Nature子刊:摆脱抗排斥药物,器官移植有了新希望?

采薇 采薇 来源:医药魔方
2019-08-12
免疫排斥

几十年来,免疫学家一直尝试“训练”受者的免疫系统接受移植细胞或器官而不需长期使用抗排斥药物。最近,来自明尼苏达大学的一项临床前研究表明,这是可能的。

 

8月2日,在 Nature Communications 上发表的一项研究中,该校外科系的研究人员与西北大学的同事合作证明,给接受胰岛移植的恒河猴输注供体凋亡白细胞(apoptotic donor leukocytes, ADLs),即使在移植后第21天停用了所有抗排斥药物,其移植物仍能维持长期存活和功能。这些发现是从严格的非人灵长类动物临床前研究中获得的,离人类只有一步之遥。

 

图片来源:Nature  Communications

 

对于许多终末期器官衰竭患者来说,移植是唯一有效的治疗选择。为了防止移植排斥反应,受者必须长期服用抑制机体免疫系统的药物。然而,这类药物非特异性地抑制所有免疫系统,导致服药的患者面临严重感染甚至患癌风险。

 

此外,免疫抑制的非免疫性副作用,如高血压、肾毒性、腹泻和糖尿病,大大削弱了移植的益处。而且尽管免疫抑制药物在短期内能有效地预防排斥反应,但长期效果要差得多,这可能导致许多受者的移植物失功。因此,在移植领域,诱导一种持久稳定无需药物的免疫耐受将有助于解决这些迫切的问题。

 

早在65年前,Peter Medawar通过发表在 Nature 上并获得诺贝尔奖的文章首次发现并证明了获得性免疫耐受现象。然而,尽管该发现意义重大,却只有少数患者通过造血干细胞混合嵌合体成功诱导免疫耐受,而这种治疗方案往往需要大剂量的照射和化疗,具有较大的危险性和较多并发症。

 

Peter Medawar 首次发现获得性免疫耐受现象。

(图片来源:Nature)

  

凋亡是机体免疫状态保持平衡和稳定的重要作用机制。凋亡细胞对免疫系统具有主动调节作用。注射供体凋亡白细胞(ADLs)是一种可以诱导移植物供体抗原特异性耐受的极具前景的非嵌合治疗方案。经化学交联剂乙基碳二亚胺(ECDI)体外处理的白细胞经静脉注射后会迅速凋亡。

 

已有研究证明,在小鼠同种异体移植模型中,静脉注射ECDI处理的供体凋亡脾细胞可有效诱导对皮肤、胰岛以及心脏移植物的抗原特异性耐受。

 

在本研究中,明尼苏达大学外科系教授 Bernhard J. Hering 等人证明了恒河猴在短暂免疫抑制下接受两次ADLs注射后对同种异体胰岛移植物具有稳定的耐受性,这大大扩展了ECDI处理的供体脾细胞在小鼠同种异体移植物中的研究发现。

 

实验涉及的A、B、C三组恒河猴的详细信息(数量、ID号、诱导糖尿病状况、同种异体胰岛移植状况、ADLs注射与否、DRB匹配状态等)如下表所示。

 

A、B、C 组恒河猴详细信息。STZ:链脲佐菌素;Immunosuppr. : 免疫抑制;DSA: 供体特异性抗体。(图片来源:Nature Communications) 


首先,在A组恒河猴中,研究者观察到持久的免疫耐受性与供体特异性T和B细胞克隆的耗竭有关,主要表现为:短期免疫抑制下,注射ADLs后,循环的骨髓来源的抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)显著增加(下图b);Ki67+CD4+T细胞、Ki67+CD8+T细胞和CD20+B细胞先增加后降低,在第二次注射ADLs后几乎完全消失(下图c);分泌IFN-γ的 CD4+T 细胞显著下降,而分泌IL-10的CD4+T细胞保持不变(下图d);供者特异性的CD4+(下图e)、CD8+(下图f)和CD20+(下图g)细胞增殖显著下降。

对这些恒河猴VDJ区的克隆型分析表明,大约30个T细胞克隆的频率在ADLs注入后发生了改变。


进一步深入的单细胞转录组测序等实验数据与上述结果一致表明,注射ADLs引起了供体特异性T细胞和B细胞的扩增,随后减少。

 

凋亡供体白细胞(ADLs)诱导供体特异性T和B细胞的扩增失败。(图片来源:Nature Communications)

 

接下来,研究证明了ADLs能促进恒河猴模型中稳定的胰岛移植耐受。

 

实验结果显示,所有C组恒河猴在移植后的365天内都表现出对同种异体胰岛移植物的耐受性(下图a,b)。其中ID为13EP5的恒河猴在移植后血糖立即变为正常,即使在第21天停止免疫抑制和外源性胰岛素后仍然如此(下图c);糖化血红蛋白(HbA1c)水平在移植后变为正常,并保持到第360天(下图d);体重在移植后持续增加(下图e),且在其他C组猴子中也能观察到该现象,这与治疗方案的总体安全性一致。

 

此外,C组恒河猴的尸检显示,移植的肝内胰岛显示强烈的胰岛素染色阳性(下图i)而原生胰腺中没有显示胰岛素阳性胰岛β细胞(下图j),这表明移植后的血糖正常是由于移植物发挥功能,而不是链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病症缓解所致。

 

输注凋亡供体白细胞(ADL)有助于胰岛移植物的稳定耐受。(图片来源:Nature Communications)

 

有趣的是,研究人员发现,移植后1年没有被处死,ID为15CP1的C组恒河猴在免疫抑制停止后,其胰岛移植物功能仍持续2年以上。尸检时,组织病理学证实其中无排斥的胰岛移植物存活,而原生胰腺中没有胰岛素阳性β细胞。相比之下,B组(对照组)中ID为15CP3的恒河猴(未注射ADLs)虽然在移植后血糖变正常,但4个月后移植物功能明显恶化。尸检可见少量胰岛素阳性的胰岛β细胞被单核细胞严重浸润,证实为排斥反应。

 

最后,研究还表明ADLs能抑制效应细胞的增殖和功能并扩展抗原特异性调节网络,一些免疫细胞亚群,包括抗原特异性Tr1细胞,参与免疫调节,抑制移植后供体反应性T细胞的扩增及其向移植物的募集。

 

与目前正在研究的其他基于细胞的耐受方案不同,该研究的方案不需要调节细胞的过继转移;相反,在短期免疫抑制下,移植前后注射ADLs能在体内建立有效且持久的免疫调节。在安全性方面,与混合嵌合方案不同,该方案能有效诱导稳定的免疫耐受而不需要照射和不加选择的广泛性T细胞消除。

 

总结来说,这项研究证明了在短期免疫治疗下,移植围手术期两次静脉注射ADLs可以安全地诱导恒河猴胰岛移植物长期免疫耐受(≥1年),并指出了首个临床上适用的非嵌合移植耐受途径。

 

这些发现对实现临床移植耐受具有重要意义,或将打开移植医学的全新时代。试想,如果不需要长期使用抗排斥药物,胰岛细胞移植可能成为许多1型糖尿病患者的治疗选择,真正为治愈该疾病带来希望。

 

相关论文:

[1] Amar Singh, et al. Long-term tolerance of islet allografts in nonhuman primates induced by apoptotic donor leukocytes. Nature Communications (2019).

 

参考资料:

1# Researchers remove the need for anti-rejection drugs in transplant recipients

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