Interaktionen der adaptiven und angeborenen Immunität während der Pathogenese der chronischen Abstoßung experimenteller Lungentransplantate

Abstract

Das Langzeitüberleben von Patienten nach einer Lungentransplantation wird stark durch das Bronchiolitis obliterans Syndrom (BOS) limitiert. Akute Transplantatabstoßungsepisoden und Infektionen der Atemwege sind wesentliche Risikofaktoren für die Entstehung des BOS. Die Etablierung eines neuen experimentellen Modells in der Ratte sollte eine Grundlage für die Untersuchung der Pathogenese von BOS liefern. Nach einer allogenen (Fischer 344 -> Lewis, F344 -> LEW), orthotopen, linksseitigen Lungentransplantation und zehntägiger Immunsuppression mit Ciclosporin, erhalten die Ratten eine intratracheale Instillation von Lipopolysaccharid (LPS) am Tag 28. Das führt zur Entwicklung histopathologischer Anzeichen von BOS - Fibrose, Gefäßremodeling und BO - bis zum Endpunkt der Untersuchung (Tag 90). Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung von Unterschieden zwischen isogenen (LEW -> LEW) und allogenen (F344 -> LEW) Lungentransplantaten am Tag 28 nach Lungentransplantation vor der Instillation von LPS. Dazu wurden die Transplantate histologisch auf für BOS beschriebene Veränderungen (Fibrose (Azan), Gefäßremodelling (alphaSMA, Orcein) untersucht und mit verschiedenen Antikörpern gefärbt, um Immunzellen (ED1, ED2, R73) und Progenitorzellen (Antikörper gegen Nestin) zu identifizieren. Bezüglich des angeborenen Immunsystems wurde durch qRT-PCRs für verschiedene Moleküle des Toll-like Rezeptor (TLR) -Systems in Lungen von Transplantatempfängern nachgewiesen. Die mögliche Beteiligung von proliferierenden T-Zellen an der chronischen Abstoßung von Lungentransplantaten wurde histologisch in Milzen und Lungen, sowie in mixed lymphocyte reactions (MLR) mit isolierten Blutleukozyten aus Transplantatempfängern nach Kontroll- (phosphatgepufferte Salzlösung (PBS)) oder LPS-Behandlung untersucht. Im Vergleich zu isogenen Transplantaten zeigen allogene Transplantate am Tag 28 nach der Transplantation Zeichen einer akuten Abstoßung. Gefäßremodeling und fibrotische Veränderungen sind am Tag 28 nach der Transplantation nicht vorhanden. Die peribronchiolären Infiltrate in isogenen und allogenen Lungentransplantaten enthalten zahlreiche ED1-positive Makrophagen. Die mRNA-Expression fast aller untersuchten Komponenten des TLR Systems ist in allogenen Lungentransplantaten hochreguliert. In isogenen Transplantaten wird am Tag 28 nach der Transplantation mehr Nestin exprimiert als in allogenen Transplantaten. Zu den verschiedenen Untersuchungszeitpunkten (Tag 28, 29, 33, 40) konnten keine Unterschiede im Vorhandensein von proliferierenden T-Zellen, unabhängig von der LPS-Behandlung gefunden werden. Diese Ergebnisse werden von der MLR bestätigt, wo ebenfalls keine Unterschiede im BrdU-Einbau zwischen PBS- oder LPS-behandelten Transplantatempfängern auftreten. Folgende Schlussfolgerungen können gezogen werden: Am Tag 28 nach der Transplantation sind keine Zeichen einer chronischen Abstoßung vorhanden. Isogene und allogene Transplantate unterscheiden sich jedoch zu diesem Zeitpunkt in der Infiltration mit Immunzellen und in ihrem regenerativen Potential. Außerdem ist die Aktivität des angeborenen Immunsystems, im Hinblick auf die untersuchten Komponenten des TLR-Systems, in allogenen Transplantaten hochreguliert. Diese Veränderungen könnten für die erhöhte Empfindlichkeit der allogenen Transplantate gegenüber TLR-Liganden verantwortlich sein. The long-term survival of patients after lung transplantation is limited by bronchiolitis obliterans syndrome (BOS). Acute rejection episodes and infections of the pulmonary system are major risk factors for the development of BOS. Our laboratory established a new experimental model for BOS in the rat to study its pathogenesis. After allogeneic (Fischer 344 -> Lewis, F344 -> LEW) orthotopic, left lung transplantation and immunosuppression with ciclosporin for ten days, the rats obtained an intratracheal instillation of lipopolysaccharide (LPS) on day 28. This lead to the development of histopathological hallmarks of BOS fibrosis, vascular remodeling and BO until the end of the study (day 90). The focus of this work was the characterization of differences between isogeneic (LEW -> LEW) and allogeneic (F344 -> LEW) lung transplants on day 28 after transplantation before instillation of LPS. The histopathology of the transplants was investigated regarding changes characteristic for BOS such as fibrosis (azan) and remodelling (alphaSMA, orcein) and immunohistochemistry was performed with specific antibodies to identify immune cells (ED1, ED2, R73) and progenitor cells (antibodies to nestin). Regarding the innate immune system various molecules of the Toll-like receptor (TLR) system were analyzed by qRT-PCR in lungs of transplant recipients. A potential contribution of proliferating T cells to chronic rejection of lung transplants was studied histologically in spleens and lungs, as well as in mixed lymphocyte reactions (MLR) with isolated blood leukocytes of transplant recipients after vehicle or LPS treatment.In comparison to isogeneic transplants, allogeneic transplants on day 28 after transplantation show signs of acute rejection. Remodelling and fibrotic changes are not visible on day 28 after transplantation. Peribronchiolar infiltrates in isogeneic and allogeneic lung transplants predominantly consist of ED1-positive macrophages. The mRNA-expression of most analyzed components of the TLR system is upregulated in allogeneic lung transplants. Isogeneic transplants show a higher expression of nestin than allogeneic transplants on day 28 after transplantation. At different timepoints of the study (days 28, 29, 33, 40) no differences are found in the presence of proliferating T cells, independent of LPS treatment. These results are confirmed by MLR, where no differences in BrdU-incorporation between vehicle- and LPS-treated transplant recipients are seen.In conclusion, no signs of chronic rejection are detected on day 28 after transplantation. Allografts, however, display signs of mild to moderate acute rejection as well as a decreased regenerative potential. In addition the activity of the innate immune system is up-regulated in allogeneic transplants compared to isografts. These changes may be responsible for the increased susceptibility of allografts towards TLR ligands.