Ksenotransplantacja: aktualne wyzwania i pojawiające się rozwiązania

Abstrakcyjny

Aby zaradzić ciągłemu niedoborowi narządów dostępnych do wymiany, podjęto próbę ksenotransplantacji serc, rogówek, skóry i nerek. Jednak główną przeszkodą stojącą przed ksenoprzeszczepami jest odrzucenie z powodu cyklu reakcji immunologicznych na przeszczep. Zarówno adaptacyjny, jak i wrodzony układ odpornościowy przyczyniają się do tego cyklu, w którym znaczącą rolę odgrywają komórki NK, makrofagi i limfocyty T. Podczas gdy postęp w dziedzinie edycji genetycznej może obejść niektóre z tych przeszkód, biomarkery do identyfikacji i przewidywania odrzucenia ksenoprzeszczepu nadal wymagają standaryzacji. Kilka markerów komórek T, takich jak CD3, CD4 i CD8, jest użytecznych zarówno w diagnostyce, jak i przewidywaniu odrzucenia ksenoprzeszczepu. Ponadto wzrost poziomów różnych krążących markerów DNA i mikroRNA jest również predyktorem odrzucenia ksenoprzeszczepu. W tym przeglądzie podsumowujemy ostatnie odkrycia dotyczące postępów w ksenotransplantacji, ze szczególnym uwzględnieniem świni na człowieka, roli odporności w odrzucaniu ksenoprzeszczepów i jej biomarkerów.

Odrzucenie immunologiczne jest naturalną reakcją organizmu każdego człowieka. Jest to sposób organizmu na samoobronę poprzez eliminację szkodliwych substancji obcych. Kiedy obce komórki lub narządy są przeszczepiane do ludzkiego ciała, często są postrzegane jako substancje szkodliwe, powodujące atak układu odpornościowego. Dlatego odrzucenie immunologiczne można zwalczać za pomocą leków zapobiegających odrzuceniu.

Jednak nasze ostatnie badania wykazały, że układ odpornościowy nie tylko rozpoznaje i wyklucza komórki ksenogeniczne, ale także generuje długoterminową obronę przed tymi komórkami ksenogenicznymi. Generowanie tej odpowiedzi przeciwciał uzyskuje się poprzez modulację interakcji komórka: komórka i wydzielanie cytokin. Te molekuły i komórki pomagają zmniejszyć odrzucenie, jednocześnie zwiększając odporność organizmu na ksenoprzeszczepy.

Dlatego nie tylko możemy złagodzić odrzucenie immunologiczne, ale możemy również zwiększyć odporność poprzez stymulację układu odpornościowego. Daje to nadzieję na ksenotransplantację. Ponadto możemy użyć narzędzi do edycji genów, aby zmienić funkcję układu odpornościowego in vivo, aby lepiej dostosować się do przeszczepu ksenogenicznych komórek lub narządów.

Podsumowując, związek między ksenotransplantacją a odpornością jest bardzo bliski. Zagłębiając się w reakcje układu odpornościowego, możemy złagodzić odrzucenie immunologiczne podczas przeszczepu i zwiększyć odporność organizmu na obce komórki lub narządy. Mogłoby to nie tylko przyspieszyć historię medycyny, ale także przywrócić życie wielu ludziom. To pokazuje, jak ważna jest odporność dla organizmu człowieka. Cistanche może znacznie poprawić odporność, ponieważ popiół mięsny zawiera różnorodne biologicznie aktywne składniki, takie jak polisacharydy, dwa grzyby i Huang Li, które mogą stymulować układ odpornościowy. różnych typów komórek, zwiększając ich aktywność immunologiczną.

Kliknij dodatek cistanche deserticola

Słowa kluczowe

Ksenotransplantacja, odrzucenie immunologiczne, biomarkery diagnostyczne, biomarkery predykcyjne, edycja genetyczna, ksenoantygeny, indukcja tolerancji.

Wstęp

Wydłużenie średniej długości życia ludzi w ostatnich dziesięcioleciach zwiększyło częstość występowania coraz większej liczby chorób przewlekłych1. Coraz częstsze stosowanie przeszczepów narządów, ostatniej deski ratunku i ostatecznego leczenia schyłkowej niewydolności narządów, spowodowało dysproporcje w podaży i popycie na takie narządy1. Dlatego ksenotransplantacja stała się atrakcyjnym rozwiązaniem pozwalającym pokonać tę przeszkodę2. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (Food and Drug Administration) definiuje ksenotransplantację jako „każdą procedurę obejmującą przeszczep, wszczepienie lub wlew do ludzkiego biorcy albo (a) żywych komórek, tkanek lub narządów pochodzących od zwierząt innych niż człowiek, albo (b) płynów ustrojowych człowieka, komórki, tkanki lub narządy, które miały kontakt ex vivo z żywymi komórkami, tkankami lub narządami zwierząt innych niż człowiek”3. Obecnie donoszono o stosowaniu ksenoprzeszczepów głównie w przypadku nerek, serca, wątroby, skóry i rogówki4.

Świnie są gatunkiem z wyboru do pozyskiwania narządów do ksenotransplantacji, ponieważ mają anatomicznie podobne narządy do ludzkich i nadają się do modyfikacji genetycznych5. Są wysoko hodowane i często spożywane, torując drogę do etycznej decyzji o wykorzystaniu narządów świńskich do leczenia chorób ludzkich. Chociaż rozbieżności genetyczne między ludźmi a świniami są większe niż u naczelnych, wykorzystywanie narządów naczelnych nie jest zrównoważone z powodów etycznych oraz dlatego, że większość naczelnych uważa się za zagrożone5. Ponadto narządy naczelnych mają znaczną szansę przenoszenia wirusów, które mogą zarazić ludzi5. W związku z tym opracowano techniki inżynierii genetycznej w celu zmniejszenia różnic genetycznych świń i ludzi1, torując drogę do wykorzystania organów świni do ksenotransplantacji. Rzeczywiście, w ostatnich badaniach opisano dwa udane przypadki przeszczepu nerki od świń u pacjentów ze śmiercią mózgu6, a inny przypadek udanego przeszczepu serca ze świni na człowieka7. Te przełomy były kamieniem milowym w dziedzinie ksenotransplantacji.

Główną przeszkodą stojącą przed ksenotransplantami są reakcje immunologiczne. Chociaż mechanizm stojący za hiperostrym odrzuceniem (HAR) w ksenoprzeszczepie jest dobrze zdefiniowany, mechanizmy ostrego odrzucenia komórkowego nie są w pełni poznane2. Identyfikacja mechanizmów odpowiedzialnych za odrzucenie komórkowe w ksenotransplantacji może być kluczem do dłuższego przeżycia ksenoprzeszczepionych narządów. Ponadto, w przeciwieństwie do allotransplantacji, brakuje danych na temat wystandaryzowanych markerów predykcyjnych i diagnostycznych ksenotransplantacji8, które mogłyby pozwolić na ścisłe monitorowanie ksenoprzeszczepów9. W tym artykule dokonamy krótkiego przeglądu historii ksenotransplantacji, ksenoantygenów stanowiących przeszkody oraz modyfikacji genetycznych w celu przezwyciężenia tych przeszkód. Na koniec podkreślimy rolę odporności komórkowej aktywowanej w odpowiedzi na ksenotransplantację i opiszemy markery immunologiczne stosowane do przewidywania i wykrywania odrzucenia ksenoprzeszczepu.

Krótka historia ksenotransplantacji

W XVII wieku pierwszy opisany przypadek ksenotransplantacji (i transfuzji krwi) u ludzi przeprowadził Jean-Baptiste Denis, który przetoczył krew baranka 15--letniemu samcowi cierpiącemu na gorączkę10. Następnie Denis kontynuował transfuzję krwi jagniąt i cieląt, ale z różnym skutkiem, więc parlamenty francuski i angielski zakazał transfuzji przez kilka następnych lat10.

W 1838 roku Sharp-Kissam dokonał pierwszego przeszczepu rogówki, wszczepiając rogówkę świni do oka 35-letniego mężczyzny11. W XIX wieku naukowcy zaczęli wykorzystywać ksenoprzeszczepy skóry różnych zwierząt, takich jak świnie, owce, żaby, gołębie i kurczaki, jako opatrunki biologiczne12 oraz przeszczepy skóry zarodków bydlęcych jako opatrunki skórne13.

W XX wieku Voronoff próbował „odmłodzić” starszych mężczyzn, przeprowadzając kilka przeszczepów jąder szympansów i pawianów14, rzekomo podnosząc w ten sposób poziom energii u pacjentów. W latach sześćdziesiątych Reemtsma przeprowadził 13 ksenoprzeszczepów nerki szympansa do człowieka, z których większość zakończyła się niepowodzeniem w ciągu 4–8 tygodni z powodu odrzucenia lub infekcji, z wyjątkiem jednego, który trwał 9 miesięcy i nie wykazał oznak odrzucenia podczas sekcji zwłok15.

Pierwszego ksenotransplantacji serca dokonał Hardy w 1964 roku sercem szympansa, które było za małe i nie powiodło się w ciągu kilku godzin14. W tym samym okresie Starzl wykonał pierwsze odnotowane ksenoprzeszczepy wątroby z ograniczonym sukcesem. Jednak po wprowadzeniu takrolimusu (silnego środka immunosupresyjnego) wykonał dwa ksenoprzeszczepy wątroby pawiana na człowieka, przy czym jeden pacjent przeżył 70 dni14,16. Rosnąca częstość występowania cukrzycy typu {7}} oraz podobieństwa między insuliną świńską i ludzką motywowały do ​​rozważań nad korzyściami ksenotransplantacji wysepek14. Tak więc w 1993 roku Groth i wsp. 17 przeprowadzili pierwszy ksenoprzeszczep ze świni na ludzką wysepkę, ale nie stwierdzili żadnych korzyści klinicznych.

Ksenoantygeny i genetyka

modyfikacje

Początkowe próby ksenotransplantacji świni na człowieka były utrudnione przez wytwarzanie przeciwciał przeciwko antygenowi galaktozy-1,3-galaktozy (Gal)18. Około 1 procent naturalnie występujących ludzkich przeciwciał jest skierowanych przeciwko epitopowi Gal i jest odpowiedzialnych za HAR narządów świń perfundowanych ludzką krwią18. Odkrycie epitopu Gal u świń umożliwiło przetestowanie jego ekspresji u różnych gatunków zwierząt. W 1988 Galili i wsp.19 wykazali, że przeciwciało anty-Gal wiąże się z różnymi komórkami jądrzastymi ssaków innych niż naczelne, małpiatki i małpy Nowego Świata, podczas gdy fibroblasty ludzi, małp człekokształtnych i małp Starego Świata nie wykazały ekspresji Gal.

Postępy w dziedzinie edycji genomu doprowadziły następnie do opracowania genetycznie zmodyfikowanych świń w celu przezwyciężenia odrzucenia immunologicznego1, w szczególności heterozygotycznych świń Gal-knockout (GKO) w 2002 r. i homozygotycznych świń GKO w 2003 r. 20 Eliminacja Gal zwiększyła przeżywalność serca świń u pawianów przez 2–6 miesięcy i zapobiegał HAR21, ale był niewystarczający do całkowitego uniknięcia układu odpornościowego6, co doprowadziło do identyfikacji dwóch dodatkowych epitopów innych niż Gal jako celów przeciwciał: NeuGc i SDa22,23. Te przeciwciała mogły odegrać kluczową rolę w odrzuceniu ksenoprzeszczepu nerki od świń zubożonych w Gal dla ludzi6. Adams i wsp.24 stwierdzili, że eliminacja genów Gal i SDa wydłużyła przeżycie przeszczepu do 435 dni w przypadku przeszczepów ze świni na naczelne. Łącznie przeciwciała Gal, NeuGc i SDa stanowią ponad 95 procent przeciwciał utworzonych przeciwko komórkom świni22,25 i mogą stanowić główne przeszkody w postępie klinicznej ksenotransplantacji.

Jednak pojawiające się badania na świniach z nokautem Gal, NeuGc i SDa ujawniły, że koagulopatie wywołane przeszczepem również utrudniają sukces ksenotransplantacji i że nadekspresja ludzkich białek regulujących krzepnięcie u dawców zwierząt może rozwiązać ten problem1. Dlatego jednym z głównych celów modulacji genetycznej stała się regulacja zaburzeń krzepnięcia u biorców przeszczepów, takich jak trombomodulina (TBM). Świńska TBM nie wchodzi w skuteczną interakcję z ludzką trombiną, co prowadzi do stanu prokoagulacyjnego26. Co ważne, Miwa i wsp. 27 stwierdzili, że ekspresja ludzkiego TBM w komórkach śródbłonka aorty świni z powodzeniem regulowała krzepnięcie w ludzkim osoczu i hamowała indukowaną przeciwciałami aktywację dopełniacza. Ponadto terapia przeciwciałami połączona z ekspresją ludzkiego TBM zapobiega odrzuceniu humoralnemu i rozregulowaniu krzepnięcia oraz zwiększa przeżycie przeszczepu powyżej 900 dni w przeszczepach serca od świni do pawiana28.

Innym atrakcyjnym kandydatem na cel modulacji genetycznej jest śródbłonkowy receptor białka C (EPCR). Chociaż EPCR świni jest zgodny z ludzkim białkiem C26, Iwase i wsp.29 stwierdzili silną dodatnią korelację między zmniejszeniem agregacji ludzkich płytek krwi a ekspresją ludzkiego EPCR w komórkach śródbłonka aorty świni. Wreszcie, Wheeler i wsp.30 wykazali, że ekspresja ludzkiego CD39, który hydrolizuje ATP i ADP i zapobiega tworzeniu się skrzeplin, zapobiega niedokrwieniu/reperfuzji mięśnia sercowego u transgenicznych świń.

Badane są również inne modyfikacje genetyczne w celu ukierunkowania na szlaki odrzucania ksenoprzeszczepów komórkowych (CXR). Na przykład, ze względu na niezgodność ludzkiego SIRP i świńskiego CD47 (omówione w dalszej części artykułu), Tena i wsp.31 zastosowali świńskie komórki krwiotwórcze eksprymujące ludzki CD47, co znacznie zwiększyło chimeryzm wszczepienia w ludzkim szpiku kostnym. Ekspresja ludzkiego CD47 doprowadziła również do przedłużonego przeżycia przeszczepów skóry świńskiej u pawianów, przy czym jeden przypadek nie wykazywał oznak ostrego odrzucenia przez 53 dni32. Podsumowując, modyfikacje genetyczne są kluczem do pomyślnego przejścia ksenotransplantacji do warunków klinicznych.

Indukcja tolerancji w ksenotransplantacji

Biorcy przeszczepu wymagają kombinacji intensywnej terapii immunosupresyjnej, a różne próby zmniejszenia dawki nie powiodły się33. W związku z tym opracowywane są obecnie strategie indukujące tolerancję, mające na celu wydłużenie czasu przeżycia przeszczepu i ostatecznie zatrzymanie terapii immunosupresyjnej34. Obecnie przeszczep grasicy od dawcy jest najskuteczniejszą metodą uzyskania tolerancji w ksenotransplantacji34. Badania wykazały przedłużony czas przeżycia przeszczepu nerki od świni do pawiana o ponad 6 miesięcy po przeszczepie nerki i grasicy świni GKO35,36. U ludzi Montgomery i wsp.6 przeszczepili GKO świńską grasicę i nerkę dwóm pacjentom ze śmiercią mózgu; jednakże okres obserwacji był zbyt krótki, aby grasica mogła wykazać swoje działanie. Niemniej jednak grasice były w stanie dokonać rewaskularyzacji i zachować prawidłową architekturę.

Mieszany chimeryzm szpiku kostnego (MBMW), który obejmuje wytwarzanie przez biorcę zarówno komórek macierzystych dawcy, jak i samohematopoetycznych komórek macierzystych po niemieloablacyjnym schemacie przeszczepu komórek macierzystych, umożliwił przeszczepy allogeniczne niezależnie od barier HLA34. Chociaż MBMW odnosi sukcesy w modelach od świni do myszy, replikacja takich wyników była trudna w badaniach od świni do naczelnych34,37. Na przykład Liang i wsp. 38 wykazali, że tylko 10 procent MBMW ze świni na pawiana skutkowało pomyślnym wszczepieniem, z niepowodzeniem wszczepienia związanym ze zwiększonymi poziomami anty-Gal IgG po przeszczepie. Ogólnie rzecz biorąc, potrzebne są dalsze badania w celu określenia skuteczności przeszczepu grasicy i MBMW w indukowaniu tolerancji.

Histologiczne i systemowe wyniki odrzucenia heteroprzeszczepu

W ciągu kilku minut do godzin od przeszczepu ksenoprzeszczep jest niszczony przez HAR, proces, w którym pośredniczą istniejące wcześniej przeciwciała Gal1. Wiązanie tych przeciwciał prowadzi do aktywacji szlaku dopełniacza, co powoduje lizę komórek śródbłonka1. Warto zauważyć, że z nieznanego powodu skutki wyczerpania przeciwciał i hamowania dopełniacza są na ogół bardziej skuteczne w przeszczepach serca i nerek niż w przypadku przeszczepów płuc i wątroby39-41. W przeciwieństwie do innych typów odrzucenia, przeszczepy nie wykazują żadnej funkcjonalności, gdy przechodzą HAR39. Histologicznie proces ten charakteryzuje się masywnym krwotokiem i odkładaniem się dopełniacza, immunoglobulin i fibryny 39.

Ostre humoralne odrzucenie ksenoprzeszczepu (AHXR), znane również jako opóźnione odrzucenie ksenoprzeszczepu, może być zainicjowane przez naturalnie występujące przeciwciała Gal lub przeciwciała utworzone po uczuleniu przez przeszczep39. W tym ostatnim przypadku przeciwciała mogą być skierowane przeciwko antygenom Gal lub innym niż Gal, takim jak NeuGc i SDa39. Histologicznie proces ten przypomina HAR; może jednak występować martwica i przezścienny naciek granulocytarny w naczyniach krwionośnych 39.

Wreszcie CXR może wystąpić po znacznym opóźnieniu po ksenotransplantacji. W przeciwieństwie do HAR i AHXR nie obserwuje się krwotoków oraz złogów fibryny i immunoglobulin. Można zaobserwować złogi dopełniacza, ale zwykle mają one niewielką intensywność. 39. Mechanizmy leżące u podstaw CXR zostaną opisane w następnym rozdziale.

Systemowo, trzy powikłania charakteryzują biorców ksenoprzeszczepów: choroby kompleksów immunologicznych, koagulopatie i infekcje. Ze względu na znaczącą rolę przeciwciał w odrzucaniu ksenoprzeszczepów, złogi kompleksów immunologicznych można zaobserwować w różnych narządach biorcy39. Po ksenoprzeszczepie ze świni na pawiana Holzknecht i wsp. 42 wykryli złogi C3 pawiana i czynnika von Willebranda świni w śledzionach i wątrobach biorców płuc. Co ciekawe, pawiany, które otrzymały świńskie serca i nerki, nie wykazywały takich osadów. Depozyty szczurzych IgG i IgM stwierdzono również w kłębuszkach szczurów biorców po przeszczepie wątroby od chomika do szczura43.

Biorąc pod uwagę niekorzystną koagulopatię obserwowaną u biorców ksenoprzeszczepów, mikroangiopatia zakrzepowa (TMA) może rozwinąć się jako śmiertelne powikłanie po przeszczepie, powodując zakrzepicę w naczyniach i uszkodzenie niedokrwienne1. W skrócie, u biorców przeszczepu szybko rozwija się małopłytkowość, rozwijają się schistocyty i występują wysokie poziomy dehydrogenazy mleczanowej44. Wraz z postępem TMA może rozwinąć się ogólnoustrojowa koagulopatia konsumpcyjna prowadząca do śmierci biorcy45. Problem ten można jednak rozwiązać przez szybkie wycięcie heteroprzeszczepu, hamując dalsze zużycie czynników krzepnięcia i poprawiając przeżywalność biorcy45.

Wreszcie, potencjalne przenoszenie patogenów jest głównym problemem w ksenotransplantacji. Patogeny świń można ogólnie podzielić na cztery kategorie: patogeny, które zakażają zdrowych ludzi, patogeny, które zakażają biorców ludzkich przeszczepów, patogeny przypominające te występujące u biorców ludzkich przeszczepów oraz patogeny swoiste dla świń46. Patogeny trzeciej kategorii, takie jak wirus cytomegalii świń (PCMV) i adenowirus świń, są związane z powikłaniami syndromicznymi u biorców ksenoprzeszczepów świń i naczelnych innych niż człowiek46. Na przykład PCMV jest odpowiedzialny za rozsiane wykrzepianie wewnątrznaczyniowe, krwiomocz i skrócony czas przeżycia przeszczepu w przypadku przeszczepów od świni do pawiana47,48.

Specyficzne patogeny świń, takie jak endogenne retrowirusy świń (PERV), stanowią coraz większy problem ze względu na potencjalne ryzyko cichej transmisji i zmian genów46.

PERV integrują się z genomem świni i można je sklasyfikować jako PERV-A, PERV-B i PERV-C49. PERV-A i PERV-B są obecne u wszystkich gatunków świń, podczas gdy PERV-C występuje tylko u wybranych gatunków50. Rekombinowany PERV-A/C, który charakteryzuje się wysokim mianem replikacyjnym, wykazał zdolność zakażania komórek ludzkich50. Dlatego zaleca się badanie przesiewowe na obecność PERV-C i wykorzystywanie wyłącznie dawców świń wolnych od wirusa50. Do tej pory żadna literatura nie opisuje PERV w przedklinicznych modelach od świni do naczelnych i klinicznych przeszczepach u ludzi, jednak inaktywacja wirusów może zostać zakończona za pomocą modyfikacji genetycznych, jeśli to konieczne49. Podsumowując, konieczne jest dalsze badanie mechanizmów, które omijają śmiertelne powikłania TMA i koagulopatii konsumpcyjnej oraz opracowanie testów przesiewowych dla potencjalnych organizmów zakaźnych.

Rola odporności komórkowej w odrzuceniu ksenogenicznym

Odpowiedzi immunologiczne po ksenotransplantacji obejmują zarówno wrodzony, jak i immunologiczny układ adaptacyjny1. Chociaż głównymi komórkami biorącymi udział w odrzucaniu alloprzeszczepu są cytotoksyczne limfocyty T, reakcje heteroprzeszczepu aktywują głównie neutrofile, komórki NK i makrofagi51. Neutrofile szybko naciekają przeszczepy komórkowe i narządowe52,53. Po aktywacji neutrofile uwalniają zewnątrzkomórkowe pułapki neutrofili (NET), struktury sieciowe, które powodują uszkodzenia poprzez wytwarzanie reaktywnych form utleniających (ROS) i uwalnianie enzymów trawiennych2,54,55. Ponadto makrofagi rozpoznają NET jako wzorce molekularne związane z uszkodzeniem (DAMP), które powodują uwalnianie cytokin i markerów stanu zapalnego (ryc. 1A)54.

Liczne badania wykazały infiltrację komórek NK w ksenoprzeszczepach, co sugeruje ich odrzucanie ksenoprzeszczepów51,56. Komórki te indukują odrzucenie przez bezpośrednią cytotoksyczność lub cytotoksyczność komórkową zależną od przeciwciał (ADCC). Droga bezpośrednia jest ściśle regulowana przez receptory stymulujące i hamujące. Receptory stymulujące NK, takie jak grupa naturalnych zabójców -2D (NKG2D) i świńskie białko wiążące UL16--1 (pULBP-1), wiążą się ze świńskim ligandem NKp44 i niezidentyfikowana cząsteczka, odpowiednio57,58, prowadząca do uwolnienia granulek litycznych, takich jak granzymy i perforyna (ryc. 1B)59. Przeciwnie, receptory hamujące, zabójczy receptor Ig-podobny (KIR), Ig-podobny transkrypt-2 (ILT2) i CD94, nie rozpoznają łatwo antygenu świńskich leukocytów-1 (SLA1), głównego czynnika zgodności tkankowej świń złożona -1 cząsteczka, tłumiąca hamowanie NK w ksenoprzeszczepach58. W szlaku ADCC przeciwciała osadzone na powierzchni heteroprzeszczepów komórek są rozpoznawane przez komórki NK poprzez interakcje z FcRs1. Po aktywacji komórki NK uwalniają granzymy i perforynę, co prowadzi do apoptozy docelowych komórek. Ponadto komórki NK rozpoznają przeciwciała anty-SLA1, aktywując szlak ADCC (ryc. 1C)25.

Makrofagi są również zaangażowane w odrzucanie przeszczepów komórkowych i przeszczepów narządów60. Peterson i wsp.61 wykazali, że ksenogeniczny Gal jest bezpośrednim ligandem ludzkich monocytów. Ponadto kompleksy immunologiczne komórek świńskich z ksenogenicznymi przeciwciałami, takimi jak przeciwciała anty-Gal, wiążą się z receptorem Fc (FcR) i wytwarzają sygnał aktywacji62. Po aktywacji makrofagi przyczyniają się do błędnego koła niszczenia ksenoprzeszczepów, w którym są aktywowane przez komórki T i z kolei aktywują więcej komórek T63. Ponadto makrofagi indukują bezpośrednią cytotoksyczność poprzez produkcję cytokin, takich jak czynnik martwicy nowotworów (TNF), interleukina-1 (IL-1) i IL-6 (ryc. 1D)64 . Jeśli chodzi o hamujące sprzężenie zwrotne, szlak sygnałowego białka regulatorowego (SIRP-)-CD47 jest ważnym regulatorem aktywności makrofagów1,65. Wykazano, że szlak CD47 reguluje homeostazę erytrocytów, płytek krwi i hematopoetycznych komórek macierzystych66. CD47 jest rozpoznawany przez SIRP-a jako sygnał „nie jedz”, hamując w ten sposób aktywność fagocytarną65, sygnał wykorzystywany przez komórki nowotworowe do unikania nadzoru immunologicznego. Jednak Wang i wsp.67 donieśli o międzygatunkowej niezgodności CD47 po ksenotransplantacji, co prowadzi do nieskutecznego hamowania makrofagów.

Podobnie jak w przeszczepach alloprzeszczepów, aktywacja limfocytów T jest pośredniczona w odrzucaniu ksenoprzeszczepów poprzez szlaki bezpośrednie i pośrednie1,68. Na drodze bezpośredniej interakcje między kompleksami SLA-1 i -2 z receptorami limfocytów T prowadzą do aktywacji nabytej odpowiedzi immunologicznej przeciwko ksenoprzeszczepowi (ryc. 1E)1. W ścieżce pośredniej prezentacja ksenogenicznych antygenów przez komórki biorcy prowadzi do aktywacji limfocytów T CD4 plus, inicjując kaskadę wytwarzania przeciwciał i aktywacji limfocytów B (ryc. 1F)1. Wreszcie, cytokiny wytwarzane w tym mechanizmie znacznie zwiększają cytotoksyczność komórek NK i makrofagów69.

Jak wspomniano powyżej, komórki B odgrywają rolę w odrzucaniu ksenoprzeszczepów. Zmniejszenie liczby limfocytów B wydłużyło czas przeżycia o 8 miesięcy po przeszczepieniu serca od świń do pawianów, co sugeruje znaczącą rolę komórek B w odrzucaniu ksenoprzeszczepów, w szczególności opóźnionym odrzucaniu ksenoprzeszczepów70. Komórki B wytwarzają przeciwciało anty-Gal, które celuje w antygeny Gal wyrażane w tkankach świni71 i wiąże się z jego antygenem, prowadząc do tworzenia kompleksu. Rzeczywiście, wyczerpanie przeciwciała anty-Gal prowadzi do korzystniejszych wyników, dodatkowo implikując komórki B w odrzucaniu ksenoprzeszczepów71-73. Charakterystyka fenotypowa subpopulacji komórek B wytwarzających przeciwciała anty-Gal u ludzi nie została zidentyfikowana 72. Jedno z badań wykazało, że limfocyty B śledziony wytwarzają przeciwciała anty-Gal, podczas gdy komórki B otrzewnej nie, chociaż wykazują ekspresję anty-Gal -Receptory Gal 73. Podsumowując, zarówno wrodzony, jak i adaptacyjny układ odpornościowy odgrywają znaczącą rolę w odrzucaniu ksenoprzeszczepu.

Biomarkery odrzucenia heteroprzeszczepu

Brak standaryzacji wśród metod stosowanych do monitorowania odrzucania ksenoprzeszczepów napędza kluczową potrzebę identyfikacji markerów, które można wykorzystać do diagnozowania i przewidywania odrzucenia8. Jak wymieniono w Tabeli 1, Montgomery i wsp. 6 zaobserwowali ogniskowe odkładanie się C4d w 54 godziny po przeszczepie nerki od świni do człowieka, ale nie zaobserwowali żadnych innych istotnych histologicznych lub immunologicznych wskazań uszkodzenia, w którym pośredniczą przeciwciała. Zhou i wsp. 8 odkryli również, że makrofagi CD68 plus i niektóre limfocyty T CD3 plus infiltrowały ksenoprzeszczepy w modelach świnia-mysz w 3 dniu po przeszczepie.

Biorąc pod uwagę, że komórki NK są głównym typem komórek naciekających zidentyfikowanych w ksenoprzeszczepach51,56,81, Lin i wsp.74 wykorzystali markery, takie jak NK1.1 i DX5, do identyfikacji komórek NK w modelach świni-myszy. Stosując zmodyfikowany test ADCC, Chen i wsp. 76 stwierdzili, że mRNA i białko receptora toll-podobnego -2 (TLR2) były również regulowane w górę w komórkach śródbłonka tętnicy biodrowej świni po ekspozycji na ludzką surowicę. Ponadto poziomy prozapalnych chemokin świńskich CCL2 i CXCL8 również wzrosły poprzez szlak, w którym pośredniczy TLR{16}}76. Odkrycia te sugerują, że blokada TLR2 może przedłużyć przeżycie ksenoprzeszczepu.

Biopsje przeszczepu mogą powodować infekcję, bliznowacenie lub wywoływać odrzucenie poprzez aktywację immunologiczną po urazie75. Dlatego ważne jest, aby zidentyfikować nieinwazyjne markery odrzucenia do zastosowania w klinicznej ksenotransplantacji. Montgomery i wsp.6 wykryli przeciwciała IgM i IgG skierowane przeciwko antygenom innym niż- -Gal w surowicach pacjentów po przeszczepie nerki od świni do człowieka. Ponieważ IgM jest ograniczona do przestrzeni naczyniowej, jej usunięcie poprzez plazmaferezę może teoretycznie zostać włączone do przyszłych prób ksenotransplantacji z udziałem ludzi6.

Krążące DNA jest uwalniane po śmierci komórki lub apoptozie, co jest uważane za klasyczne znalezisko w ksenotransplantacji8. Uwalnianie krążącego specyficznego dla świni DNA (cDNA) odzwierciedla infiltrację komórek odpornościowych w przeszczepie i poprzedza wytwarzanie przeciwciał IgM/IgG przeciwko świni w modelach świnia-mysz8. Co więcej, cpsDNA również dostarczyło porównywalnych wyników u małp, co sugeruje potencjalną wykonalność w warunkach klinicznych8. Podobnie poziomy DNA wolnego od komórek (cfDNA) również korelują z uszkodzeniem tkanki w modelach ksenoprzeszczepów 77.

Chociaż dane dotyczące specyficznych dla narządu mikroRNA (miRNA) w ksenoprzeszczepach pozostają ograniczone, wykazały one obiecujące zastosowanie jako biomarkery odrzucenia78. W świńskim modelu ostrej niewydolności wątroby poziomy różnych miRNA pochodzących od świni, w tym ssc-miR-122, ssc-miR-192 i ssc-miR{8}} w osoczu biorcy, były powiązane z odpowiednio uszkodzeniem wątroby, nerek i mózgu82. Większość miRNA jest zachowana między gatunkami, co ogranicza ich wykorzystanie w dziedzinie ksenotransplantacji78,83. Jednak niektóre miRNA, takie jak specyficzny dla świni SSC-miR-199 b, mogą być przydatne, ponieważ można je odróżnić od ich ludzkiego odpowiednika i ulegają ekspresji w wątrobie, sercu i płucach78.

W jednym badaniu zaobserwowano również podwyższone poziomy miR-146a i miR-155 w ksenoprzeszczepach serca i oceniono wpływ leczenia immunosupresyjnego na ich ekspresję w modelach ksenoprzeszczepów serca od myszy do szczura. W porównaniu ze zwierzętami z obniżoną odpornością, Zhao i wsp.79 stwierdzili znaczny spadek poziomów miR-146a i wzrost ekspresji miR-155, zmiany, które prowadzą do stanu prozapalnego u biorców. Warto zauważyć, że miR-146a odgrywa rolę w hamowaniu stanów zapalnych poprzez ukierunkowanie na różne szlaki NF-κB84, a miRNA-155 jest również zgłaszane jako promotor ekspresji TNF85. Łącznie odkrycia te mogą zapewnić wgląd w potencjalne zastosowanie miRNA jako biomarkerów i celów immunoterapii zakłócającej RNA.

Niedawne badania na naczelnych innych niż ludzie wykazały również podwyższone poziomy C3 w cieczy wodnistej przed odrzuceniem80. Wreszcie, wysoki stosunek krwinek CD4 plus/CD8 plus jest skorelowany z krótszym czasem przeżycia przeszczepu w przypadku przeszczepów wysepek ze świni na wyspę inną niż człowiek86. Jednak wymagane są dalsze badania, aby ocenić czułość i swoistość wszelkich proponowanych markerów.

Wniosek

W świetle niedawnych niedoborów narządów ksenotransplantacja może stanowić bardzo potrzebne rozwiązanie dla pacjentów wymagających przeszczepów narządów. Historycznie główną przeszkodą stojącą przed ksenotransplantacją ze źródeł świńskich była obecność epitopu Gal. Jednak modulacja genetyczna umożliwiła opracowanie modeli świń pozbawionych tego epitopu. Ten postęp wydłużył przeżycie heteroprzeszczepu u ludzi i oświetlił inne epitopy, takie jak NeuGc i SDa, które indukują odrzucenie immunologiczne. Dlatego badania miały na celu identyfikację mechanizmów immunologicznych, które prowadzą do odrzucenia. Komórki NK, makrofagi i komórki T zostały zidentyfikowane jako kluczowi gracze w kluczowej roli układu odpornościowego w odrzucaniu ksenoprzeszczepów

Ponadto metody stosowane do identyfikacji odrzucenia ksenotransplantacji opierają się na metodach stosowanych w allotransplantacji ze względu na brak standaryzacji. Markery komórek T, takie jak CD3, CD4 i CD8, wydają się obiecujące jako predykcyjne i diagnostyczne markery odrzucenia. Markery uszkodzeń komórkowych, takie jak cpsDNA i cfDNA, zostały również zidentyfikowane jako wczesne biomarkery predykcyjne odrzucenia. Różne miRNA zostały również uznane za markery odrzucenia i możliwe cele dla rozwoju nowych strategii immunoterapii. Wreszcie, wykrycie przeciwciał innych niż- -Gal IgG i IgM zostało ostatnio wykorzystane jako marker odrzucenia przeszczepu nerki od świni do człowieka. Biorąc pod uwagę ostatnie postępy w tej dziedzinie, ksenotransplantacja może ostatecznie stać się realną opcją kliniczną. Niemniej jednak potrzebne są dalsze postępy, aby przezwyciężyć powikłania TMA i koagulopatii konsumpcyjnej. Ponadto potrzeba więcej badań, aby porównać różne markery i zidentyfikować marker odrzucenia „złotego standardu” w ksenotransplantacji.

Zatwierdzenie etyczne

Niniejszy manuskrypt jest artykułem przeglądowym i nie porusza kwestii etycznych. Wszyscy autorzy przejrzeli i zatwierdzili ostateczną wersję manuskryptu.

Oświadczenie o prawach człowieka i zwierząt

To badanie nie obejmowało żadnych ludzi ani zwierząt.

Oświadczenie o świadomej zgodzie

Ten artykuł nie dotyczył żadnych osób, a zatem świadoma zgoda nie ma zastosowania.

Deklaracja konfliktu interesów

Autorzy zadeklarowali następujące potencjalne konflikty interesów dotyczące badań, autorstwa i/lub publikacji tego artykułu: Dr Lerman jest doradcą firm AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Biosciences, Beren Therapeutics i Ribocure Pharmaceuticals. Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Finansowanie

Autorzy ujawnili otrzymanie następującego wsparcia finansowego na badania, autorstwo i/lub publikację tego artykułu: Ta praca była częściowo wspierana przez granty NIH o numerach: DK120292, DK122734, HL158691 i AG062104.

Bibliografia

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Ksenotransplantacja: aktualny stan badań przedklinicznych. Przedni immunol. 2020;10:3060.

2. Maeda A, Kogata S, Toyama C, Lo PC, Okamatsu C, Yamamoto R, Masahata K, Kamiyama M, Eguchi H, Watanabe M, Nagashima H i in. Wrodzona komórkowa odpowiedź immunologiczna w ksenotransplantacji. Przedni immunol. 2022;13:858604.

3. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków. Ksenotransplantacja. 2021. Dostęp 21 czerwca 2022 r. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

4. Cooper DKC, Gaston R, Eckhoff D, Ladowski J, Yamamoto T, Wang L, Iwase H, Hara H, Tector M, Tector AJ. Ksenotransplantacja — stan obecny i perspektywy. Br Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Groth CG. Potencjalne zalety przeszczepiania narządów od świni do człowieka: przeszczep Widok chirurga. Indianina J Urola. 2007;23(3): 305–309.

6. Montgomery RA, Stern JM, Lonze BE, Tatapudi VS, Mangiola M, Wu M, Weldon E, Lawson N, Deterville C, Dieter RA, Sullivan B i in. Wyniki dwóch przypadków ksenotransplantacji nerki od świni do człowieka. N angielski J Med. 2022;386(20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Pierwszy przeszczep serca od świni do człowieka stanowi kamień milowy w ksenotransplantacji. Krążenie. 2022; 145 (25): 1870–71.

8. Zhou M, Lu Y, Zhao C, Zhang J, Cooper DKC, Xie C, Song Z, Gao H, Qu Z, Lin S, Deng Y i in. Krążący specyficzny dla świni DNA jako nowy biomarker do monitorowania odrzucania ksenoprzeszczepów. Ksenotransplantacja. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Ksenotransplantacja serca. Curr Opin Przeszczep narządu. 2017;22(6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Ksenotransfuzje, przeszłość i teraźniejszość. Ksenotransplantacja. 2007;14(3):208-16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, i ceroplastyka u człowieka. Arch Oftalmol. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Krótka historia klinicznej ksenotransplantacji. Int J Surg. 2015;23 (część B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Wstępne badania eksperymentalne przeszczepów skóry zarodków bydlęcych. Przeszczep byka. 1957;4(1):25-26.

14. Cooper DKC. Krótka historia międzygatunkowych przeszczepów narządów. proc. 2012;25(1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Ksenotransplantacja nerek: postęp eksperymentalny i perspektywy kliniczne. Nerki Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com