Leishmania tropica, L. major

Stamm: Sarcomastigophora
Klasse: Zoomastigophorea
Ordnung: Kinetoplastida
Familie: Trypanosomatidae

D: Erreger der kutanen Leishmaniose
E: cutaneous Leishmaniasis
F: Leishmaniose cutanée

1. Parasit, Übertragung und Vorkommen
2. Diagnostik
3. Wirt-Parasitinteraktion
4. Infektion und Krankheit
5. Epidemiologie
6. Kontrollstrategien
7. Kernsätze
8. Ressourcen

1. Parasit, Lebenszyklus und Verbreitung
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1. 1. Parasit

Leishmanien sind Einzeller, die durch Schmetterlings- oder Sandmücken (Phlebotomen der Familie Psychodidae) übertragen werden. Ihr Hauptverbreitungsgebiet liegt in den Tropen und Subtropen. Dort sind sie Verursacher zahlreicher Erkrankungen wie Viszerale Leishmaniose (Kala-Azar), kutane Leishmaniose (Orientbeule) sowie Haut- und Schleimhautleishmaniosen ("Chiclero's Disease", "Espundia"). Die verschiedenen humanpathogenen Arten und Unterarten (über 10 beim Menschen) sind morphologisch nicht unterscheidbar. Wir beschränken uns auf die Erreger der kutanen Leishmaniose in der Alten Welt.

Anmerkung:
Die systematische Einteilung nach klinischen Kriterien wird heute durch die Genotypisierung der Leishmanien abgelöst. So können sich beispielsweise "kutane Leishmanien" unter Umständen auf andere Gewebe ausbreiten. Ursache dafür ist in vielen Fällen eine nicht adäquate Immunantwort des Wirtes, wie sie bei HIV-Infektionen vorkommt. Der Immunstatus des Wirtes hat also entscheidenden Einfluss auf das klinische Bild.

Promastigote Stadien von Leishmania donovani; WHO, TDR, Stammers

Stich einer weiblichen Schmetterlingsmücke; Royal Tropical Institute, Amsterdam

Phlebotomus dubosci beim Blutmahl; WHO, TDR, Stammers

1.2. Lebenszyklus

Animation Lebenszyklus

Leishmanien werden durch weibliche Schmetterlingsmücken (Familie Psychodidae) der Gattungen Phlebotomus (Asien und Afrika) sowie Lutzomyia (Mittel- und Südamerika) übertragen. Die Übertragung erfolgt durch den Stich einer infizierten Mücke bei der Blutmahlzeit. Die promastigoten Stadien werden von Phagozyten wie beispielsweise Makrophagen, dendritische Zellen oder Langerhans-Zellen aufgenommen. Dort werden sie nicht zerstört, sondern wandeln sich in amastigote Formen um. Diese vermehren sich in der parasitophoren Vakuole durch Zweiteilung, bis die Wirtszelle schliesslich platzt. Die freigewordenen Amastigoten werden entweder erneut von Phagozyten phagozytiert oder von einem geeigneten Vektor aufgenommen. Ebenso können infizierte zirkulierende Makrophagen vom Vektor aufgenommen werden. Im Darm der Schmetterlingsmücke wandeln sie sich zu promastigoten, begeisselten Stadien um, die sich durch Zweiteilung stark vermehren. Schliesslich sind Vorderdarm und Stechrüssel der Mücke mit Promastigoten angefüllt, die beim nächsten Blutmahl in einen Wirt übertragen werden.

1.3. Verbreitung

Die Leishmaniosen sind in über 88 Ländern der Tropen und Subtropen verbreitet. Darüber hinaus kommen sie auch im Mittelmeerraum und in Mittelasien vor, während Australien frei von Leishmanien ist. Die WHO schätzt, dass weltweit etwa 12 Mio. Menschen mit den Erregern infiziert sind, jährlich kommen etwa 2 Mio. Neuerkrankungen dazu.
Die Verbreitung der Leishmaniose ist streng an das Vorkommen ihrer Vektoren, der Schmetterlingsmücken, gebunden.
Die kutanen Leishmaniosen der Alten Welt sind in Europa (Mittelmeerländer), in Afrika (Nordafrika, Sahel) und in Asien (Kleinasien, Mittlerer Osten, Südwestasien) verbreitet.

2.      Diagnostik
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Die Diagnose der kutanen Leishmaniose wird durch die Hautsymptomatik erleichtert. Der endgültige Erregernachweis geschieht mittels Kultur. Dazu wird eine Gewebeprobe aus dem Randbezirk des Hautgeschwürs entnommen und die Erreger in speziellem Kulturmedium nach 3-10 Tagen mikroskopisch als promastigote Kulturformen nachgewiesen. Heute lassen sich Leishmanien durch den Nachweis ihrer DNS mittels Hybridisierung (Dot Blot) oder Polymeraseketten-Reaktion (PCR) direkt ab Hautbiopsie schneller nachweisen.

Für den Erregernachweis bei einer viszeralen Leishmaniose müssen Lymphknoten oder Knochenmark punktiert werden. Da diese Verfahren invasiv sind, wird meist die Serologie – der Nachweis spezifischer Antikörper – zur Abklärung vorgezogen, die bei der kutanen Leishmaniose aber keine diagnostische Bedeutung hat.

Promastigote und geklumpte amastigote Leishmanien in Kultur; WHO

3.      Wirt-Parasitinteraktionen
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Spezifische Aspekte in der Übersicht:
3.1 Wirtsmoleküle vermitteln die Aufnahme des Parasiten in Phagozyten
3.2 Wie können Leishmanien in Makrophagen überleben?
3.3 Die Immunantwort bestimmt den Verlauf der kutanen Leishmaniose
3.4 Der Lebenszyklus des Parasiten im Vektor

3.1 Wirtsmoleküle vermitteln die Aufnahme des Parasiten in Phagozyten
Die Oberfläche der infektiösen promastigoten Formen („metazyklische Formen“) sind mit einer komplexen Glykokalyx umgeben, die neben Phospholipiden vor allem aus Lipophosphoglykanen (LPG) und gp63, einer Metalloprotease („Leishmanolysin“) aufgebaut wird. Diese Moleküle interagieren mit Komplement. Es kommt zur Anlagerung von C3b, welches als Ligand zu den Komplementrezeptoren (CR1 und CR3) auf der Makrophagen-Oberfläche wirkt. Daneben kann gp63 auch mit dem Mannose/Fukose-Rezeptor der Wirtszellen direkt binden. Damit wird die Phagozytose induziert. Bei den aufgenommenen Leishmanien ist die Geissel reduziert. Damit ist aus einer extrazellulären promastigoten eine intrazelluläre amastigote Form entstanden. Die beiden Formen unterscheiden sich aber nicht nur morphologisch. Dieser Wechsel verändert die Zellphysiologie drastisch (Art des Metabolismus (aerob zu anaerob); Temperaturoptimum u.a.).

3.2 Wie können Leishmanien in Makrophagen überleben?
Dass ein Parasit in einer professionellen Abwehrzelle des Wirtes heimisch wird, die auf die Zerstörung von Pathogenen spezialisiert ist, mag doch erstaunen. Die Interaktionen zwischen Parasit und Wirtszelle („cross talk“) sind äusserst komplex und werden erst in Ansätzen verstanden. Zum einen führt die Phagozytose über Komplementrezeptoren (sog. Phagozytose-Typ II) nicht zu einer Makrophagenaktivierung, wie dies auch bei Mycobacterium nachgewiesen werden konnte. Nach Lehrbuchmeinung sind Leishmanien gegenüber lysosomalen Enzymen resistent. Neuere Arbeiten mit konfokaler Mikroskopie scheinen ein Entweichen von Leishmanien aus dem Phagosom in das Zytosol zu belegen, wie dies von anderen Pathogenen (z.B. Trypanosoma cruzi, dem Erreger der Chagas Krankheit) schon nachgewiesen ist.

Sicher ist, dass ein Makrophage durch eine Leishmanien-Infektion sowohl in seiner Physiologie wie auch als Effektorzelle komplett verändert wird: Seine Zytokinproduktion wird auf anti-inflammatorische Zytokine (wie IL-10 und TGF-beta) umgestellt. Die IL-12 Produktion wird eingestellt, und damit wird verhindert, dass NK-Zellen oder TH1-Zellen IFN-gamma produzieren. Dies ist deshalb wichtig, weil IFN-gamma die induzierbare NO (Stickoxid)-Synthetase anregen kann. Eine NO-Produktion ist für Leishmanien absolut tödlich! Ebenfalls wird die Antigenprozessierung und –präsentation verringert und somit eine T-Zell Stimulation verhindert.

Animation Zytokine

3.3 Die Immunantwort bestimmt den Verlauf der kutanen Leishmaniose
Unsere Kenntnisse stammen in erster Linie von einem Labormodell (L. major und infizierte Inzuchtmäuse), das den Immunologen grundlegende T-Zellmechanismen offenbart hat. Bei so genannten resistenten Inzuchtstämmen (wie etwa bei C57BL oder CBA) bildet sich die Hautläsion nach 2 bis 3 Wochen zurück. Im Gegensatz dazu werden empfängliche Mausstämme (z.B. Balb/c) schwer krank und vermögen die Infektion nicht unter Kontrolle zu halten. Allerdings – das haben Übertragungsversuche gezeigt – wird bei den resistenten Mausstämmen keine sterile Immunität erreicht: Es handelt sich um eine „klinische Immunität“. Auch beim Menschen wird – im Gegensatz zu den Angaben in älteren Lehrbüchern – eine klinische Immunität aufgebaut. Eine Immundefizienz (z.B. HIV-Infektion) kann eine klinisch inapparente Leishmaniose reaktivieren!

Um eine Leishmanien-Infektion unter Kontrolle zu halten, d.h. um die intrazellulären Parasiten abzutöten, müssen die befallenen Wirtszellen aktiviert werden: Für die Makrophagenaktivierung sind aktivierte T-Helfer 1 (TH1)-Zellen entscheidend: Interferon (IFN)-gamma Signal und ein zweites Signal (Korezeptorbindung) induzieren die NO-Synthetase der Makrophagen. Stickoxid (NO) ist für die intrazellulären Parasiten tödlich. Für die Entwicklung und Erhaltung einer TH1-Immunantwort ist das Zytokin IL-12 (das überdies eine TH2-Antwort verhindert) unabdingbar. Es ist also eine überwiegende TH1-Immunantwort, welche resistente Mäuse wie auch Menschen vor einer krankmachenden Leishmaniose schützt.
Die Empfänglichkeit der Balb/c-Mäuse ist durch eine überschiessende TH2-Immunantwort bedingt, die kurz nach der Infektion einsetzt und durch IL-4 und IL-10 aufrechterhalten wird. Die durch eine TH2-Immunantwort stimulierten Antikörper spielen keine Rolle bei der Elimination des intrazellulären Parasiten.

3.4 Der Lebenszyklus des Parasiten im Vektor
Werden amastigote Formen vom Vektor mit dem Blutmahl aufgenommen, so differenzieren diese im Darm innert 12 bis 24 Stunden zu prozyklischen Promastigoten mit kurzer Geissel. Diese Morphogenese spielt sich auch in einer Kultur im Nährmedium ab. Nach weiteren 3 Tagen entstehen lange schlanke Formen mit einer langen Geissel (sog. nectomonade Formen). Diese heften sich an das Darmepithel an und proliferieren. Die Adhärenz über Seitenketten der Lipophosphoglykane (LPG) an Lektinrezeptoren der Darmwand verhindert die Exkretion der Parasiten mit den Rückständen des Blutmahls. Frühestens 7 Tage nach der Infektion sammeln sich infektiöse metazyklischen Formen im vorderen Darmabschnitt (Stomodeum). Ihre LPGs unterscheiden sich von denjenigen der nectomonaden Formen: Ihre Seitenketten sind länger. Damit wird eine Komplementresistenz erreicht. Der Membran-attackierende Komplex kann nicht wirksam werden. Durch Erbrechen gelangen promastigote Leishmanien beim Blutmahl in den nächsten Wirt.

4.      Infektion und Krankheit
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Die verschiedenen Formen der Leishmaniose haben vor allem in den tropischen und subtropischen Ländern der Erde eine Bedeutung. Insgesamt sind weltweit mindestens 12 Mio. Menschen mit Leishmanien infiziert. Die WHO geht davon aus, dass jährlich etwa 2 Mio. Neuerkrankungen dazu kommen. Da die Leishmanien Zellen wie Makrophagen besiedeln, können sie nur über eine zellvermittelte Immunantwort des Körpers, das heisst über eine Aktivierung von Th1-Zellen bekämpft werden. Da beispielsweise HIV-Infizierte zuwenig funktionsfähige T-Helferzellen haben, verläuft bei diesen Patienten eine Infektion mit Leishmanien oft fatal. Ausserdem ist es möglich, dass bei AIDS-Patienten eine klinisch latente Infektion mit Leishmanien ausbricht. Typische Befunde sind Knoten und Ulzera auf der Zunge, im Ösophagus, Larynx, Magen, Rektum und der Lunge. Mit der weltweiten Zunahme der AIDS-Fälle hat so auch die Leishmaniose als HIV-assoziierte Infektion eine neue Bedeutung bekommen.
Auch immunkompetente Patienten können schwer erkranken. Während bei den mukokutanen und kutanen Leishmaniosen entstellende Ulzera mit zum Teil erheblichen Gewebedestruktionen auftreten, endet eine unbehandelte viszerale Leishmaniose (Kala-Azar) meist tödlich. Erschwerend kommt hinzu, dass es bis heute keine Chemoprohylaxe und keinen Impfstoff gibt. Ausserdem zeichnen sich die vorhandenen Chemotherapeutika — meist Antimonpräparate — durch viele Nebenwirkungen aus.

Kutane Leishmaniose bei einer Thaifrau, selten in Südostasien; Ch. Hatz, STI

Kutane Leishmaniose: Orientbeule; STI

Die kutane Leishmaniose kann einer lepromatösen Lepra ähneln, Tabora, Tansania; Laufer

5.      Epidemiologie
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Zoonose:
Eine Zoonose liegt laut Definition der WHO dann vor, wenn ein Erreger vom Wirbeltier auf den Menschen, gelegentlich auch umgekehrt, übertragen wird. Dies trifft auch für die Leishmaniose zu. Neben dem Menschen gibt es in vielen Regionen der Erde auch ein Erregerreservoir unter Wild- und Haustieren. Dazu zählen wildlebende Nagetiere, bei der viszeralen Leishmaniose aber auch Karnivoren wie Hunde, die selbst schwer an Leishmaniose erkranken.

Psammomys obesus - ein Nagetier - ist ein natürliches Reservoir für Leishmania; Isfahan, Iran; WHO/TDR/Crump

6.      Kontrollstrategien
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Prophylaxe
Gegen die Leishmaniose gibt es bisher keine wirksame Chemoprophylaxe. Deshalb ist die Expositionsprophylaxe entscheidend. Wirksam sind nur engmaschige, mit Insektiziden imprägnierte Moskitonetze.

Vektorkontrolle
Eine weitere Möglichkeit ist die Bekämpfung der Überträger. Dies geschieht durch den Einsatz von Insektiziden und die Beseitigung von Brutstätten. Aufgrund kurzer Flugdistanzen und hoher Empfindlichkeit gegenüber Insektiziden ist eine periodische Bekämpfung der Schmetterlingsmücken gerade in Städten sinnvoll.

Therapie
Bei einer kutanen Leishmaniose, die spontan abheilt, ist eine Therapie – ausser bei der disseminierten Form – nicht nötig. Als Chemotherapeutika gegen viszerale Leishmaniosen werden Antimonpräparate (Glucantime oder Pentostam) verwendet, welche jedoch schlecht verträglich sind. Neue Präparate sind liposomales Amphotericin B und als neuestes Medikament Miltefosine, das oral eingenommen werden kann.

Impfung
Die selbst heilende kutane Leishmaniose (Orientbeule) hinterlässt Narben. Die früher praktizierte Form einer Inokulation mit Ulkusmaterial an einer nicht auf Anhieb sichtbaren Stelle wird heute meist nicht mehr durchgeführt, da dadurch eine latente Infektion gesetzt werden kann.
Obwohl einige Impfversuche mit mässigem Erfolg stattgefunden haben, gibt es derzeit keinen zuverlässigen Impfstoff gegen Leishmaniosen.

Prophylaxe: Ein engmaschiges Netz als Schutz vor Schmetterlingsmücken; WHO

Therapie: Antimonpräparate (Glucantime) gegen Leishmaniose; WHO

Vektorkontrolle: Einsatz von Insektiziden gegen Schmetterlingsmücken; WHO

7. Kernsätze
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1. Leishmanien sind begeisselte Einzeller, die von Schmetterlingsmücken übertragen werden. Neben dem Menschen kann für die meisten Arten ein tierisches Reservoir (= Zoonose) bestehen. Dies gilt nicht für L. donovani und L. tropica.
2. Der Parasit hat zwei Haupterscheinungsformen: begeisselte extrazelluläre promastigote Formen im Darm des Vektors und die intrazelluläre nicht-begeisselte amastigote Form in Wirtszellen.
3. Bei der Blutmahlzeit des Vektors übertragene Promastigote nutzen angeborene Wirtsabwehrstrategien um rasch in ihre Wirtszellen zu gelangen.
4. Amastigote haben verschiedene Überlebensstrategien, um in den Abwehrzellen zu überleben: Veränderungen der Wirtszellphysiologie, Resistenz gegen lysosomale Enzyme und eventuell entweichen in das Zytosol.
5. Eine protektive Wirtsabwehr wird durch eine TH1-Immunantwort realisiert.
6. Die beobachtete Immunität nach einer kutanen Leishmaniose ist keine sterile, sondern eine klinische Immunität. Eine HIV-Infektion oder eine andere Form der Immunsupprimierung führt zu einer Reaktivierung einer latenten Infektion.

8.      Ressourcen
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Lehrbuch “Medizinische Mikrobiologie” (10. Auflage), Kayser et al., Thieme-Verlag: Leishmania (Seiten 510 bis 517)

Lernprogramm "Leishmaniasis" auf Englisch (Topics in International Health, The Wellcome Trust)