IMMUNOLOGIA TRANSPLANTACYJNA
I. GŁÓWNY UKŁAD ZGODNOŚCI TKANKOWEJ
/major histocompatibility complex, MHC/
- jedno z kluczowych odkryć immunologii,
- zasadnicza rola w prezentacji Ag, inicjacji i fazie efektorowej odpowiedzi immunologicznej,
- szereg genów charakteryzujących się wybitnym polimorfizmem,
- Nobel '80, Dausset, Snell & Benacerraf,
- kompleks genów na ramieniu krótkim chromosomu 6,
- 1/1000 genomu, 3.5 miliona bp,
- cząsteczki MHC są glikoproteinami
cząsteczki MHC klasy I
- występują na powierzchni wszystkich komórek jądrzastych /w niewielkich ilościach również na erytrocytach/,
cząsteczki MHC klasy II
- występują głównie na limfocytach B, makrofagach, komórkach dendrytycznych, Langerhansa, nabłonkowych grasicy /konstytucjonalnie/,
- po pobudzeniu lub pod wpływem cytokin, np. INF- lub TNF- pojawiają się na powierzchni pobudzonych limfocytów T, komórkach śródbłonka /u człowieka obecne na komórkach śródbłonka naczyń serca i nerek/, nabłonka jelitowego, fibroblastach, mioblastach, keratynocytach,...
A. Budowa cząsteczek MHC klasy I
- cząsteczki MHC klasy I są zbudowane z 2. łańcuchów; lekkiego i ciężkiego, połączonych ze sobą niekowalencyjnie.
1. łańcuchem lekkim, identycznym we wszystkich cząsteczkach MHC klasy I jest zawierająca 100 AA /12 kD/ 2-mikroglobulina /gen poza MHC w chromosomie 15/,
2. łańcuch ciężki //, 44 kD składa się z:
a. N-terminalnego fragmentu zewnątrzkomórkowego, składającego się z 3. domen tworzących pętle /1, 2, 3/,
- zewnętrzne domeny 1 i 2 zawierają cukry i cechują się polimorfizmem,
- domena 3 przpomina budową część stałą łańcucha H Ig, bez polimorfizmu,
b. krótkiego fragmentu hydrofobowego /20 AA/ w błonie komórkowej,
c. krótkiego fragmentu hydrofilowego /20-40 AA/ w cytoplazmie komórki.
B. Budowa cząsteczek MHC klasy II
- cząsteczki MHC klasy I są zbudowane z 2. łańcuchów i , o podobnej budowie, połączonych ze sobą niekowalencyjnie.
1. część zewnątrzkomórkowa /N-terminalna/ obu łańcuchów składa się z 2. domen,
2. domeny zewnętrzne 1 i 1cechują się polimorfizmem i tworzą rowek dla prezentacji antygenu.
C. Geny układu zgodności tkankowej
1. produkty genów układu HLA można podzielić na:
- cząsteczki klasy I: HLA-A, -B i -C oraz niepolimorficzne HLA-G, -F i -E,
- cząsteczki klasy II: HLA-DP, -DQ i -DR,
- cząsteczki klasy III /3. składowe układu dopełniacza: C2 i C4 kodowany przez geny A i B oraz czynnik B/,
2. w skład kompleksu wchodzą również geny kodujące: 21-hydroksylazę, TNF- i -, białka szoku termicznego, białka transportujące.
3. zjawisko niezrównoważenia sprzężeń;
- w teorii allel HLA-A0101 /16%/ i allel HLA-B0801 /9%/ winny współistnieć w haplotypach z częstością ~1.4%
- w praktyce częstość występowania wynosi 8.8%,
- dodatnie niezrównoważenia wyjaśnia się tym, że osobnicy z HLA-A1, -B8 i DR3 charakteryzują się wzmożoną reaktywnością immunologiczną co skutkuje dwojako;
= przewaga w walce z czynnikami infekcyjnymi,
= częstsza autoimmunizacja.
4. nadrodzina genów immunoglobulinowych /molekuły MHC słabo wiążą Ag/
- w jej skład wchodzą geny kodujące: immunoglobuliny, TCR, cząsteczki MHC, CD3, i , CD4 i CD8, CD2 /LFA-2/, cząsteczki adhezyjne ICAM-1, -2 i N-CAM, poly-IgR i Fc IgGR typu I, II i III, IL-1R i inne.
D. Związki między układem HLA i występowaniem określonych chorób
- posiadanie określonych antygenów HLA może wiązać się ze zwiększonym lub zmniejszonym ryzykiem rozwoju pewnych chorób /w tym wielu autoimmunizacyjnych/
1. Próby wyjaśnienia:
- atypowa ekspresja antygenów HLA klasy II.
- reakcje krzyżowe,
- zakażenia wirusowe /HLA jako receptor dla wirusa/,
- zakażenia bakteryjne /Ag bakteryjne b. podobne do epitopów HLA, np. paciorkowcowe białko M/,
- sąsiedztwo genów dla składowych układu dopełniacza.
2. przykłady istotnych statystycznie korelacji pomiędzy układem HLA a chorobami:
względne ryzyko = chorzy z Ag x kontrola bez Ag/chorzy bez Ag x kontrola z Ag
ryzyko > 1 oznacza związek
choroba HLA względne ryzyko
zzsk B27 90
celiakia DR3 73
zespół Reitera B27 36
podostre zapalenie tarczycy B35 17
wrodzona hiperplazja nadnerczy B47 15.4
przewlekła aktywne zapalenie wątroby DR3 14
opryszczkowe zapalenie skóry DR3 13.5
ch. Addisona DR3 9
cukrzyca t. I DR3 3.8
ch. G-B DR3 3.7
= najczęstsze korelacje: B27, DR3, DR4, DR5,
= najsilniejsze kojarzenie chorób z B27, w przypadku zzsk wykrycie Ag ma znaczenie diagnostyczne.
E. Słabe antygeny zgodności tkankowej
/minor histocompatibility antigens/
- zdolne do indukowania limfocytów Tc i odpowiedzi transplantacyjnej z odrzuceniem przeszczepu allogenicznego, nawet przy całkowitej zgodności MHC,
- heterogenna i nieprecyzyjnie zdefiniowana grupa, często określana jako Ag zgodności tkankowej nie kodowane przez MHC,
- słabe? - niektóre z tych Ag indukują odpowiedź silniejszą niż określone Ag MHC,
- najczęściej nie indukują syntezy Ab,
- są rozpoznawane przez limfocyty T w połączeniu z MHC jak Ag wirusowe,
- uważa się, że produkt każdego polimorficznego genu po połączeniu się z MHC może indukować odpowiedź transplantacyjną,
- na dowód u ludzi odrzucanie przeszczepu nerek u HLA zgodnego rodzeństwa w ciągu 10-15 lat po przeszczepie w 20-30% przypadków,
- nietypowy Ag przekazywany przez matkę /Mta/ kodowany przez gen mitochondrialny.
F. Funkcja układu MHC
wiĄzanie i prezentowanie ANTYGENU limfocytom T,
- heterozygota ma większe szanse lepszej odpowiedzi na Ag mikroorganizmów,
- ch. zakaźne o dużej śmiertelności głównym czynnikiem sprzyjającym polimorfizmowi
- sugestie o sprzyjających rozwojowi zarodka różnicach pomiędzy MHC matki i płodu /duża zgodność HLA rodziców to wzrost ryzyka poronień/,
G. Metody identyfikacji MHC
1. serologiczne
a. posługiwanie się surowicami od:
- wieloródek,
- wielokrotnych biorców krwi,
- biorców przeszczepów allogenicznych,
- specjalnie uczulonych ochotników,
b. zastosowanie MoAb
2. komórkowe
a. mieszana hodowla limfocytów /MLC/
- dla identyfikacji MHC klasy II, głównie DR
b. wtórna MLC
- dla identyfikacji w krótszym czasie
3. typowanie genowe
a. hybrydyzacja,
b. polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych,
c. genomic fingerprinting,
= ew. poprzedzone amplifikacją materiału genetycznego w reakcji łańcuchowej polimerazy /PCR/.
H. Znaczenie identyfikacji antygenów HLA
1. dobór dawcy przeszczepu,
2. dochodzenie ojcostwa,
- grupa krwi, białka surowicy, izoenzymy erytrocytarne i HLA 99.7% szans wykluczenia ojcostwa u niesłusznie pozwanego,
- genomic fingerprinting wyklucza pokrewieństwo na poziomie 5x10-19,
3. kryminalistyka
4. paleogenetyka i in.
II.TRANSPLANTOLOGIA
A. Rodzaje przeszczepów
1. a. p. biostatyczne
- nie zawierają żywych komórek /kości, chrząstki, ścięgna, powięzi, nerwy obwodowe, rogówka/,
b. p. biowitalne
- zawierają żywe komórki, tkanki, narządy, a doświadczalnie całe organizmy, które podejmują w organizmie biorcy swoje fizjologiczne funkcje,
2. a. p. ortotopowe - w anatomicznie prawidłowym położeniu,
b. p. heterotopowe - w anatomicznie dowolnym miejscu.
3. a. p. autologiczne
- wykonane w obrębie jednego organizmu, dawca jest jednocześnie jego biorcą,
b. p. syngeniczne
- pomiędzy osobnikami identycznymi genetycznie; bliźniętami jednojajowymi lub osobnikami należącymi do tego samego wsobnego szczepu zwierząt,
c. p. allogeniczne
- pomiędzy genetycznie różnymi osobnikami tego samego gatunku
d. p. ksenogeniczne
- pomiędzy osobnikami należącymi do dwóch różnych gatunków,
- gdy przeszczep dotyczy osobników gatunków spokrewnionych filogenetycznie /mysz-szczur, pawian-szymans/ nazywany jej niekiedy p. heterologicznym.
B. Faza indukcji odpowiedzi transplantacyjnej
- wraz z wykonaniem przeszczepu rozpoczyna się faza indukcyjna odpowiedzi immunologicznej
- jest to reakcja z udziałem limfocytów T /myszy nude nie odrzucają przeszczepów a swoistą odporność na przeszczep można przenieść na osobnika syngenicznego za pomocą limfocytów a nie surowicy uczulonych zwierząt/
- kluczowe znaczenie w tej fazie mają komórki prezentujące antygen znajdujące się w przeszczepie /dawniej określane jako leukocyty pasażerskie, k. dendrytyczne narządów litych lub k. Langerhansa w skórze/,
- drugą grupą komórek indukujących odpowiedź transplantacyjną są limfocyty Thelper aktywowane przez APC dawcy bądź własne APC prezentujące Ag przeszczepu,
- pobudzone limfocyty Th, po proliferacji i różnicowaniu wspomagają przekształcanie spoczynkowych limfocytów Tc, limfocytów B w komórki efektorowe, aktywują makrofagi i angażują do odpowiedzi inne komórki naciekające przeszczep.
C. Mechanizm rozpoznawania Ag allogenicznych
- alloreaktywność jest zjawiskiem heterogennym i może polegać na:
1. rozpoznawaniu obcego Ag w kontekście allogenicznej cząsteczki MHC, silnie naśladującej autogeniczną cząsteczkę MHC,
2. bezpośrednim reagowaniu z allogenicznym Ag MHC o większym niż własny stopniu dopasowania,
- modyfikowanych mechanizmami supresyjnymi, stanowiącymi punkt wyjścia dla zjawisk tolerancji transplantacyjnej
D. Faza efektorowa odpowiedzi transplantacyjnej
- proces odrzucania przeszczepu może mieć różną dynamikę i zależy od waruków w układzie dawca-biorca
1. nadostre odrzucanie przeszczepu
- w ciągu minut po przeszczepie,
- mikrozakrzepy naczyń ostre, nieodwracalne niedokrwienie i martwica,
- u biorców posiadających Ab przeciwko Ag MHC klasy I,
- po wielokrotnych przetoczeniach krwi lub w wyniku przebytych ciąż.
2. ostre odrzucanie przeszczepu
- w kilka dni do kilku tygodni po przeszczepie,
- gęste nacieki komórkowe w przeszczepionej tkance, gł. w obrębie naczyń krwionośnych.
3. przewlekłe odrzucanie przeszczepu
- związane z odkładaniem się pod śródbłonkiem naczyń Ig i składowej C3 dopełniacza.
SKŁADOWA KOMÓRKOWA ODPOWIEDZI TRANSPLANTACYJNEJ
- w nacieku przeszczepu stwierdza się limfocyty T, makrofagi, granulocyty, k. tuczne i plazmocyty,
- limfocyty T stanowią tylko 1% komórek nacieku !!!
a. limfocyty Tc
- pobudzane IL-2, IL-12 /czynnik dojrzewania limfocytów Tc/, Il-4, IL-5, IL-6 i INF-,
- działają bezpośrednio cytotoksycznie wobec komórek posiadających obce Ag MHC klasy I,
- jest to duży, ale nie wiodący udział w reakcjach odrzucania,
- funkcje cytotoksyczne mogą przejawiać subpopulacje Th po pobudzeniu limfokinami wobec komórek o obcych Ag MHC klasy II.
b. nadwrażliwość typu późnego
- inicjowana przez Th
- nieswoiste, inicjowane przez cytokiny /INF-, GM-CSF, TNF-, IL-4/ włączanie do odpowiedzi makrofagów i granulocytów,
- naciekanie i przyleganie leukocytów do śródbłonka naczyń za pośrednictwem molekuł adhezyjnych /integryny, selektyny i adresyny/, np. za pośrednictwem ICAM-1 i VCAM-1 do LFA-1 i VLA-4 na śródbłonku naczyń żylnych odrzucanego przeszczepu serca,
- udział cz. chemotaktycznych,
- komórki nacieku niszczą komórki przeszczepu za pośrednictwem:
= TNF-,
= IL-1,
= rodników tlenowych i azotowych,
= proteaz,
= ADCC.
c. naturalne komórki cytotoksyczne /NK/
- jako jedne z 1. w nacieku,
- pewny udział w reakcji odrzucania przeszczepu szpiku,
- mogą niszczyć przeszczep w obecności swoistych Ab w reakcji ADCC.
SKŁADOWA HUMORALNA ODPOWIEDZI TRANSPLANTACYJNEJ
- Th stymulują aktywowane Ag limfocyty B do proliferacji, różnicowania i syntetyzowania Ab
a. destrukcja tkanek przeszczepu w ADCC,
b. aktywacja układu dopełniacza,
agregacja płytek krwi, powstawanie zakrzepów nadostre odrzucanie przeszczepu
UDZIAŁ CYTOKIN W ODPOWIEDZI TRANSPLANTACYJNEJ
1. aktywują odpowiedź transplantacyjną:
a. w procesie prezentacji Ag IL-6 i IL-1,
b. aktywacja Tc IL-2, IL-12, IL-4, IL-5, IL-6, INF-,
c. aktywacja NK IL-2,
d. proliferacja limfocytów B IL-4, IL-5, IL-2,
e. różnicowanie limfocytów B do k. plazmatycznych IL-5, IL-6, INF-, IL-2, IL-4.
2. hamują odpowiedź transplantacyjną:
IL-10 i TGF-.
3. nasilają i indukują ekspresję Ag MHC
- INF- /najsilniej/, TNF- i IL-4,
E. Monitorowanie odrzucania przeszczepu
diagnoza reakcji odrzucania polega na:
1. ocenie funkcji przeszczepionego narządu,
2. badaniach histologicznych /biopsja/;
- nacieki,
- ekspresja Ag MHC.
3. badaniu syntezy cytokin i poziomów ich receptorów;
- ELISA, hybrydyzacja in situ, West blotting.
F. Zapobieganie odrzucaniu przeszczepu
1. jak najplepszy dobór w układzie dawca-biorca
- liczba możliwych HLA kodowanych w obrębie jednego haplotypu = 70000,
- przy dwóch chromosomach = 700002,
- przy istniejących niezrównoważenich sprzężeń jest to liczba dużo mniejsza jednak szansa na identyczność haplotypu HLA jest minimalna,
- zgodność doboru wzrasta wśród spokrewnionych dawców,
- banki danych ze sprawnym obiegiem informacji,
- przeszczep "szuka" biorcy
2. immunosupresja
idealny lek immunosupresyjny w transplantologii to taki, który działa na alloreaktywne limfocyty T biorcy i bez wpływu na pozostałe funkcje układu odpornościowego
a. cyklosporyna A - lek 1. rzutu,
b. azatiopryna - lek starszej generacji,
c. CS - pojedynczo w dużych dawkach lub w skojarzeniu,
d. globulina antytymocytarna lub OKT3
e. całkowite napromienienie tkanki limfatycznej
f. FK506 i in. /wiele w fazie eksperymentu/
G. Tolerancja transplantacyjna
mechanizmy tolerancji transplantacyjnej to: delecja klonalna, anergia klonalna i supresja
1. tolerancja noworodkowa
- podanie płodowi lub noworodkowi komórek pochodzących od przyszlego dawcy,
2. letalna dawka chemio- lub radioterapii poprzedzająca przeszczep szpiku kostnego "przyszłego" dawcy - zjawisko chimeryzmu,
3. eliminacja komórek dendrytycznych,
4. indukowanie powstawania Ab antyidiotypowych,
5. podanie biorcy komórek przyszłego dawcy przeszczepu;
- przetoczenia krwi w przeszczepach nerek.
H. Charakterystyka przeszczepów
1. przeszczep nerki
- najczęstszy ze stoswanych alloprzeszczepów,
- możliwość wydłużenia czasu oczekiwania na dawcę w programie dializ,
- jako narząd parzysty - często dawca rodzinny,
- przy identyczności HLA roczne przeżycie przeszczepu u 90% leczonych.
2. przeszczep serca
- znacznie rzadziej niż nerki,
- brak dawców i aparatury do podtrzymywania krążenia,
- roczny czas przeżycia u 80-90% leczonych /cyklosporyna/,
- przy 3. latach przeżycia u 60% zmiany naczyniowe.
3. przeszczep wątroby
- w schyłkowych stanach niewydolności narządu /zaburzenia rozwojowe, marskość/,
- względnie mała immunogenność przeszcepu.
4. przeszczep rogówki
- dawniej uważano rogówkę za miejsce bez reakcji immunologicznych - brak naczyń to tylko relatywnie mniejsza immunogenność,
- ekspresja MHC klasy I na komórkach nabłonka rogówki,
5. przeszczep do OUN
- uprzywilejowanie /brak drenażu limfatycznego, brak APC, niska ekspresja Ag MHC i BBB/
- próby leczenia ch. Parkinsona,
- reakcje odrzucania przeszcepu /astrocyty i mikroglej jako APC, uszkodzenie BBB, indukcja syntezy cytokin/.
6. przeszczep skóry
- tylko autoprzeszczep,
- allo- lub ksenoprzeszczepy jako czasowe opatrunki na rany, np. oparzeniowe,
- próby z allogenicznymi keratynocytami hodowanymi in vitro na rany oparzeniowe.
7. PRZESZCZEP SZPIKU /autologiczny i allogeniczny/
a. metoda z wyboru w leczeniu wielu chorób:
- ostrych i przewlekłych białaczek,
- niedokrwistości aplastycznej,
- wrodzonych schorzeń układu krwiotwórczego /w tym niedoborów immunologicznych/,
- ch. popromiennej, m.in. u ofiar katastrof nuklearnych.
b. przygotowanie biorcy polega na zniszczeniu jego: układu krwiotwórczego, odpornościowego i ew. komórek nowotworowych masywną radio- i chemioterapią,
c. przeszczepianie szpiku polega na jego przetoczeniu,
d. wczesne objawy odtworzenia: krwiotworzenia po 2-3 tyg., funkcji układu odpornościowego po kilku mies.,
e. autologiczny szpik musi być pozbawiony komórek nowotworowych metodą:
- wirowania,
- hipertermii,
- stosując cytostatyki lub MoAb,
- hodowli.
I. Choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi /GvH/
u 75% biorców allogenicznego szpiku, im mniej zgodnych i starszych tym częściej, ostra lub przewlekła
1. ostra choroba GvH
- do 4. tyg. po przeszczepie, maksymalnie 100 dni,
- dotyczy gł. skóry, wątroby i p. pokarmowego,
- oceniana w 4. stopniowe skali,
- masywne nacieki limfocytarne z niszczeniem zajętego narządu,
- faza indukcyjna jak w odpowiedzi transplantacyjnej,
- b. istotny udział TNF-,
- chudnięcie, niedokrwistość hemolityczna, powiększenie śledziony i wątroby, wyniszczenie, często śmierć biorcy.
2. przewlekła choroba GH
- częściej u biorców, u których wcześniej wystąpiła ostra GvH lub niezależnie u 20-30%
- ograniczona lub uogólniona,
- najczęściej zajęte: skóra, śluzówki, wątroba i p. pokarmowy,
- powodowana przez komórki pamięci lub powstałe z prekursorów w szpiku limfocyty dawcy bez możliwości rozwoju autotolerancji.
J. Terapie genowe