Kaj je mikrohimerizem?

Mikrohimerizem opisuje obstojnost majhne populacije genetsko ločenih celic znotraj posameznika. Izraz izhaja iz mitološke Himere – bitja, ki ga sestavljajo deli različnih živali – ker to stanje dobesedno pomeni, da eno telo skriva celice iz drugega genetsko ločenega subjekta. Ta pojav je veliko bolj pogost kot tradicionalno cenjen in se pojavlja z naravnimi procesi, pa tudi z medicinskimi posegi.

Najbolj znan naravni vir je nosečnost. Med brejostjo pride do dvosmerne izmenjave celic med materjo in zarodkom. Fetalne celice se lahko selijo v materin cirkulacijo in tkiva, vztrajajo desetletja po porodu. Medtem pa materinske celice prečkajo placento in vztrajajo pri potomcih. Te himerne celice niso pasivne potnika; lahko se razlikujejo v različnih vrstah celic, vključno z imunskimi celicami, matičnimi celicami in epitelialnimi celicami, ki se združujejo v organe, kot so jetra, srce in možgani. Ta mikrohimerizem naj bi imel vlogo pri materinsko-fetalni toleranci, vendar ima tudi dolgoročne posledice za zdravje, vpliva na občutljivost za avtoimunske bolezni, raka in popravilo tkiva.

Mikrohimerizem se poleg nosečnosti pojavlja tudi zaradi transfuzij krvi, presaditve kostnega mozga in presajanja trdnih organov. V presaditvah celice darovalke predstavljajo iatrogeno himerično populacijo. Stopnja lahko sega od izredno nizkih ravni, ki jih je mogoče zaznati le z občutljivimi molekulskimi tehnikami, kot so digitalni PCR, do popolnega himerizma, ki ga vidimo pri uspešnih presaditev kostnega mozga. Trajnost in funkcionalni učinek sta odvisna od presajenega organa, stopnje ujemanja HLA, imunosupresivnega režima in prejemnikove imunske zgodovine.

Zgodovinski kontekst: Starzlovo opazovanje

Semenska dognanja, ki povezujejo mikrohimerizem s toleranco za presaditev, so v začetku 90. let prejšnjega stoletja pripravili Thomas Starzl in sodelavci. Študija, ki je trajala dlje časa, so ugotovili, da so mnogi imeli majhno število darovalcev v krvi in tkivih. Zanimivo je, da so ti bolniki pogosto kazali operativno toleranco – sprejemljivo funkcijo presadka brez nenehne imunosupresije. Ta ugotovitev je bistveno spremenila polje iz preproste »samov primerjavi z ne-samo« paradigme v bolj odten kontinuum, kjer himerizem aktivno modulira imunski odziv.

Pred tem je prevladala imunologija presadkov, da vsa tuja tkiva neizogibno sprožijo močan odziv na zavrnitev, razen če se ne imunosupresijo. Prisotnost donorskih celic znotraj prejemnika so pogosto razlagali kot kršitev imunskih meja. Starzlovo delo je pokazalo, da je te celice mogoče prenašati ali celo koristno. Povzdigovalo je tudi možnost, da se namerni himerizem lahko uporabi za indukcijo trajne tolerance.

Mehanizmi indukcije tolerance

Kako mikrohimerne donorske celice spodbujajo sprejemanje?

Centralna brisanje in anergija

Darovalne celice, ki se selijo v timus ali sekundarne limfatične organe, lahko predstavljajo antigen darovalca za razvoj celic T. Ta kronična, nizko raven izpostavljenost v nevnetljivem kontekstu lahko vodi do iztrebljanja donorsko reaktivnih T celic (klonsko brisanje) ali pa jih naredi neodzivne (anergične). Proces posnema osrednjo toleranco, kjer se izločijo samoreaktivne T celice. Pri nekaterih prejemnikih presajanja timus ostane aktiven in lahko izobrazi nove T celice, da sprejmejo antigene darovalca kot samopodobo.

Regulativna razširitev celic T

Mikrohimerne celice lahko razširijo in vzdržujejo regulatorne T celice (Tregs), specifične za antigene darovalcev. Študije na živalskih modelih in ljudeh kažejo, da so Tregs obogateni v krvi in presadku mikrohimernih bolnikov. Te Tregs zatirajo efektorske T celične odzive preko mehanizmov, odvisnih od stika, in sproščanje imunosupresivnih citokinov, kot sta IL-10 in TPG-β. Poenoten prenos takih Tregs lahko sproži toleranco v poskusnih modelih, s poudarkom na njihovem terapevtskem potencialu.

Ustvarjanje tolerogenega mikrookolja

Darovalne celice, zlasti dendritične celice in mieloidne supresorske celice, lahko izločajo indoleamin 2,3-dioksigenazo (IDO) in druge dejavnike, ki spodbujajo tolerogeni mikrookolje. To zavira aktivacijo dendritičnih celic, spreminja diferenciacijo T celic v regulatorne fenotipe in zmanjšuje nastajanje provnetnih citokinov. Neto učinek je dušenje imunskega odziva na mestu presadka.

Mešani himerizem in imunsko ravnovesje

Koncept mešanega himerizma – kjer sočasno obstajajo tako donorske kot tudi prejemnice hematopoetskih celic – je še posebej močan za indukcijo tolerance. Pri presaditvi kostnega mozga, ki vzpostavlja mešani himerizem, prejemniku pogosto omogoča, da sprejme nadaljnji presadek istega darovalca brez imunosupresije. Donorske hematopoetske matične celice nenehno ustvarjajo nove imunske celice, ki se izobražujejo v prejemnikovem timusu, kar vodi do vseživljenjske tolerance.

Temna stran: mikrohimerizem v zavračanju

Mikrohimerizem ni vedno benigna sila. Pod določenimi pogoji lahko poslabša zavrnitev ali celo povzroči novo imunsko patologijo.

Graft-Versus-Host bolezen

Pri presaditvi hematopoetskih celic lahko celice darovalca T, prisotne v presadku, napadejo tkiva prejemnika, kar povzroči bolezen presadka proti gostitelju (GVHD). To je skrajni primer mikrohimerizma, kjer so himerične celice imunološko aktivne in povzročijo sistemske poškodbe. Pri presaditvi trdnih organov se pojavi podoben, vendar redkejši pojav, ko donorski limfociti pobegnejo v krvni obtok prejemnika in sprožijo napad na tkiva gostitelja. Klinična predstavitev lahko vključuje kožni izpuščaj, motnje delovanja jeter in gastrointestinalne simptome.

Kronična zavrnitev

Bolj pogosto, mikrohimerne donorske celice lahko služijo kot obstojen vir antigena, ki poganja kronično zavrnitev. Donorske endotelijske celice, ki ostanejo v presadku so tarče za protitelesa prejemnika in T celice, kar vodi do transplantacijske vaskulopatije – progresivna fibrotična okluzija žil. Poleg tega lahko donorske celice postanejo profesionalne celice, ki predstavljajo antigene, ki neposredno aktivirajo celice prejemnika preko neposredne poti alopriznavanja. Študije kažejo korelacijo med upadajočimi ravnmi mikrohimerizma in razvojem de novo donorja specifičnih protiteles, kar kaže, da lahko izguba šimerizma prekine toleranco.

Avtoimunost

Mikrohimerizem, ki izhaja iz nosečnosti, je povezan z avtoimunske bolezni, kot so skleroderma, sistemski lupus eritematosus in tiroiditis. Himerične celice lahko proizvajajo citokine, ki motijo samo toleranco, ali pa navzkrižno reagirajo s samoantigeni. To zagotavlja opozorilo: iste celice, ki spodbujajo presaditve tolerance lahko, v drugem genetskem ali okoljskem kontekstu, sproži avtoimuniteto.

Dejavniki, ki napihujejo ravnotežje

Ali mikrohimerizem vodi do sprejemanja ali zavrnitve, je odvisno od več ključnih spremenljivk.

  • Cell vrsta in stanje[: Donorske hematopoetske matične celice in nezrele dendritične celice spodbujajo toleranco, medtem ko so zrele dendritične celice in aktivirane T celice imunogene.Mesenhimalne matične celice so močno tolerogene in se raziskujejo kot dodatki.
  • Dos himernih celic: Zelo nizke ravni lahko ostanejo neopažene, zmerne ravni sprožijo toleranco, višje ravni pa lahko sprožijo imunski odziv. Prag se spreminja glede na HLA ujemanje.
  • HLA združljivost[: boljše ujemanje zmanjša verjetnost zavrnitve, spremeni pa tudi obstojnost himernih celic. Pri neusklajenih presadkih je mikrohimerizem pogosto prehoden, razen če se uporablja intenzivna imunosupresija.
  • Imunosupresivni režim[: Zaviralci kalinurina (npr. takrolimus) ovirajo aktivacijo T celic in lahko ovirajo vzpostavitev himerizma. Strategije, ki zmanjšujejo zgodnjo uporabo zaviralcev kalcinevrina, lahko omogočajo boljši himerizem in toleranco.
  • Recipient senzibilizacija[]: Predhodna izpostavljenost antigenom darovalcev z nosečnostjo, transfuzijami ali predhodnimi presadki poveča že obstoječi imunski odziv proti celicam darovalcem, kar pogosto izboči ravnotežje proti zavrnitvi.
  • Recipient mikrobiome in virusne okužbe[: črevesni mikrobiomi modulirajo sistemsko imunost. Okužbe ali vnetje lahko prekinejo ugotovljen himerizem in sprožijo zavrnitev.

Klinični programi: Izkoriščanje mikrohimerizma

Kombinirana indukcija himerizma

Najbolj neposreden prevod mikrohimerizma raziskave je uporaba infuzije krvotvornih krvotvornih matičnih celic darovalcev poleg presaditve trdnih organov. Ta strategija je pokazala izjemen uspeh pri presaditvi ledvic, kjer nekateri bolniki dosežejo popolno toleranco in ukinejo vse imunosupresije. Klinični protokoli običajno uporabljajo nemieloablativno kondicioniranje, da omogočajo vcepitev izvornih celic darovalcev brez toksičnosti popolne presaditve kostnega mozga. Podobni pristopi se preskušajo pri presaditvi jeter, z zgodnjimi dokazi za izboljšano preživetje presadka.

Regulativna T celična terapija

Infuzija ex vivo razširjene Tregs, ki so donorji-specifični lahko sinergizirajo z mikrohimerizmom. Ti Tregi zavrejo aloreaktivne odzive in se vzdržujejo kot del himerne populacije. Zgodnja faza kliničnih preskušanj kažejo varnost in dokaz koncepta, ki omogoča nekaterim prejemnikom zmanjšati imunosupresivna zdravila.

Mesenhimske stemske celice

Mesenhimalne matične celice (MSC) darovalca se ocenjujejo zaradi sposobnosti za vzpostavitev mikrohimerizma in indukcije tolerance. MSC so znani za izločanje imunomodulacijskih faktorjev in se lahko razlikujejo v tkiva, ki lahko podpirajo popravilo presadka. Preskusi, ki združujejo infuzijo MSC s presajanjem organov, potekajo (ClinicalTrials.gov).

Zaviralci kalcinevrina zmanjšujejo

Protokoli, ki uporabljajo alternativne indukcijske učinkovine, kot so belatacept (zaviralec kalcinevrina) ali everolimus (zaviralec mTOR), so lahko bolj permisivni za vzpostavitev mikrohimerizma. Izogibanje zgodnjim zaviralcem kalcinevrina omogoča, da se odzivi celic T modulirajo s himernimi celicami, ne pa globalno zatrti.

Spremljanje mikrohimerizma kot biomarkerja

Napredek v tehnologiji odkrivanja zdaj omogoča natančno kvantifikacijo mikrohimerizma iz vzorca periferne krvi. Digitalni PCR lahko zazna eno donorsko celico v 100.000 celic prejemnika, medtem ko sekvenciranje naslednje generacije (NGS) z uporabo posameznih nukleotidnih polimorfizmov zagotavlja še večjo občutljivost in specifičnost.

Serijsko spremljanje ravni mikrohimerizma bi lahko služil kot zgodnji opozorilni sistem. Zmanjšanje DNK darovalca lahko pred zavrnitvijo za več tednov, kar omogoča preventivno prilagoditev imunosupresije. Nasprotno, stabilne ali naraščajoče ravni, ki so v sorodu z operativno toleranco in bi lahko vodilo odstavitev drog. Več centrov za presaditev zdaj vključuje spremljanje mikrohimerizma v rutinsko spremljanje bolnikov z visokim tveganjem.

V nedavni prospektivni študiji so na primer odkrili mikrohimerizem pri 40 % prejemnikov presajenih ledvic na leto, tisti z zaznavnim himerizmom pa so imeli bistveno nižjo stopnjo zavrnitve in boljšo funkcijo presadka. Spremljanje pomaga tudi pri razlikovanju od drugih vzrokov za disfunkcijo presadka.

Raziskovalna meja

Sestavljena presajanje tkiva

Transplantacije rok in obraza vključujejo več vrst tkiva, vključno s kožo, mišice, kosti in živca. Kljub minimalnemu ujemanju HLA, ti presadki pogosto doživljajo presenetljivo nizko stopnjo akutne zavrnitve. Mikrohimerizem je bil opažen pri mnogih prejemnikih in se meni, da prispevajo k tej toleranci. Študije preučujejo, ali je visoka vaskularna gostota in raznolike populacije celic v kompozitnih tkivih naklonjen obstojnosti himeričnih celic.

Transplantacija otočnih celic

Pri sladkorni bolezni tipa 1 se celice darovalcev infundirajo v veno jetrnega portala. Te celice tvorijo mikrohimerno populacijo znotraj jetrnega parenhima. Mehanizmi, ki urejajo njihovo preživetje in delovanje, se secirajo. Nekateri prejemniki razvijejo operativno toleranco in ostanejo leta neodvisni od insulina; mikrohimerizem lahko igra vlogo.

Interakcije z mikrobiom

Pretvorba mikrobiom v črevesje vpliva na aktivacijsko stanje imunskega sistema. Spremembe v mikrobni sestavi lahko spremenijo indukcijo Treg in vnetne odzive, kar lahko vpliva na stabilnost mikrohimerizma. Zgodnji poskusi na mišjih modelih kažejo, da antibiotično zdravljenje moti himerizem in pospeši zavrnitev. To področje je pripravljeno za klinični prevod.

Tveganje za raka

Mikrohimerizem je bil povezan z zaščito in večje tveganje za malignosti. Na primer, fetalni mikrohimerizem lahko pomaga odkriti raka dojke mater v zgodnji fazi, vendar se pojavlja tudi pri nekaterih vrstah tumorjev. Pri prejemnikih presadka, tveganje za limfom, ki ga je dobil darovalec (potransplantacijska limfoproliferativna motnja) lahko vplivajo ravni himerizma. Razumevanje teh združenj bi lahko vodilo imunosupresivno upravljanje.

Izzivi in spori

Kljub obljubi ostaja več izzivov. Prvič, razlikovanje vzroka od korelacije je težko: mikrohimerizem je lahko označevalec tolerance in ne njegov vzrok. Drugič, heterogenost metod odkrivanja zaplete navzkrižno primerjavo študij. Tretjič, namerna indukcija himerizma prinaša tveganje za GVHD, odpoved presadka in okužbo. Četrtič, pojav ni enoten po organih – presaditev jeter kažejo višje stopnje himerizma kot ledvice, vendar toleranca ni vedno prisotna.

Etični premisleki se pojavijo pri poskusu umika imunosupresije na podlagi statusa himerizma. Trenutni protokoli zahtevajo skrbno spremljanje in opredeljena merila odstavitve, da bi se izognili nastanku nepopravljive zavrnitve. Potrebni so veliki multicentrični poskusi za validacijo biomarkerjev in strategij.

Sklep

Mikrohimerizem uteleša kompleksnost imunologije presadkov, ki deluje kot naravna oblika imunske modulacije in potencialno terapevtsko orodje. Sposobnost spodbujanja strpnosti skozi obstojne himerične celice ponuja alternativo vseživljenjski imunosupresiji s svojimi spremljajočimi toksičnimi učinki. Ker raziskave še naprej razvozlavajo mehanistične temelje, se klinični protokoli izpopolnjujejo za varno indukcijo in spremljanje mikrohimerizma. Za bolnike je končni cilj prihodnost, kjer presaditev ni stavek na desetletja zdravil, ampak postopek, ki ponovno uvaja imunski sistem za sprejem presaditve kot samega sebe. Potovanje od radovednega biološkega opazovanja do stebra presaditvene medicine je dobro napredno, mikrohimerizem pa stoji v središču te transformacije.

  • Okrepljeno razumevanje mehanizmov mikrohimerizma še naprej informira protokole indukcije tolerance.
  • Biomarkerjev nadzor himernih celic ponuja realno časovno okno v imunski status presadka.
  • Kombinirana presaditev matičnih celic in organov[ je obetavna strategija za trajno toleranco.
  • Regulativna T celična terapija in MSCs se sinergizirajo z mikrohimerizmom za spodbujanje sprejemanja.
  • Cepljenje: iste himerne celice, ki spodbujajo toleranco, lahko pod različnimi pogoji odbijajo gorivo ali avtoimuno.

Za nadaljnje branje glej seminalni pregled Starzl et al. (]Lent, 1992), celovit pregled mikrohimerizma pri transplantaciji (]NIH), nedavni klinični napredek pri toleranci na osnovi himerizma (]Nov angleški časopis o medicini, 2020) in posodobljen pregled mehanizmov (]Nature Reviews Imunology, 2019).