Waldbrandrauch verändert das Immunsystem auf molekularer Ebene, zeigt Studie

Rauchentwicklung durch Brände stellt inzwischen eine ganzjährige globale Gesundheitsbedrohung dar, doch die genauen Immunmechanismen, die Exposition und Erkrankung miteinander verbinden, sind nach wie vor unzureichend verstanden. Die IARC-Klassifizierung des Feuerwehrberufs als Gruppe-1-Karzinogen im Jahr 2022 unterstreicht die Dringlichkeit mechanistischer Forschung. Diese Studie zielte darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem sie Immunzellen rauchexponierter Menschen auf Einzelzell-Ebene profilierte.

Das Team rekrutierte 31 rauchexponierte Erwachsene (Feuerwehrleute und Zivilpersonen) sowie 29 nach Alter und Geschlecht abgestimmte nicht-exponierte Kontrollpersonen. Die Blutentnahme erfolgte innerhalb eines Monats nach der Exposition. Mithilfe von Illumina Infinium-Methylierungs-Arrays, die auf 37.258 Asthma- und allergierelevante CpG-Stellen abzielen, sowie einem 27-Marker-Massenzytrometrie-Panel (CyTOF) führten die Forscher eine integrierte Multi-Omics-Analyse durch, die für Herkunft und Batch-Effekte adjustiert wurde.

Die epigenetische Analyse identifizierte 94 differenziell methylierte CpG-Stellen (log2FC >0,50, q<0,20), die 133 Genen zugeordnet wurden, die in Signalwegen der Zytokin-Signalübertragung, Chromatin-Modifikation und Immunregulation angereichert sind – darunter HLA-B, IL-6, IL-1 und CXCR5. Die Phänotyp-Anreicherungsanalyse kennzeichnete Asthma, Karzinom, Lebererkrankungen und Immunstörungen. Bei aktiven Feuerwehrleuten korrelierte die kumulative Expositionsdauer in Jahren mit Methylierungsveränderungen an 77 CpG-Stellen, die mit der Leukozyten-Differenzierung und B-Zell-Aktivierung in Verbindung stehen. PFAS-Serumwerte zeigten auffällige Korrelationen: 213 epigenetische Regionen korrelierten mit PFOS (verknüpft mit Th17-Differenzierung und Hämatopoese) und 29 mit PFOA (verknüpft mit T-Zell-Rezeptor-Signalübertragung).

Die Immunphänotypisierung zeigte keine grundlegenden Verschiebungen in den Anteilen der wichtigsten Zelltypen, deckte jedoch funktionell bedeutsame Veränderungen auf. Gedächtnis-CD8+-T-Zellen rauchexponierter Personen wiesen eine signifikant höhere CXCR3-Expression auf, und ein terminaler Effektor-Gedächtnis-CD8+-Subcluster (TEMRA) zeigte erhöhte Werte für CCR6, CXCR3 und PD-1 – Marker, die mit Gewebehoming, entzündlicher Rekrutierung bzw. Erschöpfung assoziiert sind. Die neuartige Anwendung der Massenzytrometrie detektierte Quecksilber bevorzugt in toten Immunzellen und Cadmium sowohl in lebenden als auch in toten Populationen, wobei die Quecksilberspiegel positiv mit der Anzahl der Expositionsjahre korrelierten. Einzelne Metallisotopenwerte assoziierten zudem mit spezifischen epigenetischen Stellen auf mehreren Chromosomen, was auf eine metallgetriebene epigenetische Programmierung hindeutet.

Diese Befunde deuten insgesamt darauf hin, dass die Exposition gegenüber Brandrauch dauerhafte epigenetische Umprogrammierungen und funktionelle Immunveränderungen auslöst, die den beobachteten Anstieg respiratorischer, kardiovaskulärer, neurologischer und geburtshilflicher Erkrankungen erklären könnten. Die hier entwickelten Methoden – insbesondere die Einzelzell-Metallquantifizierung mittels Massenzytrometrie – könnten breit eingesetzt werden, um die Exposition gegenüber Umweltgiften zu untersuchen. Künftige Arbeiten sollten klären, ob diese Veränderungen reversibel sind und ob Interventionen, die auf spezifische molekulare Signalwege abzielen, Schäden mindern können.