Einfluss einer einmaligen Spendervorbehandlung mit Cobalt-III-Protoporphyrin IX auf die Immunogenität des Transplantats im Rahmen der akuten Abstoßung nach Nierentransplantation im Rattenmodell

Abstract

Die Transplantation stellt aktuell die Therapie der Wahl bei irreversiblem Organversagen dar. Nach wie vor ist hierbei das chronische Organversagen das Hauptproblem in der Transplantationsmedizin. Obwohl die Ein-Jahres Erfolgsraten deutlich gestiegen sind, weisen die Langzeitergebnisse weiterhin unbefriedigende Ergebnisse auf. Die Ursachen des chronischen Transplantatverlustes und der Funktionseinschränkung sind multifaktoriell und schließen alloantigen-spezifische und alloantigen-unabhängige Faktoren ein. Bedeutende alloantigen-unabhängige Ursachen sind das Spenderalter, Vorerkrankung, Hirntod sowie Ischämie/Reperfusionsschaden. Es ist bekannt, dass alloantigen-spezifische Mechanismen durch alloantigen-unabhängige Faktoren akzeleriert werden können und so eine akute Abstoßung durch eine erhöhte Immunogenität des Organs fördern. Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass die Induktion der Hämoxigenase-1 zytoprotektiv, d.h. antiinflammatorisch, antioxidativ, antiapoptotisch aber auch immunmodulatorisch wirkt, und zu verbesserten Herz, Leber und Dünndarm- Transplantatüberlebenszeiten führt. Die Hämoxigenase existiert ubiquitär und katalysiert den oxidativen Hämabbau in Biliverdin, Eisen und CO. HO besteht aus mehreren Isoformen: die induzierbare HO-1, die HO-2 und die noch nicht genau definierte HO-3. Das Hitzeschockprotein HO-1 kann durch verschiedene Stimuli, u.a. Hypoxie, Hormone, Endotoxine, Schwermetalle, freie Radikale und Häm, aktiviert werden. Es wurde gezeigt, dass Protoporphyrine, im besonderen Cobaltprotoporphyrin (CoPP), zu einer lang anhaltenden Hochregulation der HO-1-Expression führen. Zinkprotoporphyrin hingegen wirkt als starker Inhibitor. Ziel dieses Experimentes war es zu überprüfen, ob die protektiven Effekte der HO-1 auch mit einer verminderten Allotransplantat-Immunogenität in einem akuten Abstoßungsmodell der Ratte assoziiert sind. Dazu wurden Nieren von DA-Ratten in unbehandelte Lew-Ratten transplantiert. 24 Stunden vor Organentnahme wurde den Spendern CoPP (5mg/kg KG) zur Induktion der HO-1 bzw. ZnPP IX (20mg/kg/KG) zur HO-1 Inhibition intraperitoneal appliziert. Die Kontrollgruppe blieb unbehandelt. Die zu analysierenden Proben des Transplantates, der mesenterialen Lymphknoten, der Milz und des Blutes wurden am ersten bzw. dritten postoperativen Tag entnommen. Spenderspezifische MHC- Klasse II+-dendritische Zellen (DZ) wurden mittels haplotyp-spezifischen monoklonalen Antikörper durchflusszytometrisch (RT1ab, OX62+) bestimmt. Zusätzlich wurden relevante Oberflächenmarker (CD4/CD8+, ED1-Monozyten, MHC class II+, CD86+-DZ) immunhistochemisch quantifiziert. Die Anzahl alloreaktiver T-Zellen wurde im Elispot ermittelt. In der FACS-Analyse zeigten unbehandelte Kontrollen im Transplantat eine große Anzahl spenderspezifischer DZs am Tag 1 und 3. Die HO-1-Induktion konnte die Anzahl spenderabhängiger dendritischer Zellen im Transplantat signifikant reduzieren, während eine Blockade der HO-1 durch ZnPP diese Effekte nicht vollständig umkehren konnte. Obwohl die relative Anzahl der spenderspezifischen DZs in der Peripherie (Milz, LK, Blut) geringer war als im Transplantat, war auch hier eine signifikante Reduktion nach HO-1 Induktion zu beobachten. Die verminderte Anzahl spenderspezifischer DZs war mit einer signifikant reduzierten Anzahl IFN-[gamma]-produzierender alloreaktiver T-Lymphozyten assoziiert. In der immunhistochemischen Untersuchung fanden sich signifikante Unterschiede zwischen Kontroll- und CoPP-Gruppe in der Population der CD86+ (1.Tag) und der OX62+ Zellen (1. und 3.Tag) sowie der ED1+Monozyten/Makrophagen (1.Tag) im Transplantat. In unserem Versuch konnte somit gezeigt werden, dass eine einmalige Spenderbehandlung zur Induktion der HO-1 kurz vor der Organentnahme die Immunogenität des Transplantates reduziert. Dies wird durch eine verringerte Frequenz alloreaktiver T-Zellen in unseren Untersuchungen belegt. Eine reduzierte Anzahl spender-spezifischer dendritischer Zellen im Transplantat und in der Peripherie könnte eine verbesserte Transplantatfunktion nach HO-1 Induktion im Spender erklären.

In previous experiments, we have shown that donor treatment for the induction of heme oxygenase-1 (HO-1) prevented chronic rejection. Here, we wanted to investigate whether the protective effects of HO-1 are associated with decreased allograft immunogenicity. Kidneys from DA rats were transplanted into untreated LEW rats. Donor animals were treated with - CoPP (5mg/Kg i.p) 24 hours prior to organ harvesting to induce HO-1. Controls remained untreated or received - ZnPP (20mg/Kg, i.p) to block HO-1 induction. Analyses of grafts, spleens, lymphnodes (LN) and blood of LEW recipients were performed at days 1 and 3 post transplantation. Donor-specific MHC-class II + dendritic cells (DC) were determined by haplotype-specific mAb and flowcytometry (RT1ab, OX62+). Cell markers (CD4/CD8+ T cells, ED1+ monocytes, MHC class II+/ CD86+ DC) were measured by immunohistochemical staining. T-cell alloreactivity of recipient splenocytes was measured by ELISPOT. Untreated control grafts demonstrated high numbers of intragraft donor-specific DC by day 1 and 3. Induction of HO-1 significantly reduced the number of donor-specific DC, while blocking HO-1 with ZnPP reversed those effects (untreated controls and ZnPP-treated vs. CoPP-treated donors: p<0,01/day 1 and p<0,05/day 3. Reduced amounts of donor- derived DC in the CoPP group were associated with reduced frequencies of donor-specific T at day 1 (IFN-[gamma]+ cells/CD4+ T cells: p<0,01). Infiltration of CD8+ T cells by day 3 was significantly reduced in CoPP treated grafts (untreated controls: 115±7 vs. CoPP: 67±4, p<0,05). Intragraft OX-62+ DC were significantly reduced on day 1 following HO-1 induction (p<0,01). A single donor treatment for the induction of HO-1 shortly prior to organ harvesting reduced the immunogenicity of the graft, as shown by reduced frequencies of donor reactive T cells, and may explain the protective effect HO-1 on chronic graft deterioration.