Cấy ghép dị chủng: Những thách thức hiện tại và các giải pháp mới nổi

trừu tượng

Để giải quyết tình trạng thiếu nội tạng liên tục có sẵn để thay thế, cấy ghép tim, giác mạc, da và thận ngoại lai đã được thực hiện. Tuy nhiên, một trở ngại lớn mà cấy ghép ngoại lai phải đối mặt là sự đào thải do một chu kỳ phản ứng miễn dịch đối với mô ghép. Cả hệ thống miễn dịch thích ứng và bẩm sinh đều góp phần vào chu kỳ này, trong đó các tế bào giết người tự nhiên, đại thực bào và tế bào T đóng một vai trò quan trọng. Mặc dù những tiến bộ trong lĩnh vực chỉnh sửa gen có thể tránh được một số trở ngại này, nhưng các dấu ấn sinh học để xác định và dự đoán sự đào thải xenograft vẫn được chuẩn hóa. Một số dấu hiệu tế bào T, chẳng hạn như CD3, CD4 và CD8, rất hữu ích trong cả chẩn đoán và dự đoán thải ghép xenograft. Hơn nữa, sự gia tăng mức độ của các dấu hiệu DNA và microRNA lưu hành khác nhau cũng có thể dự đoán được sự đào thải xenograft. Trong bài đánh giá này, chúng tôi tóm tắt những phát hiện gần đây về những tiến bộ trong cấy ghép ngoại lai, tập trung vào từ lợn sang người, vai trò của miễn dịch trong đào thải ghép ngoại lai và các dấu ấn sinh học của nó.

Đào thải miễn dịch là phản ứng tự nhiên tồn tại trong cơ thể mỗi con người. Đó là cách cơ thể tự bảo vệ bằng cách loại bỏ các chất lạ có hại. Khi các tế bào hoặc cơ quan lạ được cấy ghép vào cơ thể con người, chúng thường được coi là chất có hại, khiến hệ thống miễn dịch tấn công. Đây là lý do tại sao sự đào thải miễn dịch có thể được chống lại bằng việc sử dụng thuốc chống đào thải.

Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây của chúng tôi đã chỉ ra rằng hệ thống miễn dịch không chỉ nhận biết và loại trừ các tế bào dị chủng mà còn tạo ra sự bảo vệ lâu dài chống lại các tế bào dị chủng này. Việc tạo ra phản ứng kháng thể này đạt được thông qua điều chế tế bào: tương tác tế bào và tiết ra các cytokine. Những phân tử và tế bào này giúp giảm đào thải đồng thời tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể đối với xenograft.

Do đó, chúng ta không chỉ có thể làm giảm sự đào thải miễn dịch mà còn có thể tăng khả năng miễn dịch bằng cách kích thích hệ thống miễn dịch. Điều này mang lại hy vọng cho cấy ghép ngoại lai. Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng các công cụ chỉnh sửa gen để thay đổi chức năng của hệ thống miễn dịch in vivo, nhằm thích ứng tốt hơn với việc cấy ghép các tế bào hoặc cơ quan dị loại.

Tóm lại, mối quan hệ giữa cấy ghép ngoại lai và miễn dịch là rất chặt chẽ. Bằng cách tìm hiểu sâu về cách hệ thống miễn dịch phản ứng, chúng ta có thể giảm thiểu sự đào thải miễn dịch trong quá trình cấy ghép và tăng sức đề kháng của cơ thể đối với các tế bào hoặc cơ quan lạ. Điều này không chỉ có thể thúc đẩy lịch sử y học, mà còn có thể mang lại cuộc sống cho nhiều người. Điều này cho thấy tầm quan trọng của khả năng miễn dịch đối với cơ thể con người. Cistanche có thể cải thiện đáng kể khả năng miễn dịch vì tro thịt chứa nhiều thành phần hoạt tính sinh học, chẳng hạn như polysacarit, hai loại nấm và Huang Li, có thể kích thích hệ thống miễn dịch. nhiều loại tế bào, làm tăng hoạt động miễn dịch của chúng.

Nhấp vào bổ sung cistanche Deserticola

từ khóa

Cấy ghép dị nhân, đào thải miễn dịch, dấu ấn sinh học chẩn đoán, dấu ấn sinh học dự đoán, chỉnh sửa gen, kháng nguyên xeno, cảm ứng dung nạp.

Giới thiệu

Tuổi thọ của con người được cải thiện trong những thập kỷ qua đã làm tăng tỷ lệ mắc các bệnh mãn tính ngày càng tăng1. Việc áp dụng ngày càng nhiều ghép tạng, phương pháp cuối cùng và điều trị dứt điểm cho suy tạng giai đoạn cuối đã dẫn đến sự chênh lệch về cung và cầu đối với loại tạng này1. Do đó, cấy ghép ngoại lai đã trở thành một giải pháp hấp dẫn để vượt qua trở ngại này2. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ định nghĩa cấy ghép ngoại lai là "bất kỳ quy trình nào liên quan đến cấy ghép, cấy ghép hoặc truyền vào người nhận (a) tế bào, mô hoặc cơ quan sống từ nguồn động vật không phải người, hoặc (b) dịch cơ thể người, các tế bào, mô hoặc cơ quan đã tiếp xúc ex vivo với các tế bào, mô hoặc cơ quan động vật không phải người còn sống"3. Hiện tại, việc sử dụng xenotransplant đã được báo cáo chủ yếu cho thận, tim, gan, da và giác mạc4.

Lợn là loài được lựa chọn để thu hoạch các cơ quan để cấy ghép ngoại lai, vì chúng có các cơ quan giải phẫu tương tự như con người và phù hợp để chỉnh sửa gen5. Chúng được lai tạo nhiều và thường xuyên được tiêu thụ, dọn đường cho quyết định đạo đức trong việc sử dụng nội tạng lợn để chữa bệnh cho người. Mặc dù sự khác biệt về gen giữa người và lợn lớn hơn so với các loài linh trưởng, nhưng việc sử dụng các bộ phận của linh trưởng là không bền vững vì lý do đạo đức và vì hầu hết các loài linh trưởng đều được coi là có nguy cơ tuyệt chủng5. Hơn nữa, các cơ quan của linh trưởng có khả năng cao mang vi-rút có thể lây nhiễm sang người5. Do đó, các kỹ thuật di truyền đã được phát triển để giảm sự khác biệt về di truyền của lợn và người1, mở đường cho việc sử dụng các cơ quan của lợn để cấy ghép ngoại lai. Thật vậy, các nghiên cứu gần đây đã mô tả hai trường hợp ghép thận thành công từ lợn cho bệnh nhân chết não6, và một nghiên cứu khác đã báo cáo một trường hợp ghép tim thành công từ lợn sang người7. Những bước đột phá này đã đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực cấy ghép ngoại lai.

Trở ngại chính mà cấy ghép ngoại lai phải đối mặt là các phản ứng miễn dịch. Mặc dù cơ chế đằng sau sự đào thải cấp tính (HAR) trong xenograft đã được xác định rõ, cơ chế đào thải tế bào cấp tính vẫn chưa được hiểu đầy đủ2. Việc xác định các cơ chế đằng sau sự đào thải tế bào trong cấy ghép ngoại lai có thể là chìa khóa cho sự tồn tại lâu hơn của các cơ quan được cấy ghép ngoại lai. Hơn nữa, không giống như cấy ghép đồng loại, thiếu dữ liệu về các dấu hiệu chẩn đoán và dự đoán tiêu chuẩn hóa của cấy ghép dị chủng8, điều này có thể cho phép giám sát chặt chẽ các ca cấy ghép dị chủng9. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét ngắn gọn lịch sử của cấy ghép ngoại lai, kháng nguyên ngoại lai là trở ngại và biến đổi gen để vượt qua những trở ngại này. Cuối cùng, chúng tôi sẽ làm nổi bật vai trò của miễn dịch tế bào được kích hoạt để đáp ứng với cấy ghép ngoại lai và mô tả các dấu hiệu miễn dịch được sử dụng để dự đoán và phát hiện thải ghép ngoại lai.

Sơ lược về lịch sử cấy ghép Xenotransplantation

Vào thế kỷ 17, trường hợp đầu tiên được báo cáo về cấy ghép dị chủng (và truyền máu) cho người được thực hiện bởi Jean-Baptiste Denis, người đã truyền máu của một con cừu non cho một cậu bé 15-tuổi bị sốt10. Denis sau đó tiếp tục truyền máu từ cừu và bê nhưng với kết quả khác nhau, vì vậy Nghị viện Pháp và Anh đã cấm truyền máu trong vài năm tới10.

Năm 1838, Sharp-Kissam thực hiện ca cấy ghép giác mạc đầu tiên bằng cách cấy ghép giác mạc lợn vào mắt của một 35-người đàn ông 11 tuổi. Vào thế kỷ 19, các nhà khoa học bắt đầu sử dụng xenograft da từ các loài động vật khác nhau, chẳng hạn như lợn, cừu, ếch, chim bồ câu và gà, làm băng sinh học12 và ghép da phôi bò làm băng da13.

Vào thế kỷ 20, Voronoff đã cố gắng "làm trẻ hóa" những người đàn ông lớn tuổi bằng cách tiến hành một số ca cấy ghép tinh hoàn của tinh tinh và khỉ đầu chó14 nhằm mục đích nâng cao mức năng lượng ở bệnh nhân. Vào những năm 1960, Reemtsma đã thực hiện 13 ca cấy ghép thận ngoại lai từ tinh tinh sang người, hầu hết đều thất bại trong vòng 4–8 tuần do bị đào thải hoặc nhiễm trùng, ngoại trừ một ca kéo dài 9 tháng mà không có dấu hiệu bị đào thải khi khám nghiệm tử thi15.

Ca cấy ghép tim đầu tiên được Hardy thực hiện vào năm 1964 với một trái tim của tinh tinh, quá nhỏ và thất bại trong vòng vài giờ14. Trong cùng thời đại, Starzl đã thực hiện ca cấy ghép dị loại gan đầu tiên được báo cáo với thành công hạn chế. Tuy nhiên, sau khi giới thiệu tacrolimus (một chất ức chế miễn dịch mạnh), ông đã thực hiện hai ca cấy ghép gan từ khỉ đầu chó sang người, với một bệnh nhân sống sót sau 70 ngày14,16. Tỷ lệ mắc bệnh tiểu đường loại-1 ngày càng tăng và sự tương đồng giữa insulin của lợn và người đã thúc đẩy sự cân nhắc về lợi ích của cấy ghép ngoại lai đảo nhỏ14. Vì vậy, vào năm 1993, Groth và cộng sự17 đã tiến hành cấy ghép ngoại lai đảo nhỏ đầu tiên từ lợn sang người nhưng không xác định được lợi ích lâm sàng nào.

Xenoantigens và di truyền

sửa đổi

Những nỗ lực ban đầu của việc cấy ghép ngoại lai từ lợn sang người đã bị cản trở bởi việc sản xuất kháng thể chống lại kháng nguyên galactose-1,3-galactose ( Gal)18. Khoảng 1 phần trăm các kháng thể tự nhiên của con người được hướng trực tiếp chống lại văn bia Gal và chịu trách nhiệm về HAR của các cơ quan lợn được tưới máu người18. Việc phát hiện ra văn bia Gal ở lợn đã dẫn đến việc thử nghiệm biểu hiện của nó ở nhiều loài động vật khác nhau. Năm 1988, Galili và cộng sự19 đã chứng minh rằng kháng thể kháng Gal liên kết với các tế bào có nhân khác nhau của động vật có vú không phải linh trưởng, prosimian và khỉ Tân thế giới, trong khi các nguyên bào sợi của người, vượn người và khỉ Cựu thế giới không biểu hiện biểu hiện Gal.

Những tiến bộ trong lĩnh vực chỉnh sửa bộ gen sau đó đã dẫn đến sự phát triển của lợn biến đổi gen để vượt qua sự đào thải miễn dịch1, đáng chú ý nhất là lợn Gal-knockout dị hợp tử (GKO) vào năm 2002 và lợn GKO đồng hợp tử vào năm 200320. Việc loại bỏ Gal đã làm tăng tỷ lệ sống sót của lợn tim lợn ở khỉ đầu chó trong 2–6 tháng và ngăn chặn được HAR21, nhưng không đủ để trốn tránh hoàn toàn hệ thống miễn dịch6, dẫn đến việc xác định thêm hai epitope không phải Gal làm mục tiêu của kháng thể: NeuGc và SDa22,23. Những kháng thể này có thể đã đóng một vai trò quan trọng trong việc từ chối cấy ghép ngoại lai thận từ lợn bị cạn kiệt Gal sang người6. Adams và cộng sự24 phát hiện ra rằng việc loại bỏ cả gen Gal và SDa đã kéo dài thời gian sống sót của mô ghép lên tới 435 ngày trong các ca cấy ghép từ lợn sang động vật linh trưởng. Nói chung, các kháng thể Gal, NeuGc và SDa chiếm hơn 95% các kháng thể được hình thành chống lại các tế bào lợn22,25 và có thể là những trở ngại lớn đối với sự tiến bộ của cấy ghép ngoại lai lâm sàng.

Tuy nhiên, các nghiên cứu mới nổi ở lợn bị loại bỏ Gal, NeuGc và SDa đã tiết lộ rằng bệnh đông máu do cấy ghép gây ra cũng cản trở sự thành công của cấy ghép ngoại lai và sự biểu hiện quá mức của các protein điều hòa đông máu của con người ở những người hiến tặng động vật có thể giải quyết vấn đề này1. Do đó, một trong những mục tiêu chính của điều biến gen đã trở thành điều chỉnh rối loạn chức năng đông máu ở người nhận mảnh ghép, chẳng hạn như thrombomodulin (TBM). TBM lợn không thể tương tác thành công với thrombin của con người, dẫn đến trạng thái tiền đông máu26. Điều quan trọng là, Miwa và cộng sự 27 đã phát hiện ra rằng sự biểu hiện của TBM ở người trong các tế bào nội mô động mạch chủ của lợn đã điều hòa thành công quá trình đông máu trong huyết tương người và ức chế hoạt hóa bổ thể do kháng thể gây ra. Hơn nữa, liệu pháp kháng thể kết hợp với biểu hiện TBM ở người ngăn ngừa thải ghép dịch thể và rối loạn điều hòa đông máu, đồng thời tăng khả năng sống sót của mảnh ghép hơn 900 ngày trong ca cấy ghép tim từ lợn sang khỉ đầu chó28.

Một mục tiêu ứng cử viên hấp dẫn khác cho điều biến gen là thụ thể protein-C nội mô (EPCR). Mặc dù EPCR của lợn tương thích với protein-C26 của người, Iwase et al.29 đã tìm thấy mối tương quan tích cực mạnh mẽ giữa việc giảm kết tập tiểu cầu của người và sự biểu hiện của EPCR của người trong các tế bào nội mô động mạch chủ của lợn. Cuối cùng, Wheeler và cộng sự30 đã chỉ ra rằng biểu hiện của CD39 ở người, vốn thủy phân ATP và ADP và ngăn ngừa sự hình thành huyết khối, ngăn ngừa tổn thương do thiếu máu cục bộ/tái tưới máu cơ tim ở lợn chuyển gen.

Các biến đổi gen khác cũng đang được nghiên cứu nhằm cố gắng nhắm mục tiêu vào con đường đào thải tế bào ghép dị chủng (CXR). Ví dụ, do tính không tương thích giữa SIRP- của người và CD47 của lợn (được thảo luận ở phần sau của bài viết), Tena và cộng sự31 đã sử dụng các tế bào tạo máu của lợn biểu hiện CD47 của người, làm tăng đáng kể khả năng thể khảm cấy ghép trong tủy xương người. Biểu hiện của CD47 ở người cũng dẫn đến khả năng sống sót kéo dài của mảnh ghép da lợn trên khỉ đầu chó, với một trường hợp không có dấu hiệu đào thải cấp tính trong 53 ngày32. Tóm lại, chỉnh sửa gen là chìa khóa để chuyển đổi thành công phương pháp cấy ghép ngoại lai vào môi trường lâm sàng.

Cảm ứng khoan dung trong cấy ghép Xenotransplantation

Người nhận mảnh ghép cần kết hợp liệu pháp ức chế miễn dịch chuyên sâu và nhiều nỗ lực giảm liều đã thất bại33. Do đó, các chiến lược tạo ra sự dung nạp hiện đang được phát triển để kéo dài thời gian sống sót của mô ghép và cuối cùng là ngừng liệu pháp ức chế miễn dịch34. Hiện tại, cấy ghép tuyến ức của người hiến tặng là phương pháp hiệu quả nhất để đạt được khả năng chịu đựng trong cấy ghép ngoại lai34. Các nghiên cứu đã chứng minh thời gian sống sót của thận ghép từ lợn sang khỉ đầu chó kéo dài hơn 6 tháng sau khi ghép thận và tuyến ức lợn GKO35,36. Ở người, Montgomery và cộng sự đã cấy ghép tuyến ức và thận lợn GKO vào hai bệnh nhân chết não; tuy nhiên, thời gian theo dõi quá ngắn để tuyến ức khẳng định tác dụng của nó. Tuy nhiên, tuyến ức vẫn có thể tái tạo mạch máu và duy trì cấu trúc bình thường.

Thể khảm tủy xương hỗn hợp (MBMW), bao gồm việc sản xuất cả tế bào gốc của người cho và tế bào gốc tự tạo máu của người nhận sau chế độ cấy ghép tế bào gốc không gây sẹo lồi, đã cho phép cấy ghép đồng loại bất kể rào cản HLA34. Mặc dù MBMW thành công trong các mô hình từ lợn sang chuột, nhưng việc nhân rộng các kết quả như vậy gặp khó khăn trong các nghiên cứu từ lợn sang động vật linh trưởng34,37. Ví dụ, Liang và cộng sự38 đã chứng minh rằng chỉ có 10 phần trăm MBMW từ lợn thành khỉ đầu chó dẫn đến việc cấy ghép thành công, với sự thất bại của việc cấy ghép liên quan đến việc tăng nồng độ IgG kháng Gal sau ghép. Nhìn chung, cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định hiệu quả của ghép tuyến ức và MBMW trong việc tạo ra sự dung nạp.

Kết quả mô học và hệ thống của thải ghép xenograft

Trong vòng vài phút đến vài giờ sau khi cấy ghép, mảnh ghép bị phá hủy bởi HAR, một quá trình được trung gian bởi các kháng thể Gal có sẵn1. Sự gắn kết của các kháng thể này dẫn đến hoạt hóa con đường bổ thể, gây ra sự ly giải của các tế bào nội mô1. Đáng chú ý, vì một lý do chưa rõ, tác động của sự suy giảm kháng thể và ức chế bổ thể nói chung hiệu quả hơn trong ghép tim và thận so với ghép phổi và gan39–41. Không giống như các loại đào thải khác, mảnh ghép không có chức năng khi chúng trải qua HAR39. Về mặt mô học, quá trình này được đặc trưng bởi xuất huyết ồ ạt và bổ thể, globulin miễn dịch và lắng đọng fibrin 39.

Đào thải xenograft thể dịch cấp tính (AHXR), còn được gọi là thải ghép xenograft chậm, có thể được bắt đầu bằng kháng thể Gal hoặc kháng thể được hình thành tự nhiên sau khi nhạy cảm với mảnh ghép39. Trong trường hợp thứ hai, các kháng thể có thể trực tiếp chống lại các kháng nguyên Gal hoặc không phải Gal, chẳng hạn như NeuGc và SDa39. Về mặt mô học, quá trình này giống với HAR; tuy nhiên, hoại tử và thâm nhiễm bạch cầu hạt xuyên thành mạch máu có thể xuất hiện 39.

Cuối cùng, CXR có thể xảy ra sau một thời gian trễ đáng kể sau khi cấy ghép ngoại lai. Trái ngược với HAR và AHXR, không quan sát thấy xuất huyết, lắng đọng fibrin và immunoglobulin. Sự lắng đọng bổ thể có thể được nhìn thấy nhưng thường ở cường độ thấp 39. Cơ chế của CXR sẽ được mô tả trong phần tiếp theo.

Về mặt hệ thống, ba biến chứng đặc trưng cho người nhận xenograft: bệnh phức hợp miễn dịch, rối loạn đông máu và nhiễm trùng. Do vai trò nổi bật của các kháng thể trong đào thải xenograft, sự tích tụ phức hợp miễn dịch có thể được nhìn thấy ở các cơ quan nhận khác nhau39. Sau khi cấy ghép xenotransplant từ lợn sang khỉ đầu chó, Holzknecht và cộng sự42 đã phát hiện ra sự lắng đọng C3 của khỉ đầu chó và yếu tố von Willebrand của lợn trong lá lách và gan của những người nhận phổi. Thật thú vị, những con khỉ đầu chó nhận được tim và thận của lợn không cho thấy sự lắng đọng như vậy. IgG và IgM của chuột cũng đã được tìm thấy trong cầu thận của chuột nhận sau khi cấy ghép gan giữa chuột đồng với chuột cống43.

Do rối loạn đông máu bất lợi được quan sát thấy ở những người nhận xenotransplant, bệnh vi mạch huyết khối (TMA) có thể phát triển như một biến chứng gây tử vong sau ghép dẫn đến huyết khối trong mạch và tổn thương do thiếu máu cục bộ1. Tóm lại, những người nhận mô ghép nhanh chóng tiến triển thành giảm tiểu cầu, phát triển các tế bào phiến thạch và có nồng độ lactate dehydrogenase44 cao. Với sự tiến triển của TMA, rối loạn đông máu tiêu hao toàn thân có thể phát triển dẫn đến tử vong cho người nhận45. Tuy nhiên, vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách nhanh chóng cắt bỏ xenograft, ức chế tiêu thụ thêm các yếu tố đông máu và cải thiện khả năng sống sót của người nhận45.

Cuối cùng, khả năng lây truyền mầm bệnh là mối quan tâm chính trong cấy ghép ngoại lai. Các mầm bệnh ở lợn nói chung có thể được chia thành bốn loại: mầm bệnh lây nhiễm cho người khỏe mạnh, mầm bệnh lây nhiễm cho người nhận cấy ghép người, mầm bệnh tương tự như mầm bệnh của người nhận cấy ghép người và mầm bệnh đặc hiệu ở lợn46. Các mầm bệnh thuộc loại thứ ba, chẳng hạn như virus cytomegalovirus ở lợn (PCMV) và adenovirus ở lợn, có liên quan đến các biến chứng hội chứng ở lợn và người nhận xenograft linh trưởng không phải người46. Ví dụ, PCMV chịu trách nhiệm về đông máu nội mạch lan tỏa, tiểu máu và giảm thời gian sống sót của mảnh ghép trong ca cấy ghép từ lợn sang khỉ đầu chó47,48.

Các mầm bệnh đặc hiệu ở lợn, chẳng hạn như retrovirus nội sinh ở lợn (PERV), là một lĩnh vực ngày càng được quan tâm do nguy cơ lây truyền thầm lặng và biến đổi gen46.

PERV tự tích hợp trong bộ gen của lợn và có thể được phân loại là PERV-A, PERV-B và PERV-C49. PERV-A và PERV-B có ở tất cả các loài lợn, trong khi PERV-C chỉ có ở một số loài nhất định50. PERV-A/C tái tổ hợp, được đặc trưng bởi khả năng sao chép hiệu giá cao, đã cho thấy khả năng lây nhiễm tế bào người50. Vì vậy, nên sàng lọc sự hiện diện của PERV-C và chỉ sử dụng lợn hiến tặng không có vi-rút50. Cho đến nay, không có tài liệu nào mô tả PERV trong các mô hình tiền lâm sàng từ lợn sang động vật linh trưởng và cấy ghép lâm sàng ở người, nhưng việc vô hiệu hóa vi-rút có thể được hoàn thành bằng cách sử dụng chỉnh sửa gen nếu cần49. Tóm lại, điều cần thiết là nghiên cứu thêm các cơ chế bỏ qua các biến chứng gây tử vong của TMA và rối loạn đông máu tiêu hao và phát triển các xét nghiệm sàng lọc các sinh vật truyền nhiễm tiềm năng.

Vai trò của miễn dịch tế bào trong thải ghép xenogen

Các phản ứng miễn dịch sau khi cấy ghép ngoại lai liên quan đến cả hệ thống thích nghi bẩm sinh và miễn dịch1. Mặc dù các tế bào chính tham gia vào quá trình thải ghép đồng loại là các tế bào lympho T gây độc tế bào, phản ứng ghép dị loại kích hoạt chủ yếu bạch cầu trung tính, tế bào giết người tự nhiên (NK) và đại thực bào51. Bạch cầu trung tính xâm nhập nhanh chóng vào cả mô ghép tế bào và cơ quan52,53. Sau khi kích hoạt, bạch cầu trung tính giải phóng các bẫy ngoại bào bạch cầu trung tính (NET), cấu trúc mạng gây ra thiệt hại thông qua việc tạo ra các loại oxy hóa phản ứng (ROS) và giải phóng các enzym tiêu hóa2,54,55. Hơn nữa, các đại thực bào nhận ra NET là các mẫu phân tử liên quan đến tổn thương (DAMP) gây ra sự giải phóng các cytokine và các dấu hiệu viêm (Hình 1A)54.

Nhiều nghiên cứu đã báo cáo sự xâm nhập của các tế bào NK trong xenograft, liên quan đến chúng trong việc đào thải xenograft51,56. Những tế bào này gây ra sự đào thải bằng cách gây độc tế bào trực tiếp hoặc gây độc tế bào phụ thuộc vào kháng thể (ADCC). Con đường trực tiếp được điều chỉnh chặt chẽ bởi các thụ thể kích thích và ức chế. Các thụ thể kích thích NK, chẳng hạn như nhóm sát thủ tự nhiên-2D (NKG2D) và protein liên kết UL16-của lợn-1 (pULBP-1), liên kết với phối tử lợn NKp44 và một phân tử không xác định, tương ứng57,58, dẫn đến việc giải phóng các hạt ly giải như granzyme và perforin (Hình 1B)59. Ngược lại, các thụ thể ức chế, thụ thể giống Ig sát thủ (KIR), bản phiên mã giống Ig-2 (ILT2) và CD94, không dễ dàng nhận ra kháng nguyên bạch cầu lợn-1 (SLA1), tương hợp mô chính của lợn phân tử phức hợp-1, làm giảm sự ức chế NK trong xenograft58. Trong con đường ADCC, các kháng thể lắng đọng trên bề mặt tế bào xenograft được các tế bào NK nhận ra thông qua tương tác với FcRs1. Sau khi kích hoạt, các tế bào NK giải phóng granzyme và perforin, dẫn đến quá trình tự hủy của các tế bào được nhắm mục tiêu. Hơn nữa, các tế bào NK nhận ra các kháng thể chống SLA1, kích hoạt con đường ADCC (Hình 1C)25.

Đại thực bào cũng có liên quan đến việc loại bỏ các mảnh ghép tế bào và mảnh ghép cơ quan60. Peterson et al.61 đã chỉ ra rằng Gal xenogene là một phối tử trực tiếp cho các tế bào đơn nhân của con người. Ngoài ra, các phức hợp miễn dịch của tế bào lợn với các kháng thể ngoại sinh như kháng thể kháng Gal liên kết với thụ thể Fc (Fc R) và tạo ra tín hiệu kích hoạt62. Sau khi được kích hoạt, các đại thực bào góp phần vào một vòng luẩn quẩn của sự phá hủy xenograft, nơi chúng được kích hoạt bởi các tế bào T và đến lượt nó, kích hoạt nhiều tế bào T hơn63. Hơn nữa, đại thực bào gây độc tế bào trực tiếp thông qua việc sản xuất các cytokine, chẳng hạn như yếu tố hoại tử khối u (TNF)- , interleukin-1 (IL-1) và IL-6 (Hình 1D)64 . Liên quan đến phản hồi ức chế, con đường protein điều hòa tín hiệu (SIRP-)-CD47 là một yếu tố điều chỉnh quan trọng đối với hoạt động của đại thực bào1,65. Con đường CD47 đã được chứng minh là điều chỉnh cân bằng nội môi của hồng cầu, tiểu cầu và tế bào gốc tạo máu66. CD47 được SIRP-a công nhận là tín hiệu "không ăn", do đó ức chế hoạt động thực bào65, một tín hiệu được các tế bào ung thư sử dụng để trốn tránh sự giám sát miễn dịch. Tuy nhiên, Wang et al.67 đã báo cáo về sự không tương thích giữa các loài của CD47 sau khi cấy ghép ngoại lai, dẫn đến sự ức chế không hiệu quả của đại thực bào.

Giống như trong cấy ghép đồng loại, kích hoạt tế bào T được thực hiện qua trung gian trong quá trình thải ghép xenograft thông qua các con đường trực tiếp và gián tiếp1,68. Thông qua con đường trực tiếp, sự tương tác giữa các phức hợp SLA-1 và -2 với các thụ thể tế bào T dẫn đến kích hoạt phản ứng miễn dịch thích ứng chống lại xenograft (Hình 1E)1. Theo con đường gián tiếp, sự trình diện của các kháng nguyên ngoại gen bởi các tế bào nhận dẫn đến việc kích hoạt CD4 cộng với các tế bào T, kích hoạt một loạt sản xuất kháng thể và kích hoạt tế bào B (Hình 1F)1. Cuối cùng, các cytokine được tạo ra thông qua cơ chế này giúp tăng cường đáng kể khả năng gây độc tế bào của tế bào NK và đại thực bào69.

Như đã đề cập ở trên, các tế bào B đóng một vai trò trong việc loại bỏ xenograft. Sự suy giảm tế bào B làm tăng thời gian sống sót thêm 8 tháng sau khi cấy ghép tim từ lợn sang khỉ đầu chó, cho thấy vai trò quan trọng của tế bào B trong thải ghép xenotransplant, cụ thể là, làm chậm thải ghép xenotransplant70. Các tế bào B tạo ra kháng thể chống Gal nhắm vào các kháng nguyên Gal biểu hiện trong các mô lợn71 và liên kết với kháng nguyên của nó, dẫn đến sự hình thành phức hợp. Thật vậy, sự cạn kiệt của kháng thể chống Gal dẫn đến kết quả thuận lợi hơn, liên quan nhiều hơn đến các tế bào B trong việc từ chối cấy ghép ngoại lai71–73. Các đặc điểm kiểu hình của các tiểu quần thể tế bào B sản xuất kháng thể chống Gal ở người không được xác định 72. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tế bào B lách tạo ra kháng thể chống Gal, trong khi các tế bào B màng bụng thì không, mặc dù chúng có biểu hiện kháng thể chống Gal. Các thụ thể -Gal 73. Kết luận rằng, cả hệ thống miễn dịch bẩm sinh và hệ thống miễn dịch thích ứng đều đóng một vai trò quan trọng trong việc thải ghép xenotransplant.

Dấu ấn sinh học của thải ghép xenograft

Việc thiếu tiêu chuẩn hóa giữa các phương pháp được sử dụng để theo dõi thải ghép xenograft dẫn đến nhu cầu cấp thiết là xác định các dấu hiệu có thể được sử dụng để chẩn đoán và dự đoán thải ghép8. Như được liệt kê trong Bảng 1, Montgomery và cộng sự.6 đã quan sát thấy sự lắng đọng C4d cục bộ sau 54 giờ sau ghép thận từ lợn sang người nhưng không có dấu hiệu mô học hoặc miễn dịch quan trọng nào khác của tổn thương qua trung gian kháng thể. Zhou et al.8 cũng phát hiện ra rằng CD68 cộng với đại thực bào và một số tế bào CD3 cộng với tế bào T đã xâm nhập vào mô hình ghép từ lợn sang chuột vào ngày thứ 3 sau khi cấy ghép.

Cho rằng các tế bào NK là một loại tế bào xâm nhập chính được xác định trong xenografts51,56,81, Lin và cộng sự.74 đã sử dụng các dấu hiệu như NK1.1 và DX5 để xác định các tế bào NK trong các mô hình từ lợn sang chuột. Bằng cách sử dụng xét nghiệm ADCC đã được sửa đổi, Chen và cộng sự76 đã phát hiện ra rằng thụ thể giống như toll-like-2 (TLR2) mRNA và protein cũng được điều chỉnh tăng trong các tế bào nội mô động mạch chậu lợn sau khi tiếp xúc với huyết thanh người. Hơn nữa, mức độ của các chemokine tiền viêm ở lợn CCL2 và CXCL8 cũng tăng lên thông qua con đường trung gian TLR2-76. Những phát hiện này cho thấy rằng việc phong tỏa TLR2 có thể kéo dài thời gian tồn tại của xenograft.

Sinh thiết mảnh ghép có thể gây nhiễm trùng, để lại sẹo hoặc gây đào thải thông qua kích hoạt miễn dịch sau chấn thương75. Do đó, điều quan trọng là phải xác định các dấu hiệu đào thải không xâm lấn để áp dụng trong cấy ghép ngoại lai lâm sàng. Montgomery và cộng sự.6 đã phát hiện các kháng thể IgM và IgG trực tiếp chống lại các kháng nguyên không phải- -Gal trong huyết thanh của bệnh nhân ghép thận từ lợn sang người. Bởi vì IgM bị giới hạn trong không gian mạch máu, nên về mặt lý thuyết, việc loại bỏ nó thông qua quá trình lọc huyết tương có thể được kết hợp trong các thử nghiệm cấy ghép ngoại lai trong tương lai liên quan đến con người6.

DNA lưu thông được giải phóng khi tế bào chết hoặc chết theo chương trình, đây được coi là những phát hiện kinh điển trong cấy ghép ngoại lai8. Sự giải phóng DNA đặc hiệu của lợn (cDNA) lưu hành phản ánh sự xâm nhập của các tế bào miễn dịch trong mảnh ghép và tạo ra trước khi sản xuất kháng thể IgM/IgG kháng lợn trong các mô hình từ lợn sang chuột8. Hơn nữa, cpsDNA cũng cung cấp các kết quả có thể so sánh được ở khỉ, cho thấy tính khả thi tiềm năng trong môi trường lâm sàng8. Tương tự, mức DNA tự do tế bào (cfDNA) cũng tương quan với tổn thương mô trong mô hình xenograft 77.

Mặc dù dữ liệu liên quan đến microRNA dành riêng cho cơ quan (miRNA) trong cấy ghép ngoại lai vẫn còn hạn chế, nhưng chúng đã cho thấy khả năng sử dụng đầy hứa hẹn như là dấu ấn sinh học của sự đào thải78. Trong một mô hình lợn bị suy gan cấp tính, nồng độ huyết tương của các miRNA khác nhau có nguồn gốc từ lợn, bao gồm ssc-miR-122, ssc-miR-192 và ssc-miR-124-1, được liên kết với nhau. lần lượt bị tổn thương gan, thận và não82. Hầu hết các miRNA được bảo tồn giữa các loài, hạn chế việc sử dụng chúng trong lĩnh vực cấy ghép ngoại lai78,83. Tuy nhiên, một số miRNA, chẳng hạn như SSC-miR-199 b dành riêng cho lợn, có thể hữu ích vì chúng có thể được phân biệt với đối tác của con người và được biểu hiện ở gan, tim và phổi78.

Một nghiên cứu cũng quan sát thấy mức độ gia tăng của miR-146a và miR-155 trong cấy ghép ngoại lai tim và đánh giá hiệu quả của điều trị ức chế miễn dịch đối với biểu hiện của chúng trong mô hình cấy ghép ngoại lai tim từ chuột sang chuột. So với động vật bị ức chế miễn dịch, Zhao và cộng sự79 nhận thấy mức độ miR-146a giảm đáng kể và sự gia tăng biểu hiện miR-155, những thay đổi dẫn đến tình trạng tiền viêm ở người nhận. Đáng chú ý, miR-146a đóng vai trò ức chế tình trạng viêm bằng cách nhắm mục tiêu vào các con đường NF-κB khác nhau84 và miRNA-155 cũng đã được báo cáo là yếu tố thúc đẩy biểu hiện TNF-85. Nói chung, những phát hiện này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về tiềm năng sử dụng miRNA làm dấu ấn sinh học và mục tiêu của liệu pháp miễn dịch can thiệp RNA.

Một nghiên cứu gần đây ở các loài linh trưởng không phải người cũng báo cáo mức độ C3 tăng cao trong thủy dịch trước khi bị đào thải80. Cuối cùng, tỷ lệ CD4 cộng với /CD8 cộng với tế bào máu cao có tương quan với thời gian sống sót của mô ghép ngắn hơn trong các ca cấy ghép đảo nhỏ từ lợn sang người không phải người86. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu sâu hơn để đánh giá độ nhạy và độ đặc hiệu của bất kỳ dấu hiệu được đề xuất nào.

Phần kết luận

Trước tình trạng thiếu nội tạng gần đây, cấy ghép ngoại lai có thể cung cấp một giải pháp rất cần thiết cho những bệnh nhân cần cấy ghép nội tạng. Về mặt lịch sử, trở ngại lớn đối với việc cấy ghép dị chủng từ các nguồn lợn là sự hiện diện của văn bia Gal. Tuy nhiên, điều biến gen cho phép phát triển các mô hình lợn không có biểu tượng này. Tiến bộ này đã kéo dài thời gian tồn tại của xenograft ở người và chiếu sáng các epitope khác, chẳng hạn như NeuGc và SDa, gây ra sự đào thải miễn dịch. Do đó, các nghiên cứu nhằm xác định các cơ chế miễn dịch dẫn đến đào thải. Các tế bào NK, đại thực bào và tế bào T đã được xác định là những nhân tố chính trong vai trò then chốt của hệ thống miễn dịch trong việc đào thải các mảnh ghép ngoại lai

Hơn nữa, các phương pháp được sử dụng để xác định sự từ chối cấy ghép ngoại lai dựa trên các phương pháp được sử dụng trong cấy ghép đồng loại do thiếu tiêu chuẩn hóa. Các dấu hiệu tế bào T, chẳng hạn như CD3, CD4 và CD8, có vẻ hứa hẹn là dấu hiệu từ chối dự đoán và chẩn đoán. Các dấu hiệu tổn thương tế bào, chẳng hạn như cpsDNA và cfDNA, cũng đã được xác định là dấu hiệu sinh học tiên đoán sớm của sự đào thải. Nhiều miRNA khác nhau cũng đã được công nhận là dấu hiệu đào thải và là mục tiêu khả thi để phát triển các chiến lược trị liệu miễn dịch mới. Cuối cùng, việc phát hiện các kháng thể không phải- -Gal IgG và IgM gần đây đã được sử dụng làm chất đánh dấu thải ghép thận từ lợn sang người. Với những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực này, cấy ghép ngoại lai cuối cùng có thể trở thành một lựa chọn lâm sàng khả thi. Tuy nhiên, cần tiến bộ hơn nữa để khắc phục các biến chứng của TMA và rối loạn đông máu do tiêu hao. Hơn nữa, cần có nhiều nghiên cứu hơn để so sánh các dấu hiệu khác nhau và xác định dấu hiệu đào thải "tiêu chuẩn vàng" trong cấy ghép ngoại lai.

Phê duyệt đạo đức

Bản thảo này là một bài báo đánh giá và không liên quan đến bất kỳ vấn đề đạo đức nào. Tất cả các tác giả đã xem xét và phê duyệt phiên bản cuối cùng của bản thảo.

Tuyên bố về Quyền Con người và Động vật

Nghiên cứu này không liên quan đến bất kỳ đối tượng con người hoặc động vật nào.

Tuyên bố về sự đồng ý có hiểu biết

Bài viết này không liên quan đến bất kỳ đối tượng nào là con người và do đó, sự đồng ý có hiểu biết không được áp dụng.

Tuyên bố về xung đột lợi ích

(Các) tác giả đã tuyên bố những xung đột lợi ích tiềm ẩn sau đây liên quan đến nghiên cứu, quyền tác giả và/hoặc xuất bản bài viết này: Tiến sĩ Lerman là cố vấn cho AstraZeneca, CureSpec, Butterfly Bioscatics, Beren Therapeutics và Ribocure Pharmaceuticals. Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.

Kinh phí

(Các) tác giả tiết lộ đã nhận được hỗ trợ tài chính sau cho nghiên cứu, quyền tác giả và/hoặc xuất bản bài viết này: Công trình này được hỗ trợ một phần bởi các số trợ cấp của NIH: DK120292, DK122734, HL158691 và AG062104.

Người giới thiệu

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Cấy ghép Xenotransplantation: hiện trạng trong nghiên cứu tiền lâm sàng. Miễn dịch phía trước. 2020;10:3060.

2. Maeda A, Kogata S, Toyama C, Lo PC, Okamatsu C, Yamamoto R, Masahata K, Kamiyama M, Eguchi H, Watanabe M, Nagashima H, et al. Phản ứng miễn dịch tế bào bẩm sinh trong cấy ghép ngoại lai. Miễn dịch phía trước. 2022;13:858604.

3. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ. Xenotransplantation. 2021. Truy cập ngày 21 tháng 6 năm 2022. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

4. Cooper DKC, Gaston R, Eckhoff D, Ladowski J, Yamamoto T, Wang L, Iwase H, Hara H, Tector M, Tector AJ. Cấy ghép dị chủng—Hiện trạng và triển vọng. Anh Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Groth CG. Những lợi thế tiềm năng của việc cấy ghép nội tạng từ lợn sang người: Quan điểm của bác sĩ phẫu thuật cấy ghép. Ấn Độ J Urol. 2007;23(3): 305–309.

6. Montgomery RA, Stern JM, Lonze BE, Tatapudi VS, Mangiola M, Wu M, Weldon E, Lawson N, Deterville C, Dieter RA, Sullivan B, et al. Kết quả 2 trường hợp ghép thận lợn sang người. N Engl J Med. 2022;386(20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Ca ghép tim đầu tiên từ lợn sang người đánh dấu một cột mốc quan trọng trong cấy ghép ngoại lai. Vòng tuần hoàn. 2022;145(25): 1870–71.

8. Zhou M, Lu Y, Zhao C, Zhang J, Cooper DKC, Xie C, Song Z, Gao H, Qu Z, Lin S, Deng Y, et al. Lưu hành DNA đặc hiệu của lợn như một dấu ấn sinh học mới để theo dõi thải ghép xenograft. Xenotransplantation. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Cấy ghép tim. Curr Opin Cấy ghép Nội tạng. 2017;22(6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Xenotransfusions, quá khứ và hiện tại. Xenotransplantation. 2007;14(3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, và nhựa dẻo ở người. Vòm nhãn khoa. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Một lịch sử ngắn gọn của xenotransplantation lâm sàng. Int J Phẫu thuật. 2015;23(Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Cotton C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Nghiên cứu thử nghiệm sơ bộ về ghép da phôi bò. Ghép Bull. 1957;4(1): 25–26.

14. Hợp tác xã ĐKC. Sơ lược về lịch sử cấy ghép nội tạng giữa các loài. Proc. 2012;25(1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Xenotransplantation thận: tiến bộ thử nghiệm và triển vọng lâm sàng. Thận Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com