Akute zelluläre Transplantatabstoßung nach Lungentransplantation : Analyse infektions-assoziierter Risikofaktoren und Bedeutung der bronchoalveolären Lavage im Rahmen der Abstoßungsdiagnostik

Abstract

Die Lungentransplantation (LTX) ist die letzte Therapieoption im Endstadium einer fortgeschrittenen und nicht-heilbaren Lungenerkrankung. Seit der ersten LTX am Menschen im Jahr 1963 sind auf dem Gebiet der Lungentransplantationsforschung erhebliche Fortschritte erzielt worden. Dennoch sind die Langzeitüberlebensraten, verglichen mit anderen Organtransplantationen, weiterhin verhältnismäßig niedrig. Dies wird vor allem der Entwicklung eines Bronchiolitis-Obliterans-Syndroms (BOS) zugeschrieben, welches fünf Jahre nach Transplantation etwa die Hälfte aller Transplantierten betrifft. Hauptrisikofaktor für das Auftreten eines BOS ist die akute Transplantatabstoßung (acute cellular rejection, ACR). Die ACR kann zum einen die kleinen Blutgefäße und Kapillaren (Grad A), zum anderen die kleinen Atemwege (Grad B bzw. BR) betreffen. Über Risikofaktoren der ACR ist bis dato noch wenig bekannt. Die Diagnose wird anhand der histopathologischen Beurteilung transbronchialer Biopsien (TBB) gestellt, die im Rahmen von Bronchoskopien gewonnen werden.Neben der Ausarbeitung transplantationsrelevanter Daten mit Fokussierung der Infektion und akuten Transplantatabstoßung am UKGM Gießen und dem Vergleich der erhobenen Daten mit anderen Transplantationszentren, lag ein weiteres Hauptaugenmerk der Promotionsarbeit auf der Untersuchung von infektionsbedingten Risikofaktoren für das Auftreten einer ACR. Außerdem wurde die bronchoalveoläre Lavage (BAL) auf die Zell- und Zytokinzusammensetzung bei Vorliegen einer ACR untersucht und mit dem Zytokinmuster bei Infektionen und BOS verglichen. Insgesamt standen für die Studie 450 Bronchoskopien, davon 435 mit TBB, von 89 LTX-Patienten zur Verfügung. Die Zytokinmessungen in der BAL (Interleukin (IL)-1beta, IL-8, IL-10, IL-17 und macrophage inflammatory protein (MIP)-1alpha) erfolgten mittels enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).Die bakterielle Pneumonie und der Nachweis ambulant erworbener Viren (communityacquired respiratory virus, CARV) in der BAL konnten als eindeutige Risikofaktoren für das Auftreten einer ACR identifiziert werden. Hierbei waren die Ergebnisse hinsichtlich einer Assoziation von akuter Transplantatabstoßung Grad B bzw. BR sowohl bei der bakteriellen Pneumonie (p < 0,001 bzw. p < 0,01) als auch bei CARV (p < 0,001 bzw. p < 0,001) signifikant, Grad A erreichte nur im Falle der bakteriellen Pneumonie Signifikanzniveau (p < 0,01). Daten aus anderen Zentren liefern diesbezüglich widersprüchliche Ergebnisse. Gründe für diese Diskrepanzen liegen unter anderem in einer fehlenden Standardisierung der Definition einer Infektion bei Lungentransplantierten, der unterschiedlichen Interpretation einer ACR und der Schwierigkeit der histologischen Diskriminierung zwischen Infektion und ACR. Dennoch legen unsere Daten einen Zusammenhang zwischen einem CARV-Nachweis in der BAL und dem Auftreten einer ACR nahe ein engmaschiges Surveillanceprogramm könnte daraus abgeleitet für CARV-positive Patienten von klinischem Nutzen sein. Zukünftige Forschungen auf diesem Gebiet könnten ferner eruieren, ob eine spezifische Intervention bei genannten Patienten zu einer Reduktion der Auftretenswahrscheinlichkeit einer ACR bzw. eines BOS führt.Die Rationale zur potentiellen Verwendung der bronchoalveolären Lavage anstelle oder ergänzend zur transbronchialen Biopsie im Rahmen der Abstoßungsdiagnostik ergibt sich durch mehrere relevante Einschränkungen der alleinigen histopathologischen Beurteilung. Neben dem Risiko der Invasivität, spielen inadäquate Proben sowie eine geringe Interrater- und Intrarater-Reabilität eine Rolle.Die im Rahmen dieser Studie untersuchten Zellzahlen bzw. Zytokinkonzentrationen in der BAL waren zum Teil hochsignifikant mit dem Auftreten einer ACR und darüber hinaus mit den verschiedenen Schweregraden assoziiert. Sowohl die Gesamtzellzahl als auch der prozentuale Anteil an Neutrophilen der BAL waren schweregradabhängig bei Vorliegen einer akuten Abstoßung der Atemwege erhöht (Grad B, p < 0,01 bzw. BR, p < 0,001 und Grad B bzw. BR, p < 0,01) und der Anteil an Makrophagen konsekutiv erniedrigt (Grad B bzw. BR, p < 0,01). Eosinophile waren, wenn nachweisbar, ebenfalls mit dem Vorliegen einer ACR assoziiert (Grad B, p < 0,001). Im Falle der ACR Grad A konnte ein Anstieg des prozentualen Anteils an Lymphozyten dokumentiert werden (p < 0,05). In der Zytokinanalyse war IL-8 bei einer schweren ACR Grad B (p < 0,05) und bei Vorliegen einer Infektion (p < 0,01) erhöht, IL-10 bei Patienten mit BOS erniedrigt (p < 0,05). Für alle weiteren Zytokinmessungen ergaben sich weder bei ACR, noch bei Infektionen oder BOS signifikante Zusammenhänge.Trotz aller Limitationen in der Beurteilung einer ACR bzw. der bronchoalveolären Lavage und der Nichtexistenz zentrumsübergreifender Standards, sprechen in Zusammenschau dieser und anderer Studien eine erhöhte Gesamtzellzahl mit prozentualem Anstieg der Neutrophilen und Eosinophilen, gemeinsam mit einer erhöhten IL-8-Konzentration und nach Ausschluss einer Infektion für das Vorliegen einer ACR Grad B. Demgegenüber gibt ein prozentualer Anstieg der Lymphozyten eher Hinweise auf das Vorliegen einer ACR Grad A (ebenfalls nach Ausschluss einer Infektion). Vor Etablierung eines bronchoalveolären Zell- und Zytokinmusters im Rahmen der ACR-Diagnostik, sollten weitere prospektive, multizentrische Studien nach standardisiertem Vorgehen durchgeführt werden. Lung transplantation (LTX) is the final therapy option in end-stage lung diseases. There has been significant advancement in the field of LTX since the first human lung transplantation in 1963. The long-term survival, however, remains relatively low compared to other solid organ transplantations. This is in particular attributed to the development of bronchiolitis-obliterans syndrome (BOS), affecting almost half of the transplant recipients five years after transplantation. Primary risk factor for the occurrence of BOS is the acute cellular rejection (ACR). ACR can affect the small and capillary blood vessels (grade A) and/or the small airways (grade B and BR). Little is known about the risk factors for ACR. Diagnosis is based on the histopathologic evaluation of transbronchial biopsies (TBB) which are bronchoscopically obtained.Besides the analysis of transplant-relevant data focused on infection and acute transplant rejection at the UKGM Gießen and the comparison of accumulated data to that of other transplant centers, the evaluation of infection-associated risk factors for the development of ACR was another focus of the dissertation. Moreover, the bronchoalveolar lavage (BAL) was examined in respect to cellular and cytokine composition in presence of ACR and compared to the cytokine profile of infections and BOS. In total, 450 bronchoscopies from 89 LTX-patients were evaluated for this study, thereof 435 with TBB. BAL cytokines (interleukin (IL)-1beta, IL-8, IL-10, IL-17 and macrophage inflammatory protein (MIP)-1alpha) were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).Bacterial pneumonia and evidence of community-acquired respiratory virus (CARV) in the BAL were identified as unambiguous risk factors for the development of ACR. Statistically significant results were obtained for an association of acute transplant rejection grade B and BR with bacterial pneumonia (p < 0.001 and p < 0.01 respectively) as well as with CARV (p < 0.001 and p < 0.001 respectively). Grade A transplant rejection reached the level of statistical significance (p < 0.01) only in the case of bacterial pneumonia. Relating to this matter, data from other centers are inconsistent. Reasons for this discrepancy are for instance the missing standardized definition of infection in transplant recipients, the different interpretation of ACR and the difficulty in the histopathologic discrimination between infection and ACR. However, our data suggests a correlation between CARV-evidence in BAL and the development of ACR a close surveillance program for CARV-positive patients could be of clinical value. Further research in this field may evaluate, if a specific intervention in these patients could lead to a reduction of the probability of occurrence of ACR and BOS.The rational for the potential use of BAL instead of or additionally to transbronchial biopsy in the diagnosis of rejection derives from diverse relevant limitations of the sole histopathologic evaluation. Inadequate material and low inter-rater and intra-rater reliability play a role, aside from the risk of invasive procedure.The BAL cell counts and cytokine concentrations evaluated in this study were significantly correlated with the appearance of ACR. Both the total cell count and the percentage of neutrophils in the BAL were increased dependent to the grade of acute rejection (grade B, p < 0.01 and BR, p < 0.001 and grade B and BR, p < 0.01 respectively), the percentage of macrophages consecutively decreased (grade B and BR, p < 0.01). Eosinophils were, when detectable, also associated with the appearance of ACR (grade B, p < 0.001). In the case of grade A ACR, there was an increase in the percentage of lymphocytes (p < 0.05). Cytokine analysis revealed an increase of IL-8 in case of severe ACR grade B (p < 0.05) and in case of infection (p < 0.01), IL-10 was decreased in patients with BOS (p < 0.05). All other cytokine measurements revealed no significant correlations to ACR or infections or BOS.Despite all limitations in the evaluation of ACR or bronchoalveolar lavage and the nonexistence of generally accepted standards, an increased total cell count, percentage of neutrophils and eosinophils together with an increase of IL-8 after the exclusion of infection support the diagnosis of ACR grade B. An increase of the percentage of lymphocytes rather supports the diagnosis of ACR grade A (also after the exclusion of infection). Further prospective multicenter studies with a standardized protocol should be designed to establish a bronchoalveolar lavage cell count and cytokine pattern in the diagnosis of ACR.