Paneth-Zellen sind spezialisierte Zellen, die in der Schleimhaut des Darmtrakts gefunden werden, insbesondere in mikroskopischen Strukturen, die als Drüsen oder Krypten von Lieberkühn bezeichnet werden. Sie enthalten mehrere wichtige Substanzen in ihrem Zytoplasma, darunter Enzyme, Mineralien und Granulate. Die Granula befinden sich im Apex der Zellen und erscheinen groß, lichtbrechend und rötlich oder eosinophil. In der Gastroenterologie spielen diese Zellen eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Immunantworten gegen Bakterien, die auf oralem Weg eingeführt werden.
In den Darmkrypten von Lieberkühn befinden sich Stammzellen, die die Epithelzellen der Darmschleimhaut ständig erneuern. Diese Epithelzellen sind für den Erhalt der Darmfunktionen unerlässlich. Mikroskopische Untersuchungen der Darmschleimhaut haben gezeigt, dass sich Paneth-Zellen neben diesen Stammzellen befinden, was darauf hindeutet, dass erstere eine entscheidende Rolle bei der Erneuerung von Epithelzellen und der Aufrechterhaltung der Integrität des Darms spielen.
Die Paneth-Zellen schützen die Stammzellen, indem sie Abwehrmoleküle namens Cryptidine oder Alpha-Defensine absondern. Dies sind Proteine, die mit der Phospholipidmembran von Bakterien interagieren können, was zur Bildung von Poren führt. Die Poren führen dazu, dass wichtige Ionen und andere Substanzen aus der Bakterienzelle in die äußere Umgebung gelangen, was schließlich zum Absterben der Bakterien führt. Ein einzigartiges Merkmal der von diesen Zellen freigesetzten Alpha-Defensine ist, dass sie positiv geladene Peptidketten haben, die bevorzugt an die stark negativ geladenen Zellmembranen von Bakterienzellen binden. Das Ergebnis ist, dass Alpha-Defensine Bakterienzellen schädigen, aber die an die Zellen angrenzenden menschlichen Zellen verschonen.
Paneth-Zellen setzen neben Defensinen auch die leistungsstarken Enzyme Lysozym und Phospholipase A2 (PLA2) frei. PLA2 katalysiert den Abbau von Phospholipidmembranen durch die Freisetzung von Fettsäuren wie Arachidonsäure. Lysozym katalysiert die Hydrolyse von Peptidoglycanketten. Sowohl Gram-positive als auch Gram-negative Bakterien haben Peptidoglycan in ihren Zellwänden, aber Gram-positive Bakterien sind anfälliger für die Wirkung von Lysozym, weil ihre Zellwände höhere Mengen an Peptidoglycan aufweisen.
Die Stimulation der Paneth-Zellsekretion wird durch Kontakt mit entweder grampositiven oder gramnegativen Bakterien bewirkt. Bakterielle Produkte wie Lipid A, Lipopolysaccharid und Muramyldipeptid induzieren ebenfalls die Sekretion der antimikrobiellen Wirkstoffe der Zelle. Die Forschung hat gezeigt, dass ein Molekül namens myeloischer Differenzierungs-Primärantwort-Protein-88-abhängiger Toll-like-Rezeptor (MyD88-abhängiger TLR) aktiviert werden muss, um die antimikrobielle Wirkung von Paneth-Zellen auszulösen. Obwohl die Sekrete dieser Zellen für ihre antibakteriellen Eigenschaften bekannt sind, sind sie auch gegen einige Pilze und behüllte Viren wirksam.