Table of Contents

Что такое микрохимеризм?

Микрохимеризм описывает сохранение небольшой популяции генетически различных клеток внутри индивидуума. Термин происходит от мифологической химеры — существа, состоящего из частей от разных животных, потому что состояние буквально означает, что одно тело содержит клетки от другого генетически отличного объекта. Это явление гораздо более распространено, чем традиционно оценивается, и происходит посредством естественных процессов, а также медицинских вмешательств.

Наиболее известным природным источником является беременность.Во время беременности происходит двунаправленный обмен клетками между матерью и плодом. Клетки плода могут мигрировать в материнское кровообращение и ткани, сохраняясь в течение десятилетий после родов.Между тем клетки матери также пересекают плаценту и переносят у потомства.Эти химерные клетки не являются пассивными пассажирами; они могут дифференцироваться в различные типы клеток, включая иммунные клетки, стволовые клетки и эпителиальные клетки, интегрируясь в такие органы, как печень, сердце и мозг.Считается, что этот микрохимеризм играет роль в толерантности матери к плоду, но он также имеет долгосрочные последствия для здоровья, влияя на восприимчивость к аутоиммунным заболеваниям, раку и восстановлению тканей.

Помимо беременности, микрохимеризм возникает в результате переливания крови, трансплантации костного мозга и трансплантации твердых органов. В условиях трансплантации донорские клетки составляют ятрогенную химерную популяцию. Степень может варьироваться от чрезвычайно низких уровней, обнаруживаемых только чувствительными молекулярными методами, такими как цифровая ПЦР, до полного химеризма, наблюдаемого при успешных трансплантациях костного мозга. Постоянство и функциональное воздействие зависят от пересаженного органа, степени соответствия HLA, иммуносупрессивного режима и иммунной истории реципиента.

Оригинальное название: Starzl's Observation

Основополагающее понимание, связывающее микрохимеризм с переносимостью трансплантата, пришло от Томаса Старзла и его коллег в начале 1990-х годов. Изучая долгосрочных выживших после трансплантации печени и почек, они заметили, что многие из них содержали небольшое количество донорских клеток в крови и тканях. Примечательно, что эти пациенты часто проявляли оперативную толерантность — приемлемую функцию трансплантата без продолжающейся иммуносупрессии. Это открытие фундаментально сместило поле от простой парадигмы «сам против несамостояния» к более тонкому континууму, где химеризм активно модулирует иммунные реакции.

До этого в трансплантологической иммунологии преобладала концепция, что вся чужеродная ткань неизбежно вызывает мощный ответ отторжения, если не подавляется иммуносупрессией. Присутствие донорских клеток в реципиенте часто интерпретировалось как нарушение иммунных границ. Работа Старзла продемонстрировала, что эти клетки могут быть переносимыми или даже полезными. Это также повысило вероятность того, что преднамеренный химеризм может быть использован для индуцирования устойчивой толерантности.

Механизмы индукции толерантности

Как микрохимерные донорские клетки способствуют принятию? Было выявлено несколько взаимосвязанных механизмов.

Центральное удаление и анергия

Донорские клетки, мигрирующие в тимус или вторичные лимфоидные органы, могут представлять донорский антиген развивающимся Т-клеткам. Это хроническое низкоуровневое воздействие в невоспалительном контексте может привести к делеции донор-реактивных Т-клеток (клональное делеция) или сделать их невосприимчивыми (анергия). Процесс имитирует центральную толерантность, где самореактивные Т-клетки устраняются. У некоторых реципиентов трансплантата тимус остается активным и может обучать новые Т-клетки принимать донорские антигены как себя.

Расширение регуляторных Т-клеток

Микрохимерные клетки могут расширять и поддерживать регуляторные Т-клетки (Tregs), специфичные для донорских антигенов. Исследования на животных моделях и реципиентах человека показывают, что Tregs обогащаются кровью и трансплантатом пациентов с микрохимерами. Эти Tregs подавляют эффекторные Т-клеточные реакции через контактно-зависимые механизмы и высвобождение иммуносупрессивных цитокинов, таких как IL-10 и TGF-β. Приемный перенос таких Tregs может индуцировать толерантность в экспериментальных моделях, подчеркивая их терапевтический потенциал.

Создание толерогенной микросреды

Донорские клетки, в частности дендритные клетки и клетки-супрессоры миелоидного происхождения, могут выделять индоламин 2,3-диоксигеназу (ИДО) и другие факторы, способствующие толерогенной микросреде. Это подавляет активацию дендритных клеток, сдвигает дифференцировку Т-клеток в сторону регуляторных фенотипов и снижает выработку провоспалительных цитокинов. Чистый эффект — ослабление иммунного ответа в месте трансплантата.

Смешанный химеризм и иммунный баланс

Концепция смешанного химеризма, где сосуществуют как донорские, так и реципиентные гемопоэтические клетки, особенно эффективна для индукции толерантности. При трансплантации костного мозга установление смешанного химеризма часто позволяет реципиенту принимать последующий твердый трансплантат органа от того же донора без иммуносупрессии. Донорские гемопоэтические стволовые клетки непрерывно генерируют новые иммунные клетки, которые образованы в тимусе реципиента, что приводит к пожизненной толерантности.

Темная сторона: микрохимеризм в отвержении

Микрохимеризм не всегда является доброкачественной силой. При определенных условиях он может усугубить отторжение или даже вызвать новую иммунную патологию.

Болезнь Графта-Верса-Хоста

При трансплантации гемопоэтических клеток донорские Т-клетки, присутствующие в трансплантате, могут атаковать ткани реципиента, вызывая болезнь трансплантата против хозяина (GVHD). Это крайний пример микрохимеризма, когда химерные клетки иммунологически активны и вызывают системное повреждение. При трансплантации твердых органов подобное, но более редкое явление происходит, когда донорские лимфоциты попадают в кровообращение реципиента и устанавливают атаку на ткани хозяина. Клиническое представление может включать кожные сыпь, дисфункцию печени и желудочно-кишечные симптомы.

Хронический отказ

Чаще всего микрохимерные донорские клетки могут служить стойким источником антигена, приводящим к хроническому отторжению. Донорские эндотелиальные клетки, которые остаются в трансплантате, являются мишенями для антител-реципиентов и Т-клеток, что приводит к трансплантатной васкулопатии — прогрессирующей фибротической окклюзии сосудов. Кроме того, донорские клетки могут стать профессиональными антигенпрезентирующими клетками, которые непосредственно активируют иммунные клетки реципиента через прямой путь аллорекогниции. Исследования показывают корреляцию между снижением уровня микрохимеризма и развитием де-ново донор-специфичных антител, предполагая, что потеря химеризма может нарушить толерантность.

Аутоиммунитет

Микрохимеризм, полученный во время беременности, связан с аутоиммунными заболеваниями, такими как склеродермия, системная красная волчанка и тиреоидит. Химерные клетки могут продуцировать цитокины, которые нарушают самотолерантность, или они могут перекрестно реагировать с самоантигенами. Это обеспечивает поучительное замечание: те же клетки, которые способствуют толерантности к трансплантации, могут в другом генетическом или экологическом контексте вызывать аутоиммунитет.

Факторы, которые нарушают баланс

Приведет ли микрохимеризм к принятию или отторжению, зависит от нескольких ключевых переменных.

  • Тип и состояние клеток : Донорские гемопоэтические стволовые клетки и незрелые дендритные клетки имеют тенденцию способствовать толерантности, в то время как зрелые дендритные клетки и активированные Т-клетки являются иммуногенными. Мезенхимальные стволовые клетки являются сильно толерогенными и исследуются в качестве добавок.
  • Доза химерных клеток: Очень низкие уровни могут остаться незамеченными, умеренные уровни вызывают толерантность, но более высокие уровни могут вызвать иммунный ответ. Порог варьируется в зависимости от соответствия HLA.
  • HLA-совместимость: Лучшее соответствие снижает вероятность отторжения, но также изменяет стойкость химерных клеток.При несоответствующих трансплантациях микрохимеризм часто преходящ, если не используется интенсивная иммуносупрессия.
  • Иммуноподавляющий режим: Ингибиторы кальциневрина (например, такролимус) нарушают активацию Т-клеток и могут препятствовать установлению химеризма.Стратегии, которые минимизируют раннее использование ингибитора кальциневрина, могут обеспечить лучший химеризм и толерантность.
  • Сенсибилизация реципиента: Предварительное воздействие донорских антигенов во время беременности, переливания или предыдущих трансплантаций увеличивает ранее существовавший иммунный ответ против донорских клеток, часто склоняя баланс к отторжению.
  • Получающий микробиом и вирусные инфекции: Микробиом кишечника модулирует системный иммунитет. Инфекции или воспаление могут нарушить установленный химеризм и вызвать отторжение.

Клинические применения: использование микрохимеризма

Комбинированная индукция химеризма

Наиболее прямым переводом исследований микрохимеризма является использование донорской гемопоэтической инфузии стволовых клеток наряду с трансплантацией твердых органов. Эта стратегия показала замечательный успех в трансплантации почек, где некоторые пациенты достигают полной толерантности и прекращают все иммуносупрессии. Клинические протоколы обычно используют немиелоаблятивное обусловливание, чтобы позволить приживление донорских стволовых клеток без токсичности полной трансплантации костного мозга. Аналогичные подходы тестируются при трансплантации печени, с ранними доказательствами улучшенной выживаемости трансплантата.

Регуляторная Т-клеточная терапия

Вливание ex vivo расширенных Tregs, которые являются донор-специфичными, может синергирировать с микрохимеризмом. Эти Tregs подавляют аллергореактивные реакции и поддерживаются как часть химерной популяции. Ранние фазные клинические испытания показывают безопасность и доказательство концепции, позволяя некоторым реципиентам уменьшить иммуносупрессивные препараты.

Мезенхимальные стволовые клетки

Мезенхимальные стволовые клетки (МСК) от донора оцениваются на их способность устанавливать микрохимеризм и индуцировать толерантность. Известно, что МСК выделяют иммуномодулирующие факторы и могут дифференцироваться в ткани, потенциально поддерживая восстановление трансплантата. Продолжаются испытания, сочетающие инфузию МСК с трансплантацией органов (]ClinicalTrials.gov].

Минимизация ингибиторов кальциневрина

Протоколы, в которых используются альтернативные индукционные агенты, такие как беталатацепт (блокатор кальцимуляции) или верболимус (ингибитор mTOR), могут быть более дозволенными для установления микрохимеризма. Избегание ранних ингибиторов кальциневрина позволяет модулировать реакции Т-клеток химерными клетками, а не подавлять их глобально.

Мониторинг микрохимеризма как биомаркера

Достижения в технологии обнаружения теперь позволяют точно количественно оценить микрохимеризм из образца периферической крови. Цифровая ПЦР может обнаружить одну клетку-донора в 100 000 клеток-реципиентов, в то время как секвенирование следующего поколения (NGS) с использованием однонуклеотидных полиморфизмов обеспечивает еще большую чувствительность и специфичность.

Серийный мониторинг уровней микрохимеризма может служить системой раннего предупреждения. Снижение донорской ДНК может предшествовать отторжению на недели, что позволяет превентивно регулировать иммуносупрессию. И наоборот, стабильные или увеличивающиеся уровни коррелируют с операционной толерантностью и могут направлять отлучение от груди. Несколько центров трансплантации теперь включают мониторинг микрохимеризма в рутинное наблюдение за пациентами с высоким риском.

Например, в недавнем проспективном исследовании микрохимеризм был обнаружен у 40% реципиентов почек в течение одного года, а у тех, у кого обнаруживался химеризм, были значительно более низкие показатели отторжения и лучшая функция трансплантата. Мониторинг также помогает отличить отторжение от других причин дисфункции трансплантата.

Исследовательские границы

Композитная трансплантация тканей

Пересадка рук и лица включает в себя несколько типов тканей, включая кожу, мышцы, кости и нервы. Несмотря на минимальное соответствие HLA, эти трансплантаты часто испытывают удивительно низкие показатели острого отторжения. Микрохимеризм наблюдался у многих реципиентов и, как полагают, способствует этой толерантности. Исследования изучают, способствуют ли высокая плотность сосудов и различные клеточные популяции в композитных тканях стойкости химерных клеток.

Трансплантация островковых клеток

При диабете 1 типа донорские островковые клетки вводятся в портальную вену печени. Эти клетки образуют микрохимерную популяцию в паренхиме печени. Механизмы, регулирующие их выживание и функцию, рассекаются. У некоторых реципиентов развивается операционная толерантность и они остаются инсулинонезависимыми в течение многих лет; роль может играть микрохимеризм.

Взаимодействие микробиома

Микробиом кишечника влияет на состояние активации иммунной системы. Изменения в микробном составе могут изменить индукцию Трега и воспалительные реакции, потенциально влияющие на стабильность микрохимеризма. Ранние эксперименты на мышиных моделях показывают, что лечение антибиотиками нарушает химеризм и ускоряет отторжение. Эта область готова к клиническому переводу.

Риск рака

Микрохимеризм связан как с защитой, так и с более высоким риском злокачественных новообразований. Например, микрохимеризм плода может помочь обнаружить рак молочной железы матери на ранней стадии, но также появляется в определенных типах опухолей. У реципиентов трансплантата на риск лимфомы донорского происхождения (посттрансплантационного лимфопролиферативного расстройства) могут влиять уровни химеризма. Понимание этих ассоциаций может направлять управление иммуносупрессией.

Вызовы и противоречия

Несмотря на обещание, остаются несколько проблем. Во-первых, отличить причину от корреляции сложно: микрохимеризм может быть маркером толерантности, а не ее причиной. Во-вторых, неоднородность методов обнаружения усложняет перекрестное сравнение исследований. В-третьих, преднамеренная индукция химеризма несет риски ГВГС, недостаточности трансплантата и инфекции. В-четвертых, явление не однородно по всем органам - трансплантация печени показывает более высокие показатели химеризма, чем почки, но толерантность не всегда присутствует.

Этические соображения возникают при попытке отменить иммуносупрессию на основе статуса химеризма. Текущие протоколы требуют тщательного мониторинга и определенных критериев отлучения, чтобы избежать ускорения необратимого отторжения. Для проверки биомаркеров и стратегий необходимы крупные многоцентровые испытания.

Заключение

Микрохимеризм воплощает в себе сложность трансплантологической иммунологии, действуя как естественная форма иммунной модуляции, так и потенциальный терапевтический инструмент. Способность способствовать толерантности через постоянные химерные клетки предлагает альтернативу пожизненной иммуносупрессии с сопутствующими ей токсичными свойствами. По мере того, как исследования продолжают распутывать механистические основы, клинические протоколы совершенствуются, чтобы безопасно индуцировать и контролировать микрохимеризм. Для пациентов конечной целью является будущее, где трансплантация не является приговором к десятилетиям лекарств, а процедура, которая перевоспитывает иммунную систему, чтобы принять трансплантат как себя. Путь от любопытного биологического наблюдения к столпу трансплантологии является хорошо продвинутым, и микрохимеризм стоит в центре этой трансформации.

  • Усиление понимания механизмов микрохимеризма продолжает информировать протоколы индукции толерантности.
  • Биомаркерный мониторинг химерных клеток предлагает окно в режиме реального времени в иммунный статус трансплантата.
  • Комбинированная трансплантация стволовых клеток и органов (FLT:0) является многообещающей стратегией для обеспечения устойчивой толерантности.
  • Регуляторная терапия Т-клетками и МСК синергируются с микрохимеризмом для содействия принятию.
  • Осторожность: одни и те же химерные клетки, которые способствуют толерантности, могут при различных условиях отбрасываться топливом или аутоиммунитетом.

Для дальнейшего чтения см. основополагающий обзор Starzl et al. (]The Lancet, 1992), всеобъемлющий обзор микрохимеризма при трансплантации (]NIH), недавние клинические достижения в области толерантности на основе химеризма (] New England Journal of Medicine, 2020) и обновленный обзор механизмов (]Nature Reviews Immunology, 2019.