Charakterisierung einer ungewöhnlichen Zellpopulation in der arteriellen Tunica media experimenteller Lungentransplantate

Abstract

Bronchiolitis obliterans Syndrom (BOS) ist die wesentliche Ursache für das Versagen von Lungentransplantaten im Langzeitverlauf und geht mit einem fibrotischen Umbau von Atemwegen und Blutgefäßen des Transplantats einher. In der vorliegenden Arbeit sollen Zellen charakterisiert werden, die während der Pathogenese von BOS in der arteriellen Tunica media von allogen transplantierten Lungen auftreten. Sie ähneln morphologisch Glattmuskelzellen und weisen Antigenstrukturen von Makrophagen auf.Es wurden experimentelle Lungentransplantationen an Ratten durchgeführt. Allogen transplantierte Lungen (Fischer-344 auf Lewis) wurden mit isogen transplantierten Lungen (Lewis auf Lewis) und mit nativen Lewis-Lungen verglichen. Nach Transplantation erhielten die Ratten 10 Tage lang Ciclosporin zur Immunsuppression. Am Tag 28 nach der Operation wurde eine Lipopolysaccharidlösung intratracheal instilliert, die Entzündungsreaktionen hervorrufen und die chronische Abstoßung induzieren soll. Die transplantierten Lungen wurden an den Tagen 33, 35, 40 und 90 nach Transplantation entnommen und immunhistochemischen Färbungen unterzogen. Es wurden Doppelfärbungen zum Nachweis von Alpha-Glattmuskelaktin und einem CD68-artigen Antigen angefertigt, durch die gezeigt werden konnte, dass die zu untersuchenden Zellen Merkmale von Glattmuskelzellen und von Makrophagen besitzen. Färbungen mit weiteren gegen Leukozytenmarker gerichteten Antikörpern ließen sich nicht realisieren, da die Proteinstruktur der Antigene durch die Fixierung des Lungengewebes stark verändert ist. Es konnten jedoch bei Färbungen zum Nachweis von Alpha-Glattmuskelaktin, einem CD68-artigen Antigen und saurer Phosphatase, dem Leitenzym der Lysosomen, in einigen Zellen der Tunica media alle drei Proteine nachgewiesen werden. Bei Färbungen zum Nachweis von Nestin und einem CD68-artigen Antigen konnte gezeigt werden, dass die Zellen das Intermediärfilament Nestin nicht exprimieren. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Zellen, die Antigenstrukturen von Glattmuskelzellen und Makrophagen aufweisen, im Rahmen des BOS in der arteriellen Tunica media von allogenen Lungentransplantaten nachweisbar sind, während sie in isogenen Transplantaten und nativen Lungen fehlen. Es bleibt unklar, ob diese Zellen von Glattmuskelzellen oder von Leukozyten abstammen. Diese Arbeit bietet jedoch einen Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen, welche die Herkunft der beschriebenen Zellen und ihre Rolle bei der Pathogenese von BOS genauer beschreiben könnten. Bronchiolitis obliterans syndrome is a leading cause for pulmonary allograft failure in the long-run. This devastating disease is characterized by fibrotic remodeling of airways and blood vessels. The purpose of this study is to characterize cells resembling smooth muscle cells, which are present in the arterial Tunica media of experimental pulmonary allografts during the pathogenesis of bronchiolitis obliterans syndrome. These cells unexpectedly express a lysosomal membrane CD68-like antigen characteristic for monocytes/macrophages. The purpose of this study is to characterize this peculiar cell type.Experimental pulmonary transplantation was performed in isogeneic (Lewis to Lewis) and allogeneic (Fischer-344 to Lewis) rat strain combinations. The immunosuppressant ciclosporin was applied for 10 days post-transplantation. On day 28 after surgery, lipopolysaccharide was instilled intratracheally to provoke inflammation and to induce the development of bronchiolitis obliterans syndrome. Grafts were harvested and fixed on days 33, 35, 40, and 90 for immunohistochemistry. Allografts were compared to isografts as well as to native lungs of healthy Lewis rats. Tissue sections were stained with antibodies to smooth muscle actin and to a CD68-like lysosomal membrane antigen typical for macrophages. These experiments revealed that numerous cells residing in the arterial Tunica media of pulmonary allografts were double-positive. These cells were absent from isografts and native lungs. Several attempts to further characterize the cell lineage of these cells failed due to the modification of protein structures after paraformaldehyde-fixation of the lungs. It was, however, possible to demonstrate that at least a subpopulation of the double-positive cells co-expressed acidic phosphatase, an enzyme typically located in lysosomes. Furthermore, double-staining with antibodies to the CD68-like antigen and to nestin revealed that they do not express this intermediate filament protein.In conclusion, cells resembling smooth muscles cells, which express lysosomal proteins, are present in the arterial Tunica media of pulmonary allografts during the pathogenesis of bronchiolitis obliterans syndrome. It is still unknown if these cells derive from leukocytes or from smooth muscle cells. More studies are needed to elucidate the origin of this cell type and to define their role in the pathogenesis of bronchiolitis obliterans syndrome.