Deutsches Ärzteblatt 1991: A-33

DEUTSCHES ÄRZTEBLATT
Transplantationen (2)
Dieter Kabelitz
ährend die hyperakute Abstoßungsreaktion (innerhalb
von Stunden nach
Transplantation)
auf präformierte Antikörper im Serum des Empfängers zurückzuführen
ist, sind an der chronischen Abstoßung in aller Regel T-Lymphozyten
wesentlich beteiligt. Zirkulierende
T-Lymphozyten des Organempfängers erkennen die fremden Gewebsantigene („Histokompatibilitätsantigene" oder HLA-Antigene) auf den
Parenchymzellen des transplantierten Organs; hierdurch kommt es zur
T-Zell-Aktivierung mit anschließender Differenzierung der T-Lymphozyten in Effektorzellen, welche entweder zytolytisch aktiv sind oder diverse Entzündungsmediatoren/Zytokine sezernieren können.
HIA-Antigene und
T-Zell Aktivierung
Man unterscheidet zwei Klassen
von HLA-(Human Leukocyte Antigen-)Antigenen (Tabelle 1): HLAAntigene der Klasse I werden in
HLA-A-, HLA-B- und HLA-C-Regionen unterteilt; diese Antigene sind
auf allen kernhaltigen Zellen des Organismus sowie auf Thrombozyten
zu finden. HLA-Klasse-I-Antigene
werden von CD8-positiven T-Lymphozyten erkannt; Gewebezellen,
die fremde (das heißt Spender-)
HLA-Klasse-I-Antigene exprimieren, können somit von CD8-positiven T Zellen zytotoxisch attackiert
werden.
Im Unterschied zu HLA-KlasseI-Antigen en ist die Gewebeverteilung
-
Perspektiven
der TransplantationsImmunologie
Die Transplantation eines fremden Organs stellt für das Immunsystem des Empfängers eine
Alarmsituation dar. Der Kontakt
mit fremden Gewebsantigenen
aktiviert die Zellen des Immunsystems, es kommt zur „Abstoßungsreaktion". Nachdem die
chirurgische Problematik der Organtransplantation heute weitgehend als gelöst angesehen werden darf, konzentrieren sich die
Erwartungen bezüglich einer weiteren Verbesserung vor allem auf
die Immunologie.
der Klasse-Il-Antigene (HLA-DR,
HLA-DP, HLA-DQ) wesentlich eingeschränkter (Tabelle 1). So findet
man HLA-Klasse-II-Antigene auf
B-Lymphozyten, Makrophagen, dendritischen Zellen sowie auf Langerhans-Zellen der Haut. HLA-KlasseII-Antigene sind die Zielantigene für
CD4-positive T-Lymphozyten, welche nach Aktivierung vor allem Zytokine (zum Beispiel Interleukin-2
und Gamma-Interferon) sezernieren.
Der genetische Polymorphismus der
HLA-Antigene ist groß. Da zudem
von jedem Genlocus (HLA-A, -B, -C,
-DR, -DP, -DQ) zwei Allele (ein väterliches, ein mütterliches) exprimiert
werden, ist die Vielzahl unterschiedlicher HLA-Konstellationen in der Bevölkerung nahezu grenzenlos.
Abteilung Transplantations-Immunologie
(Direktor: Prof. Dr. med. Gerhard Opelz)
und Institut für Immunologie (Direktor:
Prof. Dr. med. Klaus Rother) der
Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Die
T-Lymphozyten-Aktivierung, wie sie nach Transplantation
fremden Gewebes im Empfänger
stattfinden kann, ist in Form eines
„Minimalmodells" in Abbildung 1
dargestellt. Ruhende CD4-positive
T-Zellen erkennen über ihr T-Zellrezeptor-(TZR-)Molekül fremde
HLA-Klasse-II-Antigene; hierdurch
wird die T-Zelle aktiviert, sie produziert den T-Zell-Wachstumsfaktor
Interleukin-2 (11-2) und bildet zugleich Rezeptoren für 11-2 auf ihrer
Oberfläche aus. Die Bindung von
11-2 an den I1-2-Rezeptor stimuliert
die Zellteilung; die CD4-positive
T-Zelle proliferiert und sezerniert
neben 11-2 weitere Zytokine (unter
anderem Interleukin-4, Gamma-Interferon, Tumor-Nekrose-Faktor-a).
CD8-positive T-Zellen erkennen
dagegen fremde HLA-Klasse-I-Antigene und exprimieren im Anschluß
ebenfalls I1-2-Rezeptoren. Wenn 11-2
von aktivierten CD4-positiven
T-Lymphozyten zur Verfügung gestellt wird, kann die 11-2-Rezeptorpositive CD8 -LT-Zelle sich ebenfalls
teilen und in eine zytotoxische Effektorzelle ausreifen (Abbildung 1). Die
CD8+-T-Zelle ist also in aller Regel
auf die Hilfe (in Form von 11-2) von
CD4-positiven T-Zellen angewiesen.
Für die Pathophysiologie der
Abstoßungsreaktion von besonderer
Wichtigkeit ist die Tatsache, daß
HLA-DR-(Klasse II-)Antigene auf
vielen Körperzellen (zum Beispiel
Endothelzellen) durch Zytokine
(insbesondere Gamma-Interferon)
induziert werden können. So können
Transplantat-infiltrierende CD4-positive T-Lymphozyten durch die Sekretion von Gamma-Interferon die
Dt. Ärztebl. 88, Heft 1/2, 7. Januar 1991 (33) A-33
•
Expression von HLA-DR-Antigenen
im Transplantat stimulieren, was
wiederum zu einer verstärkten Aktivierung CD4-positiver T-Zellen
führt (Abbildung 2). Die aberrante
HLA-DR-Expression im Rahmen einer zellulären Abstoßungsreaktion
läßt sich immunhistologisch an Biopsie-Material häufig nachweisen.
Tabelle 1: Eigenschaften und Gewebeverteilung von HLA-Antigenen
HLA Klasse I
HLA Klasse II
Regionen
HLA-A, -B, -C
HLA-DR, -DP,
-DQ
Vorkommen
alle kernhaltigen
Zellen,
Thrombozyten
B-Lymphozyten,
Makrophagen,
dendritische Zellen,
Langerhans-Zellen
„Matching" von
Spender und Empfänger
Je besser Organspender und
-empfänger in ihren HLA-Antigenen
übereinstimmen, desto geringer ist
die Gefahr der T-Zell-Aktivierung
durch Donor-HLA-Antigene. Multizentrische Studien haben zweifelsfrei belegt, daß die Erfolgsrate bei
Nierentransplantation mit dem Grad
der HLA-Kompatibilität („match")
von Spender und Empfänger korreliert (1). Der zuverlässigen HLA-Typisierung kommt daher eine zentrale
Bedeutung in der Transplantationsmedizin zu. Die HLA-Typisierung
erfolgt serologisch in einem Mikrozytotoxizitäts-Test unter Einsatz von
Aktivierung
V
Induktion durch
Gamma-Interferon
Ziel-Antigen
für T-ZellSubpopulation
+++
CD8
Seren mit definierter HLA-Spezifität. Die serologische Typisierung von
HLA-DR ist jedoch problematisch
und gelegentlich nicht interpretierbar. Hier zeichnen sich durch den
Einsatz molekular-biologischer Methoden neue Perspektiven ab.
So läßt sich durch eine Kombination der Polymerase-Kettenreakti-
Proliferation
1 HLA-II 1 (IL-2 Rezeptor+)
v
CD4+
Zytokine:
- IL-2, IL-4
-TNF-a
- IFN-y
CD82 —.■ zytotoxische
Effektorzelle
CD8+
1
Ä
1 HLA-I 1
CD8+
CD8+
Abbildung 1: Aktivierung von T-Lymphozyten durch HLA-Antigene des Organ-Spenders
CD4+ -T-Zellen des Empfängers erkennen fremde HLA-Klasse-II-(HLA-DR-)Antigene und
werden hierdurch aktiviert, das heißt, sie produzieren Interleukin-2 (11-2) und exprimieren
selbst 11-2-Rezeptoren. Nach Bindung von 11-2 an den Rezeptor kann die CD4+ -T-Zelle proliferieren. Neben 11-2 werden von der aktivierten CD4+ -T-Zelle weitere Zytokine sezerniert,
unter anderem Interleukin-4 (11-4), Tumor-Nekrose-Faktor (TNF-a) und Gamma-Interferon
(IFN-a). CD8-positive T-Zellen des Empfängers erkennen dagegen die fremden HLA-Klasse-I-Antigene (HLA-A, HLA-B) des Spenders. Falls 11-2 von CD4 ± -T-Zellen bereitgestellt
wird, können die aktivierten CD8+ -T-Zellen proliferieren und in zytotoxische Effektorzellen
ausreifen, welche schließlich das Transplantat zerstören
A-34 (34) Dt. Ärztebl. 88, Heft 1/2, 7. Januar 1991
CD4 +
an (PCR, polymerase chain reaction)
mit der Methode des RFLP (restriction fragment length polymorphism)
unter Verwendung spezifischer GenSonden die HLA-Klasse-II-Typisierung zweifelsfrei durchführen. Hiermit lassen sich auch HLA-Regionen
typisieren, die serologisch schlecht
oder gar nicht (zum Beispiel HLADP) typisierbar sind. Der mögliche
Einfluß einer HLA-DP-Inkompatibilität konnte aus den genannten
Gründen bisher klinisch nicht berücksichtigt werden; diese Frage
wird in prospektiven Studien unter
Einsatz der PCR-RFLP untersucht
werden können.
Darüber hinaus ist zu hoffen,
daß die Methoden der Organkonservierung weiter verbessert werden.
Während die explantierte Niere über
mindestens 24 Stunden gut konservierbar ist (und somit ausreichend
Zeit besteht, um die HLA-Typisierung an Lymphozyten des Organspenders durchzuführen und die
Niere zu einem geeigneten [HLAkompatiblen] Empfänger zu transportieren), ist dieses Zeitintervall bei
Leber und Herz so kurz, daß auf eine
Empfängerauswahl, basierend auf
HLA-Kompatibilität, bisher verzichtet werden muß. Interessanterweise
ist die fehlende HLA-Kompatibilität
zwischen Empfänger und Spender
bei der Leber- oder Herztransplantation nicht notwendigerweise mit einer schlechten Erfolgsrate verknüpft
(2, 3). Zu diesem Punkt sind jedoch
multizentrische Studien mit großen
Patientenzahlen erforderlich, bevor
ein endgültiges Urteil gefällt werden
kann.
Immunsuppressive
Therapie:
Neue Substanzen,
neue Konzepte
Die immunsuppressive Basistherapie besteht heute aus Methylprednisolon, Azathioprin (Imurek®) und
Cyclosporin A (Sandimmun®). Die
Einführung von Cyclosporin A hat
die Erfolgsraten in der Transplantation-Medizin ganz entscheidend verbessert; die nicht unerheblichen Nebenwirkungen von Cyclosporin A
(Nephrotoxizität) stellen jedoch für
die Langzeittherapie eine bedeutende Komplikation dar (Tabelle 2). Der
Wirkungsmechanismus von Cyclosporin A liegt in der Hemmung der
Produktion von Zytokinen wie Interleukin-2 (Abbildung 3), wodurch die
T-Zell-Aktivierung blockiert wird
(vergleiche Abbildung 1).
Zur Behandlung von aktuen Abstoßungsreaktionen wird heute vielfach der monoklonale Antikörper
(MAK) Orthoclone OKT3R gegeben. OKT3 ist gegen das CD3-Antigen auf T-Lymphozyten gerichtet
(Abbildung 3), welches in der T-ZellAktivierung eine wichtige Rolle als
„Signalübermittler" spielt. Über einen ähnlichen Mechanismus wirkt
der MAK BMA031, der gegen das
Abbildung 2: Gamma-Interferon induziert HLA-DR-Antigene auf Endothelzellen. Eine transplantatinfiltrierende CD4positive T- Zelle erkennt fremdes HLADR-Antigen und produziert Gamma-Interferon. Sezerniertes
Gamma-Interferon
stimuliert die Expression von HLA-DR-Antigenen auf Endothelzellen, wodurch weitere CD4-positive
T- Zellen aktiviert
werden
7-Interferon
In UI
CsA
O
FK 506
•
anti-CD3 (OKT3)
anti-TCR (BMA031)
anti-TCR VB
anti-IL-2R
IL-2-Toxin
anti-CD4
BI la
III BI
• •
T-Zellrezeptor-Molekül auf der
Oberfläche von T-Lymphozyten gerichtet ist und dadurch die Fremdantigen-Erkennung durch T-Zellen
verhindert (Abbildung 3). Grundsätzlich ist bei der therapeutischen Anwendung von monoklonalen Antikörpern damit zu rechnen, daß der
Patient Antikörper gegen den MAK
bildet, da es sich hierbei um MausImmunglobuline handelt, die vom
menschlichen Immunsystem als
Fremdprotein erkannt werden. Nach
Auftreten von Anti-Maus-Immunglobulin-Antikörpern ist die therapeutische Wirksamkeit der monoklonalen Antikörper stark beeinträchtigt.
Folgende Entwicklungen versprechen für die nahe Zukunft wei-
O
•
HLA-DR
tere Verbesserungen in der immunsuppressiven Therapie:
> Klinische Prüfung neuer
Substanzen wie FK 506;
> Erprobung von monoklonalen Antikörpern gegen Subpopulationen von T-Zellen;
> „Humanisierung" von monoklonalen Antikörpern.
FK 506 wurde vor vier Jahren in
Japan als Antibiotikum aus Streptomyces tsukubaensis isoliert. Ähnlich
wie Cyclosporin A wirkt FK 506 vor
allem über die Blockierung der Interleukin-2-Synthese (Abbildung 3);
ein vergleichbarer immunsuppressiver Effekt wird jedoch bei etwa
100fach geringerer Dosis erzielt (4).
Klinische Studien mit FK 506 sind in
erster Linie am TransplantationsZentrum Pittsburgh durchgeführt
worden. Die bisherigen Ergebnisse
sind vielversprechend (5); Toxizität und Nebenwirkungen in der
Langzeittherapie (Tabelle 2) lassen
sich jedoch zum jetzigen Zeitpunkt
noch nicht endgültig beurteilen.
Der Einsatz von monoklonalen
Antikörpern zur Prophylaxe und
Therapie von Abstoßungsreaktionen
wird weiter zunehmen. Obwohl sich
Abbildung 3: Angriffspunkte immunsuppressiver Therapie. Cyclosporin A (1) und FK 506 (2) blockieren die Produktion von Interleukin 2
und anderer Zytokine durch Hemmung der Transkription. Monoklonale Antikörper gegen CD3 (3), konstante (4) und variable (5) Bereiche
des T-Zellrezeptors, I1-2-Rezeptor (6) oder CD4 (8) blockieren dieAktivierung von T-Lymphozyten, indem sie die Bindung des natürlichen Ligaeden an die genannten Strukturen hemmen. Interleukin-2-Toxine
(7) binden an I1-2-Rezeptor-positive (das heißt aktivierte) T-Zellen und
eliminieren diese durch die Toxin-Wirkung
Dt. Arztebl. 88, Heft 1/2, 7. Januar 1991 (35) A-35
OKT3 in der Behandlung akuter Abstoßungskrisen bewährt hat (6), sind
unerwünschte Nebenwirkungen vor
allem aufgrund der OKT3-vermittelten transienten T-Zell-Aktivierung
zu beobachten. So steigen die Serumspiegel von Interleukin-2, Gamma-Interferon und Tumor-NekroseFaktor nach einmaliger OKT3-Gabe
drastisch an (7), wodurch sich Nebenwirkungen wie Fieber erklären
lassen.
Monoklonale Antikörper wie
OKT3 reagieren mit allen T-Zellen
und führen daher zu einer massiven
Verminderung der zirkulierenden
T-Lymphozyten. Wünschenswert ist
dagegen die selektive Ausschaltung
derjenigen T-Zellen, die an der Abstoßungsreaktion beteiligt sind. Dieses Ziel wird mit mehreren Strategien verfolgt (Abbildung 3). Monoklonale Antikörper gegen den I1-2Rezeptor erkennen nur I1-2-Rezeptor-positive, das heißt „aktivierte"
T-Zellen; derartige MAK sind also
wesentlich selektiver als OKT3, und
ermutigende klinische Erfahrungen
liegen bereits vor.
Anti-CD4-Antikörper blockieren die für die Initiierung der Abstoßungsreaktion so wichtigen CD4-positiven T-Zellen (siehe Abbildung 1)
und können somit zumindest im
Tiermodell „Toleranz" erzeugen.
Schließlich ist denkbar (Abbildung
3), daß monoklonale Antikörper gegen den variablen Bereich des
T-Zellrezeptors (anti-Vß) zur Prophylaxe oder Therapie der Abstoßungsreaktion einsetzbar sind. Entsprechende Anti-Vß-Antikörper reagieren nur mit denjenigen T-Zellen
des Empfängers, welche tatsächlich
die fremden (Spender-)HLA-Antigene erkennen, während alle anderen T-Zellen unberührt bleiben. Monoklonale Anti-Vß-Antikörper würden also ein Höchstmaß an spezifischer Immunsuppression vermitteln;
allerdings ist der logistische Aufwand beträchtlich, da für jeden Patienten ein „maßgeschneiderter" Anti-Vß-Antikörper verwendet werden
müßte.
Der therapeutische Effekt von
monoklonalen Antikörpern wird
stark eingeschränkt, wenn der Patient selbst Antikörper gegen das
Maus-Immunglobulin entwickelt.
Tabelle 2: Wirkungsmechanismen und Nebenwirkungen von einigen
Immunsuppressiva.
Stoffklasse
Handelsname Mechanismus
Nebenwirkung
Cyclosporin A
Sandimmun®
Hemmung der
Zytokinproduktion
nephrotoxisch,
Lymphom?
Hemmung der
Zytokinproduktion
nephrotoxisch
(?)
diabetogen (?)
Blockierung und
teilweise Eliminierung von
T-Zellen
Fieber, Schüttelfrost,
Anti-Maus-Antikörper
FK 506
Anti-CD3Antikörper
Orthoclone
OKT3®
Um dies zu verhindern, versucht
man, entsprechende monoklonale
Antikörper zu „humanisieren". Hierbei wird der monoklonale Antikörper so modifiziert, daß die Antigenbindende Region des Maus-Antikörpers erhalten bleibt, der Rest aber
(einschließlich Fc-Region) durch
menschliches Immunglobulin ersetzt
wird. Hierdurch kann die Gefahr der
Sensibilisierung gegen Maus-Protein
ausgeschaltet werden.
Schließlich können aktivierte
T-Zellen selektiv durch Interleukin-2-Toxine ausgeschaltet werden
(Abbildung 3). Fusionsproteine aus
11-2 und Diphtherie-Toxin binden an
I1-2-Rezeptor-positive (das heißt aktivierte) T-Zellen und zerstören diese durch die Toxin-Wirkung (8). Ob
sich hieraus ein klinisch nutzbarer
Zugang zur Behandlung von Abstoßungsreaktionen ergibt, muß jedoch
in Tierversuchen weiter überprüft
werden.
Ziel: Individuell
angepaßte Immunsuppression
Da immunsuppressive Medikamente wie Cyclosporin A bei chronischer Anwendung erhebliche Nebenwirkungen haben (vor allem
Nephrotoxizität; Tabelle 2), ist eine individuell angepaßte, möglichst
niedrige Dosierung bei Dauertherapie wünschenswert. Leider gibt es
derzeit keine Kriterien, aufgrund derer die immunsuppressive Therapie
bei klinisch gut funktionierendem
A-36 (36) Dt. Ärztebl. 88, Heft 1/2, 7. Januar 1991
Transplantat reduziert oder eventuell ganz abgesetzt werden könnte. In
der Gewebekultur läßt sich bei einigen Nierentransplantierten eine selektive Nicht-Reaktivität der zytotoxischen T-Zellen gegenüber Spenderzellen nachweisen (9). Es wird zu
prüfen sein, ob der In-vitro-Nachweis einer „erworbenen Toleranz"
auf der T-Zell-Ebene als ausreichendes Kriterium für ein Absetzen der
immunsuppressiven Therapie gewertet werden kann.
Für die Transplantationsmedizin sind die Ergebnisse der immunologischen Grundlagen-Forschung
von ganz besonderer Bedeutung. Es
bleibt zu hoffen, daß uns weitere
Fortschritte der Immunologie dem
eigentlichen Ziel näherbringen: das
Immunsystem des Organempfängers
so zu überlisten, daß es das tranplantierte Organ nicht mehr als „fremd"
erkennt.
Die Zahlen in Klammem beziehen sich
auf das Literaturverzeichnis im Sonderdruck, anzufordem über den Verfasser.
Meinem Vater, Herrn Professor Dr. med.
Hans-Joachim Kabelitz zum 70. Geburtstag gewidmet
Anschrift des Verfassers:
Prof. Dr. med. Dieter Kabelitz
Abteilung TransplantationsImmunologie, Institut
für Immunologie der Universität
Im Neuenheimer Feld 305
W-6900 Heidelberg