen

Interpretation

Erhöhte Werte

• Interleukin-6 erhöht – Akute systemische Entzündung, Sepsis, septischer Schock, Zytokinfreisetzungssyndrom, Makrophagenaktivierungssyndrom, schwere Infektionen, Autoimmunerkrankungen, Tumorprogression oder postoperative Entzündungsreaktion
• Tumornekrosefaktor-α erhöht – Akute proinflammatorische Aktivierung, bakterielle Infektion, Sepsis, Autoimmunerkrankungen, chronisch-entzündliche Erkrankungen oder lokale Gewebsentzündung
• Interleukin-1β erhöht – Inflammasomaktivierung, autoinflammatorische Syndrome, Makrophagenaktivierung, schwere Infektionen oder Gewebeschädigung
• Interleukin-10 erhöht – Anti-inflammatorische Gegenregulation, Immunsuppression bei schwerer Sepsis, chronische Infektion, Tumorimmunescape oder regulatorische Immunaktivierung
• Interferon-γ erhöht – T-Helfer-1-dominierte Immunantwort, virale Infektion, intrazelluläre Erreger, Makrophagenaktivierungssyndrom, hämophagozytische Lymphohistiozytose oder Immuntherapie-assoziierte T-Zell-Aktivierung
• CXCL8/Interleukin-8 erhöht – Neutrophilenrekrutierung bei bakterieller Infektion, Gewebeschädigung, Sepsis, akuter Entzündung oder lokaler Kompartmententzündung
• Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor erhöht – Myeloide Aktivierung, hyperinflammatorische Zustände, Zytokinfreisetzungssyndrom oder immuntherapieassoziierte Entzündung
• Transforming Growth Factor-β erhöht – Fibrose, Tumor-Mikromilieu, Immunsuppression, Wundheilung oder chronische Entzündung; Serumwerte sind präanalytisch besonders störanfällig, insbesondere durch Thrombozytenfreisetzung

Erniedrigte Werte

• Erniedrigte oder nicht messbare Einzelwerte schließen Entzündung, Infektion, Autoimmunerkrankung oder Zytokinfreisetzungssyndrom nicht aus.
• Niedrige Werte können durch kurze Halbwertszeit, ungünstigen Abnahmezeitpunkt, lokale statt systemische Zytokinproduktion, präanalytischen Abbau oder analytische Nachweisgrenzen bedingt sein.
• Immunsuppressive Therapie, Glukokortikoide, Biologika, Januskinase-Inhibitoren, Chemotherapie oder schwere Immundefekte können Zytokinantworten vermindern.
• Bei funktionellen Immunassays kann eine fehlende Zytokinantwort auf eine relevante zelluläre Funktionsstörung hinweisen, muss aber gegen Zellzahl, Vitalität, Stimulation, Kontrolle und Präanalytik geprüft werden.

Spezifische Konstellationen

• Zytokinfreisetzungssyndrom nach Immunzelltherapie – Diagnose und Schweregrad beruhen primär auf klinischen Kriterien wie Fieber, Hypotonie und Hypoxie; Zytokinwerte können die Pathophysiologie und Verlaufskontrolle unterstützen, sind aber nicht allein diagnostisch [7, 8]
• Sepsis und septischer Schock – Interleukin-6 kann früh ansteigen und prognostische Information liefern; die Therapieentscheidung richtet sich jedoch nach klinischer Sepsisdiagnostik, Organdysfunktion, mikrobiologischer Diagnostik, Lactat und leitliniengerechter Akuttherapie [9]
• Makrophagenaktivierungssyndrom/hämophagozytische Lymphohistiozytose – Zytokinprofile können Interferon-γ-, Interleukin-6-, Interleukin-10- und Interleukin-18-dominierte Aktivierungsmuster zeigen; entscheidend sind zusätzlich Ferritin, Triglyceride, Fibrinogen, Zytopenien, Leberparameter, löslicher Interleukin-2-Rezeptor und klinische Kriterien [8]
• Autoimmunerkrankungen – Persistierend erhöhte proinflammatorische Zytokine können Krankheitsaktivität anzeigen, sind aber wegen fehlender Spezifität nicht als isolierte Diagnostik geeignet.
• Tumorerkrankungen – Zytokine können Tumorprogression, Tumor-Mikromilieu, Cachexie, Angiogenese und Immunescape widerspiegeln; routinemäßige onkologische Verlaufskontrollen werden dadurch nicht ersetzt.
• Liquor cerebrospinalis – Zytokinbestimmungen im Liquor können bei neuroinflammatorischen oder infektiösen Spezialfragestellungen hilfreich sein; Serum- und Liquorwerte sind nicht direkt vergleichbar.

Weiterführende Diagnostik

• Kleines Blutbild und Differentialblutbild
• Entzündungsparameter – C-reaktives Protein, Blutsenkungsgeschwindigkeit, Procalcitonin
• Sepsisdiagnostik – Blutkulturen, Lactat, Blutgasanalyse, Organdysfunktionsparameter, mikrobiologische Diagnostik, Fokusdiagnostik
• Ferritin, Triglyceride, Fibrinogen, D-Dimere, Lactatdehydrogenase, löslicher Interleukin-2-Rezeptor und natürliche-Killerzell-Funktion bei Verdacht auf hämophagozytische Lymphohistiozytose oder Makrophagenaktivierungssyndrom
• Autoimmundiagnostik – antinukleäre Antikörper, extrahierbare nukleäre Antigene, Anti-dsDNA-Antikörper, Komplement C3/C4, Rheumafaktor, CCP-Antikörper, antineutrophile zytoplasmatische Antikörper in Abhängigkeit von der Fragestellung
• Infektiologische Diagnostik – Polymerase-Kettenreaktion, Serologie, Antigennachweise, Kulturverfahren und Resistenztestung nach klinischem Kontext
• Immundefektdiagnostik – Immunglobuline, Lymphozytensubpopulationen, Impfantworten, Komplementdiagnostik, funktionelle T-Zell- und B-Zell-Assays
• Transplantationsdiagnostik – organspezifische Funktionsparameter, donor-spezifische Antikörper, Chimerismusdiagnostik und Biopsie je nach Transplantat
• Medizingerätediagnostik – Sonographie, Computertomographie, Magnetresonanztomographie oder Positronenemissionstomographie/Computertomographie zur Fokus-, Tumor- oder Komplikationsdiagnostik nach klinischer Indikation

Klinische Hinweise

• Zytokinmessungen sind überwiegend Spezialdiagnostik und nicht als ungerichtetes Screening geeignet.
• Ein einzelner Zytokinwert besitzt meist geringe Spezifität; diagnostisch belastbarer ist die Kombination aus Dynamik, Muster, klinischer Konstellation und standardisierten Zusatzparametern.
• Für Verlaufsbeurteilungen müssen Matrix, Methode, Labor, Probenprozessierung und Abnahmezeitpunkt konstant gehalten werden.
• Bei Verdacht auf Zytokinfreisetzungssyndrom oder Zytokinsturm ist die klinische Einschätzung vorrangig; die Laboranalytik darf Akuttherapie und intensivmedizinische Stabilisierung nicht verzögern.
• Die klinische Aussagekraft von Multiplexpanels hängt wesentlich von analytischer Validierung, interner Qualitätskontrolle, Kalibrierung, Nachweisgrenzen, Wiederfindung und Inter-Assay-Variabilität ab.
• Referenzintervalle gesunder Kollektive sind für akut kranke Patienten, Intensivpatienten, onkologische Patienten, Kinder, Schwangere und immunsupprimierte Patienten nur eingeschränkt übertragbar.

Literatur

1. Liu C, Chu D, Kalantar-Zadeh K, George J, Young HA, Liu G. Cytokines: From Clinical Significance to Quantification. Adv Sci (Weinh). 2021;8(15):2004433. https://doi.org/10.1002/advs.202004433
2. McKinski K, Tang H, Wang K, Birchler M, Wright M. Comparison of highly sensitive, multiplex immunoassay platforms for streamlined clinical cytokine quantification. Bioanalysis. 2025;17(1):17-29. https://doi.org/10.1080/17576180.2024.2442190
3. Rountree W, Lynch HE, Denny TN, Sempowski GD, Macintyre AN. Sources of variability in Luminex bead-based cytokine assays: Evidence from twelve years of multi-site proficiency testing. J Immunol Methods. 2024;531:113699. https://doi.org/10.1016/j.jim.2024.113699
4. Simpson S, Kaislasuo J, Guller S, Pal L. Thermal Stability of Cytokines: A Review. Cytokine. 2020;125:154829. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2019.154829
5. Gottfried-Blackmore A, Rubin SJS, Bai L, Corwin EJ, McCarter R, Hadley D. Effects of processing conditions on stability of immune analytes in human blood. Sci Rep. 2020;10:17328. https://doi.org/10.1038/s41598-020-74274-8
6. Breen EC, Reynolds SM, Cox C, Jacobson LP, Magpantay L, Mulder CB, et al. Multisite comparison of high-sensitivity multiplex cytokine assays. Clin Vaccine Immunol. 2011;18(8):1229-1242. https://doi.org/10.1128/CVI.05032-11
7. Lee DW, Santomasso BD, Locke FL, Ghobadi A, Turtle CJ, Brudno JN, et al. ASTCT Consensus Grading for Cytokine Release Syndrome and Neurologic Toxicity Associated with Immune Effector Cells. Biol Blood Marrow Transplant. 2019;25(4):625-638. https://doi.org/10.1016/j.bbmt.2018.12.758
8. Fajgenbaum DC, June CH. Cytokine Storm. N Engl J Med. 2020;383(23):2255-2273. https://doi.org/10.1056/NEJMra2026131
9. Evans L, Rhodes A, Alhazzani W, Antonelli M, Coopersmith CM, French C, et al. Surviving sepsis campaign: international guidelines for management of sepsis and septic shock 2021. Intensive Care Med. 2021;47(11):1181-1247. https://doi.org/10.1007/s00134-021-06506-y