Duale Wirkung einer Empfänger- und Spendertherapie mit dem p75 TNFR:Fc Fusionsprotein Etanercept auf die Langzeitfunktion marginaler Nierentransplantate im Rattenmodell

Abstract

Die Transplantation ist mittlerweile als Therapie der Wahl bei vielen terminalen Organerkrankungen etabliert. Während die 1-Jahresüberlebensrate sich stetig verbessert, bleibt die chronische Transplantatdysfunktion ein Hauptproblem der Langzeitschädigung und des Organverlustes. Die chronische Abstoßung beruht auf einem multifaktoriellen Geschehen mit maßgeblicher Beteiligung Alloantigen-abhängiger Faktoren, wie akute Abstoßungsepisoden und Alloantigen-unabhängiger Faktoren, wie der Ischämie-/Reperfusionsschaden und der Hirntod. TNF-alpha als ein proinflammatorisches und proapoptotisches Zytokin, welches über einen NF-kappaB vermittelten Signalweg exprimiert wird, spielt hierbei eine wichtige Rolle. Unter der Annahme, dass eine Blockade von TNF-alpha mit dem p75 TNFR:Fc Fusionsprotein Etanercept einen günstigen Effekt auf den I/R-Schaden und die Langzeitfunktion von Nierentransplantaten hat, führten wir folgende Versuche durch. In einem etablierten Modell der chronischen Abstoßung (Fisher-Lewis) mit verlängerter kalter Ischämie (4h) erhielten die Tiere alternativ eine Empfängerbehandlung (24h nach NTx) oder eine Spendervorbehandlung (2h vor Explantation) mit einer Einmaldosis Etanercept. Ergänzend untersuchten wir in einem Kurzzeitversuch (10d) die Wirkung einer Spendervorbehandlung 2h nach graduell induziertem Hirntod mit anschließender NTx. Nach einer Beobachtungszeit von 6 Monaten führte die Empfängerbehandlung zu einer signifikanten Verbesserung des Überlebens und der Organfunktion; die Spendervorbehandlung zeigte nur tendenziell einen günstigeren Effekt auf die Langzeitfunktion der Transplantate. Unerwartet war die nachteilige Auswirkung einer Spendervorbehandlung im Hirntodmodell. Um die weniger ausgeprägte bis nachteilige Wirkung einer Spendervorbehandlung mit Etanercept zu erklären, zogen wir das Modell der dualen Rolle von TNF-alpha heran. Hohe TNF-alpha Konzentrationen könnten die proinflammatorische Wirkung des Zytokins begünstigen, niedrigere TNF-alpha Konzentrationen könnten hingegen eine über NF-kappaB induzierte antiapoptische Geninduktion mit zytoprotektiven Effekten bewirken. Zur weiteren Untersuchung dieser protektiven Wirkung von TNF-alpha bestimmten wir die NF-kappaB-Aktivität in einem renalen I/R-Modell. Eine Spendervorbehandlung mit Etanercept erfolgte 2h vor einer jeweils einstündigen warmen oder kalten Ischämiezeit. Nach 30-minütiger Reperfusion wurde die renale NF-kappaB-Aktivität mittels EMSA bestimmt. Bezogen auf unsere nur tendenziell verbesserten Ergebnisse nach Spendervorbehandlung von Lebendspendern mit verlängerter kalter Ischämie, blieb die NF-kappaB-Aktivität in kalter Ischämie nahezu unverändert. Eine signifikante Reduktion der NF-kappaB-Aktivität wie sie dagegen in warmer Ischämie gezeigt wurde, könnte mit dem im Hirntodmodell beobachteten nachteiligen Effekt korrelieren. Unsere Ergebnisse verdeutlichen, dass der therapeutische Effekt einer TNFR:Fc Etanercept Behandlung entscheidend vom Zeitpunkt der Applikation und darüber hinaus von der Ischämieform abhängt.

During the past decades, organ transplantation has been established as the primary treatment for many end stage diseases. While short-term outcome has been steadily improved, chronic allograft dysfunction remains a major cause of long-term graft deterioration and graft loss. Chronic rejection is a multifactorial process including alloantigen-dependent factors such as acute rejection and alloantigen-independent factors like ischemia/reperfusion injury (I/R) and brain death (BD). TNF-alpha as a proinflammatory and proapoptotic cytokine is involved in acute and chronic rejection and has also been identified as a significant mediator in I/R injury and during the cause of brain death. Specifically, induction of TNF-alpha via NF-kappaB mediated signalling is sustained by a positive feedback mechanism. Hence, we hypothesized that blockade of TNF-alpha by p75 TNFR:Fc fusion protein Etanercept will have beneficial effects on I/R injury and improve long-term graft outcome. For this purpose, the effects of donor and recipient treatment with Etanercept on long-term function of renal allografts undergoing prolonged cold ischemia time (CIT 4hrs) were studied in an established rat model of chronic rejection (Fisher to Lewis). Recipients were treated 24hrs after NTx and donors 2hrs before explantation, respectively, with a single shot of Etanercept. Additional, in a short-term experiment the effects of donor pretreatment with Etanercept were studied in BD donors 2hrs after induction of brain death. At 6 months after transplantation a significantly improved long- term graft survival and organ function was observed in treated recipients. However, treatment of donors with Etanercept had minor impact on graft function. Surprisingly, adverse effects of Etanercept pretreatment were observed in grafts from brain dead donors. To explain the less pronounced or potentially damaging effect of Etanercept following pretreatment of living and brain dead donors we suggested a dual role of TNF-alpha. Higher TNF-alpha levels might be associated with adverse effects on graft immunogenicity, while lower levels of TNF-alpha may exert cytoprotective effects via NF-kappaB induced antiapoptotic gene induction. In order to further dissect the protective effect of TNF-alpha, NF-kappaB-activity was measured in a renal I/R-model. After application of Etanercept 2hrs before kidney clamping, a period of warm or cold ischemia (1hrs) with a subsequent reperfusion period of 30min followed. Grafts were procured and NF-kappaB-activity was assessed using EMSA. According to our less beneficial findings in pretreated living donors with prolonged CIT, NF-kappaB-activity remained almost unchanged after a period of cold ischemia. In contrast, significant reduction of NF-kappaB- activity in warm ischemia may correlate with the observed harmful in vivo effects of Etanercept in brain dead donors. In summary our results demonstrate that the therapeutic effect of TNFR:Fc Etanercept is depending on the time of application and, beyond that, on the form of ischemia.