Malaria ist nach wie vor eine der tödlichsten Infektionskrankheiten weltweit: Im Jahr 2024 gab es laut Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) über 280 Millionen Fälle, 610.000 Menschen starben an der Parasiteninfektion. 95 Prozent der Todesfälle kommen in Afrika südlich der Sahara vor, besonders betroffen sind dort Kinder unter fünf Jahren. Eine rasche Behandlung ist entscheidend. Dennoch sterben manche Erkrankte an Malaria, auch wenn man sie mit Medikamenten behandelt. Eine der schwersten Komplikationen ist die zerebrale Malaria, die durch ein tiefes Koma gekennzeichnet ist. Etwa 25 bis 30 Prozent der Kinder, die eine zerebrale Malaria überleben, bleiben langfristig beeinträchtigt, etwa in der Motorik, beim Lernen oder in der Gedächtnisleistung.
„Wir wollten verstehen, was auf zellulärer Ebene bei der zerebralen Malaria abläuft. Dieses Verständnis ist die Voraussetzung dafür, künftig medikamentös beim Schutz des Gehirns anzusetzen. Wir wollten Zielstrukturen im Gehirn identifizieren, an denen Wirkstoffe angreifen können, um die neurologischen Auswirkungen der Infektion zu verhindern oder zu minimieren“, sagt PD Dr. Thomas Jacobs, Leiter der Arbeitsgruppe Protozoen-Immunologie am BNITM. Er leitete die Studie gemeinsam mit Prof. Dr. Manuel A. Friese vom Institut für Neuroimmunologie und Multiple Sklerose am UKE.
Blutgefäße im Fokus
Bei der zerebralen Malaria können sich rote Blutkörperchen, die mit dem Parasiten Plasmodium falciparum infiziert sind, an den Wänden kleinster Blutgefäße im Gehirn festsetzen und die Durchblutung stören. Hinzu kommen Entzündungsreaktionen und die Blutgerinnung ist gestört. Das Gehirn kann anschwellen und es können kleine Einblutungen entstehen. Im Fokus stehen dabei die Endothelzellen: Sie kleiden die Blutgefäße von innen aus und bilden einen wesentlichen Teil der Blut-Hirn-Schranke, die den Stoffaustausch zwischen Blut und Gehirn reguliert.
Die Forschenden wollten herausfinden, über welche zellulären Mechanismen die Endothelzellen bei zerebraler Malaria geschädigt werden. Dazu kombinierten sie ein etabliertes Mausmodell und Zellkulturversuche mit menschlichen Gewebeproben, Hirnaufnahmen und der Auswertung vorhandener genetischer Daten. Das Mausmodell bildet wichtige Aspekte der Gefäßschädigung ab, unterscheidet sich aber in wesentlichen Krankheitsmechanismen von der Malaria beim Menschen.
Das Protein RIPK1 als möglicher Angriffspunkt
Um die Prozesse in den Endothelzellen zu untersuchen, infizierte das Team Mäuse mit dem Malariaerreger Plasmodium berghei. Danach analysierten die Forschenden Boten-RNAs, die an die Proteinfabriken der Endothelzellen gebunden waren. Diese Moleküle enthalten Bauanleitungen für Proteine. Die Analyse zeigte, dass Genprogramme, die mit Zelltodprozessen verknüpft sind, verstärkt aktiv waren. Die Forschenden untersuchten zudem CD8-positive T-Zellen, eine Gruppe von Immunzellen. Diese Zellen tragen im Mausmodell zur Gefäßschädigung bei. Wurden diese Zellen entfernt, waren die Zelltodprogramme in den Endothelzellen abgeschwächt. Das Team wertete die RNA-Daten beider Zelltypen gemeinsam aus und konnte so mögliche Signalverbindungen zwischen ihnen ableiten. Dabei rückte RIPK1 in den Fokus: Das Protein ist an mehreren Signalwegen beteiligt, die Entzündung und Zelltod regulieren.
„Das Protein RIPK1 ist spannend, da es mit darüber entscheidet, ob eine Zelle lebt oder stirbt. Unter entzündlichen Bedingungen kann seine Enzymaktivität zum Zelltod beitragen. Deshalb wollten wir testen, ob sich die Gefäßzellen schützen lassen, wenn wir die Aktivität von RIPK1 hemmen“, erklärt Erstautor Dr. Alexandros Hadjilaou, Wissenschaftler am BNITM und Arzt am UKE.
In Gehirnschnitten infizierter Mäuse fanden die Forschenden vermehrt Marker für verschiedene Zelltodprozesse. Im menschlichen Gewebe untersuchten sie eine andere Frage: Bei acht Kindern aus Malawi, die an zerebraler Malaria verstorben waren, zeigten die Endothelzellen stärkere Signale für aktiviertes RIPK1 als bei acht Verstorbenen mit anderen schweren Gehirnerkrankungen ohne Malaria. Das stützt eine mögliche Bedeutung des RIPK1-Signalwegs beim Menschen. Ob die CD8-positiven T-Zellen ursächlich mit der RIPK1-Aktivierung zusammenhängen, belegt diese Gewebeuntersuchung jedoch nicht.
Die Forschenden werteten zusätzlich vorhandene genetische Daten aus. In die Analysen bezogen sie verschiedene Formen schwerer Malaria ein, nicht ausschließlich die zerebrale Form. Dies ergab beim Menschen Zusammenhänge zwischen Varianten in Genen für regulierten Zelltod, darunter im RIPK1-Signalnetzwerk, und schwerer Malaria. Diese genetischen Zusammenhänge liefern ergänzende Hinweise, dass RIPK1 eine wichtige Rolle spielt. Sie beweisen aber nicht, dass der Krankheitsmechanismus über RIPK1-Signalwege läuft.
Längeres Überleben im Mausmodell
Um RIPK1 als möglichen Angriffspunkt zu testen, führten die Forschenden Versuche in genetisch veränderten Mäusen durch. Durch die genetische Veränderung war die Enzymaktivität von RIPK1 gezielt in den Endothelzellen des Gehirns ausgeschaltet. Nach der Malariainfektion überlebten diese Mäuse länger als die Kontrolltiere; die Veränderung verhinderte den tödlichen Verlauf jedoch nicht. In einer separaten Versuchsgruppe hemmte das Team RIPK1 mit dem experimentellen Wirkstoff GNE684, der auch außerhalb der Hirngefäße wirken kann. Auch diese Mäuse überlebten länger als ihre Kontrolltiere. Die Behandlung begann bereits am ersten Tag nach der Infektion, also vor dem Auftreten der neurologischen Erkrankung. Beide Eingriffe verlängerten das Überleben. Die Forschenden maßen auch den Parasitenbefall im Blut der beiden Mäuseversuchsgruppen, er blieb vergleichbar mit dem Befall in den Kontrolltieren.
Chancen für künftige Medikamentenentwicklung
„Unsere Versuche zeigen, dass RIPK1 im Mausmodell zur Schädigung der Hirngefäße beiträgt. Damit haben wir einen möglichen Ansatzpunkt für die weitere Entwicklung ergänzender Behandlungen gefunden“, so Jacobs.
Ziel sind kombinierte Behandlungen, die neben Medikamenten gegen die Parasiteninfektion auch Wirkstoffe zum Schutz des Gehirns umfassen. Ob eine RIPK1-Hemmung bei Patient:innen das Überleben einer Malariainfektion verbessert oder neurologische Folgeschäden verhindert, ist offen. Dafür sind weitere Untersuchungen nötig. Eine solche Behandlung wäre als Ergänzung zu Medikamenten gegen die Malariaparasiten gedacht. Als nächstes muss geprüft werden, ob eine spätere Gabe zusammen mit der üblichen Malariabehandlung wirksam und verträglich ist.
An der Studie waren Forschende aus insgesamt acht Ländern auf vier Kontinenten beteiligt. Finanziell unterstützt wurde die Arbeit unter anderem durch das damalige Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über das Deutsche Zentrum für Infektionsforschung (DZIF), die Else Kröner-Fresenius-Stiftung, die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) über den Sonderforschungsbereich (SFB) 1648, die Werner Otto Stiftung und institutionelle Mittel des UKE.
Über das Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin (BNITM)
Das BNITM ist Deutschlands größte Einrichtung für Forschung, Versorgung und Lehre auf dem Gebiet tropentypischer und neu auftretender Infektionskrankheiten. Aktuelle thematische Schwerpunkte bilden Malaria, hämorrhagische Fieberviren, vernachlässigte Tropenerkrankungen (NTDs), Immunologie, Epidemiologie, Implementation und die Klinik tropischer Infektionen sowie die Mechanismen der Übertragung von Viren durch Stechmücken. Für den Umgang mit hochpathogenen Viren und infizierten Insekten verfügt das Institut über Laboratorien der höchsten biologischen Sicherheitsstufe (BSL4) und ein Sicherheits-Insektarium (BSL3). Ein Sektionen-übergreifendes Data Science Center wurde eingerichtet. In zahlreichen Ländern des Globalen Südens unterstützt das BNITM beim Aufbau von (mobilen) Laborkapazitäten. Das BNITM ist Nationales Referenzzentrum für den Nachweis aller tropischen Infektionserreger, Konsiliarlabor für Borna-Viren, WHO-Kooperationszentrum für Arboviren und hämorrhagische Fieberviren, WHO-Kooperationszentrum für Verhaltensforschung zur Förderung Globaler Gesundheit und ein Institut in der Leibniz-Gemeinschaft.
(Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin)
Originalpublikation
Hadjilaou A. et al., CD8+ T cells induce RIPK1-regulated brain endothelial cell death in cerebral malaria, Science Advances 2026. DOI: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aej4381
