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Der Zelltod ist ein essentieller biologischer Prozess, der sich in den kontrollierten, programmierten Zelltod (Apoptose, inkl. extrinsischem/intrinsischem Weg und Anoikis) und den unkontrollierten, traumatischen Zelltod (Nekrose, mit verschiedenen histologischen Typen) unterteilt.
In einem gesunden Organismus ist das Gleichgewicht zwischen Zellneubildung und Zelltod entscheidend. Man unterscheidet grundlegend zwei Arten des Sterbens: die Apoptose und die Nekrose. Während die Apoptose ein geordneter, aktiver Prozess ist, stellt die Nekrose eine passive Reaktion auf schädigende Umwelteinflüsse dar.
Die Apoptose wird auch als 'programmierter Zelltod' bezeichnet. Man kann sie sich wie einen kontrollierten Rückbau eines Gebäudes vorstellen, bei dem kein Schutt die Nachbarschaft gefährdet. Dieser Prozess ist ATP-abhängig, benötigt also Energie, und dient dazu, geschädigte oder nicht mehr benötigte Zellen (z. B. während der Embryonalentwicklung zwischen den Fingern) sauber zu entfernen. Die Apoptose spielt auch eine wichtige Rolle in der Immunabwehr, etwa bei der T-Zell-Selektion und der Beseitigung virusbefallener oder entarteter Zellen. Viele Chemotherapien nutzen Mechanismen zur Apoptoseinduktion. Eine Störung dieses Gleichgewichts kann zur Tumorentstehung führen, da die Apoptoseresistenz ein Kennzeichen maligner Tumoren ist.
Die Apoptose kann über zwei Hauptwege eingeleitet werden: den extrinsischen und den intrinsischen Weg. Der extrinsische Weg beginnt mit membranständigen Todesrezeptoren wie dem Fas-Rezeptor oder dem TNF-Rezeptor, die durch T-Zellen aktiviert werden. Eine intrazelluläre Signalkaskade führt zur Aktivierung von Initiatorcaspasen. Der intrinsische Weg wird durch zelluläre Stresssignale wie DNA-Schäden, Sauerstoffmangel oder Mangel an Überlebenssignalen ausgelöst. Dabei wird Cytochrom c aus den Mitochondrien freigesetzt, ein Protein der Atmungskette, das die Bildung von Apoptosomen – großen Proteinkomplexen – initiiert. Diese aktivieren dann Effektorcaspasen und leiten gemeinsam mit dem extrinsischen Weg die Apoptose ein.
Ein zentrales Merkmal der Apoptose ist die Aktivierung von Kaspasen. Das sind Enzyme, die wie molekulare Scheren wirken und Proteine im Zellinneren gezielt zerschneiden. Diese Kaspasen sind bereits als inaktive Vorstufen in jeder Zelle vorhanden und können bei Bedarf schnell aktiviert werden. Sie bauen das Zytoskelett ab und fragmentieren die DNA kontrolliert.
Morphologisch zeigt sich die Apoptose durch das Schrumpfen der Zelle. Es kommt zur Kondensation des Chromatins und zur Fragmentierung des Zellkerns. Die Zellmembran bleibt samt Organellen intakt, bildet aber Ausstülpungen, die sich als membranumschlossene Apoptose-Körperchen abschnüren. Diese werden von Fresszellen (Makrophagen) erkannt und aufgenommen, ohne eine Entzündung auszulösen.
Eine Sonderform der Apoptose ist die Anoikis. Sie wird durch den Verlust von Zellkontakten zur extrazellulären Matrix ausgelöst und führt zum programmierten Zelltod. Entartete Tumorzellen, die dieser Anoikis entgehen, können sich von ihrem Gewebeverband lösen und Metastasen bilden.
Im Gegensatz dazu steht die Nekrose, der 'Zellmord' oder Unfalltod. Sie wird durch äußere Faktoren wie Sauerstoffmangel (Hypoxie), Gifte, Infektionen oder mechanische Verletzungen ausgelöst. Die Zellschwellung ist anfangs noch reversibel, wird aber mit Fortschreiten der Nekrose irreversibel, wobei sich die Mitochondrien verändern. Da die Zelle keine Kontrolle mehr hat, bricht die Energieversorgung zusammen und die Ionenpumpen versagen.
Bei der Nekrose schwillt die Zelle durch unkontrollierten Wassereinstrom weiter an. Schließlich kommt es zum Zusammenbruch der Ionengradienten, die Zellmembran bricht auf (Lysis) und die Zelle desintegriert. Organellen und Chromatin werden zerstört, und der Zellinhalt tritt ungehindert in das umliegende Gewebe aus. Dies löst unweigerlich eine Entzündungsreaktion aus.
Je nach betroffenem Gewebe unterscheidet man verschiedene Nekroseformen: die Koagulationsnekrose in proteinreichem Gewebe, die Kolliquationsnekrose in fettreichem Gewebe, die verkäsende Nekrose bei Tuberkulose und die Gangrän, die schwarz wie eine Verbrennung erscheint. Kleinere Nekrosen können bei intaktem Immunsystem durch funktionstüchtiges Gewebe ersetzt werden, jedoch kann Narbenbildung zurückbleiben.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Apoptose ist ein physiologischer, energieverbrauchender 'Suizid' zur Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase, während die Nekrose ein pathologischer, passiver Zerfall ist, der dem umliegenden Gewebe schadet.
