PDF of the full article

W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
W. G. Land
Deutsche Akademie für Transplantationsmedizin, München
Land WG (2010) Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz. Tx Med
22: 189-213
1
erweitertes Manuskript eines eingeladenen Vortrags, gehalten anlässlich
des Symposiums: „20 Jahre Herztransplantation in Heidelberg“, Heidelberg, 12.-13. Juni 2009
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 189
Innatale Alloimmunität und
Transplantattoleranz1
Die innatale Immunität ist ein im Zuge der Evolution hochgradig konserviertes, rasch
funktionierendes, erstes immunologisches Abwehrsystem gegen eindringende
Krankheitserreger, das bei unterschiedlichsten multizellulären Organismen, inklusive Insekten und Pflanzen, gefunden wird. Bei Säugern übernimmt das System zunächst erste Abwehrfunktionen „vor Ort“, aktiviert aber dann die erworbene/adaptive Immunantwort, wobei Antigen-präsentierende dendritische Zellen die beiden Infektabwehr-Systeme überbrücken, indem sie Informationen der innatalen Immunität
in Antigen-spezifische Vorgänge der adaptiven Immunität übersetzen.
Neuere Forschungsergebnisse weisen eindeutig darauf hin, dass das innatale Abwehrsystem nicht nur gegen Krankheitserreger-verursachte Gewebeschädigungen
gerichtet ist, sondern bei jedweder Gewebeschädigung auf den Plan gerufen wird, so
auch bei der über reaktive Sauerstoffspezies vermittelten oxidativen Schädigung von
Transplantaten, wie sie schon unter Hirntodbedingungen im Spender, aber besonders
bei der Transplantatreperfusion im Empfänger zu beobachten ist. Dies bedeutet aber,
dass bei der Organtransplantation 2 innatale Immunsysteme operieren: das des Spenders und das des Empfängers. Demzufolge werden Spender-abstammende dendritische Zellen, die bereits bei Implantation im Spenderorgan residieren, als auch Empfänger-abstammende dendritische Zellen, die im Zuge der Reperfusion beim Empfänger ins Transplantat einwandern, unterschieden. Beide Typen dendritischer Zellen wandern nach Transplantation in Form immunstimulierender „immunogener“
Zellen aus dem Spenderorgan ins sekundäre lymphatische Gewebe des Empfängers,
um dort unter Präsentation allogener Peptid-Antigene naive T-Lymphozyten zu stimulieren/aktivieren. Der daraus resultierende Aufbau einer adaptiven Alloimmunantwort führt zur Transplantatabstoßung.
Als zentrales Schlüsselereignis der innatalen Alloimmunität muss die Ausreifung
unreifer Spender- und Empfänger-abstammender dendritischer Zellen zu immunstimulierenden/„immunogenen“ Zellen gewertet werden; ein molekularer Prozess, der
über die initiale oxidative Transplantatschädigung induziert wird und an dem aktivierte innatale Lymphozyten über direkten Kontakt mit dendritischen Zellen mitwirken. Die grundlegende initiale Reaktion/Interaktion dieses Prozesses besteht in der
Erkennung so genannter Schädigungsmoleküle (engl. damage-associated molecular
patterns, DAMPs) durch spezielle Muster-Erkennungsrezeptoren (engl. pattern recognition receptors, PRRs) auf dendritischen Zellen. Es ist dieser schädigungsinduzierte Reifungsprozess, der zur Ausprägung der immunstimulierenden, „immunogenen“
Fähigkeiten dendritischer Zellen führt, und der in charakteristischer Weise mit der
Hochregulierung von 3 Signalen assoziiert ist: Signal1= Hochregulierung von Allopeptid-komplexierenden MHC-Molekülen; Signal 2 = Hochregulierung kostimulierender Moleküle; Signal 3 = Sekretion Th1-Zellen-polarisierender Zytokine wie beispielsweise Mitglieder der Interleukin-12 Familie, verbunden mit dem Aufbau eines
entzündlichen Milieus – in erster Linie bedingt durch die Aktivierung von intrazellulären Inflammasomen.
Neuere Erkenntnisse über molekulare Mechanismen der innatalen Immunität weisen
nun darauf hin, dass dendritische Zellen nicht nur als immunstimulierende Zellen eine adaptive Immunantwort provozieren, sondern als tolerogene dendritische Zellen
auch in der Lage sind, aktiv eine Immuntoleranz zu induzieren. So ist es Immunologen gelungen, unter Anwendung einer Reihe verschiedener ausgeklügelter experimenteller Versuchsanordnungen, tolerogene dendritische Zellen zu generieren, mit
deren Hilfe eine Immuntoleranz induziert werden konnte. Entscheidend für eine erfolgreiche Generation tolerogener dendritischer Zellen scheint es zu sein, den Aufbau und die Entwicklung eines entzündlichen Milieus zu verhindern bzw. die Hochregulierung von Signal 3 oder auch Signal 2 und 3 zu hemmen. Im Hinblick auf die
erfolgreiche Induktion einer Transplantattoleranz würde dies bedeuten, die oxidative
Transplantatschädigung von vorne herein zu verhüten. Transplantationsmediziner
sollten diesen Aspekt der innatalen Alloimmunität bei zukünftigen Forschungsarbeiten unbedingt im Auge behalten.
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 190
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Schlüsselwörter: innatale Alloimmunität, reaktive Sauerstoffspezies, oxidative
Transplantatschädigung, DAMPs, Toll-like Rezeptoren, Ausreifung dendritischer
Zellen, innatale Lymphozyten, innatale Signalisierungswege, Inflammasom, Transplantatabstoßung, Transplantattoleranz
Innate Alloimmunity and Transplant Tolerance
Innate immunity is an evolutionarily highly conserved, rapid first line of host defence against invading pathogens in different multicellular organisms, including insects and plants. In mammals, this host defense system precedes adaptive immunity
where dendritic cells represent the bridge by translating informative events of innate immunity into antigen-specific events of adaptive immunity.
Modern research data clearly indicate that innate immune defense is not only directed against pathogen-induced tissue injury but against any tissue injury, including
reactive oxygen species-mediated injury to allografts occurring under donor brain
death condition and allograft reperfusion in the recipient. This implies that, in the situation of organ transplantation, we are dealing with 2 innate immune systems: that
of the donor and that of the recipient. Accordingly, we can differentiate between donor-derived dendritic cells already residing in the allograft during implantation and
recipient-derived dendritic cells entering the allograft during reperfusion in the recipient. Both types of dendritic cells, following transplantation, travel from the donor organ to the recipient´s secondary lymphoid tissue where, as immunostimulatory, ”immunogenic” dendritic cells, they stimulate/activate naïve recipient T cells under presentation of allogeneic peptide antigens.
In fact, maturation of immature donor- and recipient-derived dendritic cells into immunostimulatory “immunogenic” cells must be regarded as the key event of innate
alloimmunity; a molecular process which is induced via the primary oxidative allograft injury, and to which innate lymphocytes contribute via direct cell-to-cell-contact. The basic reaction/interaction of this process is the recognition of so called damage-associated molecular patterns (DAMPs) by pattern recognition receptors
(PRRs) on dendritic cells. It is this injury-induced maturation process which leads to
those immunostimulatory, “immunogenic” capacities of dendritic cells, and which is
characteristically associated with up-regulation of 3 signals: signal 1 = up-regulation of allopeptide-complexing MHC-molecule expression; signal 2 = up-regulation
of costimulatory molecule expression; signal 3 = secretion of Th1-cell-polarizing cytokines such as members of the interleukin-12 family, associated with the establishment of an inflammatory milieu and mainly influenced by the activation of intracellular inflammasomes.
Recent insights into molecular mechanisms of innate immunity indicate that dendritic cells do not only provoke an adaptive immune response but, in terms of tolerogenic dendritic cells, are also able to actively induce an immunological tolerance.
Thus, immunologists, using various sophisticated experimental designs, succeeded in
generating tolerogenic dendritic cells which enabled the researchers to induce true
immunological tolerance. In order to successfully generate tolerogenic dendritic
cells, it seems to be of utmost importance to avoid the establishment of an inflammatory milieu, that is to inhibit the up-regulation of signal 3 or even signal 2 and 3. In
regard to successful induction of transplant tolerance, this would mean to prevent
initial oxidative injury to an allograft. Transplant clinicians should be aware of this
aspect of innate alloimmunity when designing and elaborating on future research
projects.
Key words: innate alloimmunity, reactive oxygen species, oxidative allograft injury,
DAMPs, Toll-like receptors, maturation of dendritic ells, innate lymphocytes, innate
signaling pathways, inflammasome, allograft rejection, transplant tolerance
Abkürzungen
Ag
AIM2
AP-1
APC
cell
ASC
Antigen
engl. absent in melanoma 2
engl. activating (activator)
protein -1
engl. antigen-presenting
apoptosis-associated specklike protein containing a
CARD
CARD
engl. caspase-activating
and recruiting domain
DAMPs engl. damage-associated
molecular patterns
DCs
engl. dendritic cells
DED
engl. death-effector domain
dsDNA
engl. double-stranded DNA
EPRElektronen-paramagnetiSpektros- sche Resonanzspektroskokopie
pie
ERK
engl. extracellular signalregulated kinase
FADD
engl. Fas-associated protein with death domain
fHA
Hyaluronan-Fragment
FIH
engl. factor inhibiting HIF
Foxp3
engl. forkhead box P3
HIF-1α
engl. hypoxia-inducible
factor-1 alpha
HMGB1 engl. high mobility group
box 1
HSP72
Hitze-Schock-Protein 72
iDCs
engl. immature dendritic
cells
iE-DAP
engl. dipeptide, gamma-Dglutamyl-meso-diaminopimelic acid
IFN
Interferon
IKK
engl. IκB kinase (I-kappaB
kinase)
IL
Interleukin
IPAF
engl. ICE-protease-activating factor
IPS
engl. interferon promoterstimulating factor-1
IRAK 1/4 engl. interleukin receptorassociated kinase 1/4
IRF3/IRF7 interferon regulatory factor
3/7
JNK
engl. jun N-terminal kinase
LOO
engl. listeriolysin O
LPS
Lipopolysaccharid
LRR
engl. leucine-rich repeat
LTA
engl. lipoteichoic acid
MAPKs engl. mitogen-activated
protein kinases
MBL
Mannose-bindendes Lektin
MDA
Malondialdehyd
MDA5
engl. melanoma-differentiation-associated gene 5
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
mDCs
MDP
mETC
engl. mature dendritic cells
engl. muramyl dipeptide
engl. mitochondrial electron
transport chain
MHC
engl. major histocompatibility
complex
MICA/B MHC class I chain-related
proteins A/B
MyD88 engl. myeloid differentiation
marker 88
NACHT domain, engl. domain present
in NAIP, CIITA, HET-E, and
TP-1
NAIP5 engl. neuronal apoptosis inhibitor protein 5
NALP3 engl. Nacht domain- LRR and
PYD-containing protein 3
NAP1 engl. NF-κB-activating kinase-associated protein 1
NEMO NF-κB essential modulator
NF-κB engl. nuclear factor-kappa B
NKG2D engl. natural killer group 2D
NKTZellen natürliche Killer-T-Zellen
NKZellen natürliche Killer-Zellen
NLRs engl. NOD-like receptors
NMHCII
engl. nonmuscle myosin
heavy chain II
NOD1/
NOD2 engl. nucleotide-binding oligomerization domain protein
1/2
NOX
NADPH-oxidase
nROS engl. neutrophilic ROS
PAMPs engl.
pathogen-associated
molecular patterns
PGN
Peptidoglykan
PHD
Prolyl-Hydroxylase
PRRs
engl. pattern recognition receptors
PYD
engl. pyrin domain
RAGE engl. receptor for advanced
glycation end-products
RD
engl. repressor domain
RIG-I engl. retinoic acid-inducible
gene-I
RIP1/2 engl. RIP-like interacting caspase-like apoptosis regulatory protein kinase 1/2
RLRs engl. RIG-I-like receptors
ROS
engl. reactive oxygen species
2
Siglects engl. sialic acid-recognizing
immunoglobulin-like lectins
SINTBAD
engl. similar to NAP1-TBK1
adaptor
siRNA engl. short (small) interfering
RNA
SOD
Superoxid-Dismutase
ssDNA engl. single-stranded DNA
TAB
engl. TAK1-binding protein
TAK1 engl. TGF-beta activated kinase 1
TANK engl. TRAF family memberassociated NF-κB activator
TBK1 engl. IKK-related kinaseTank-binding kinase-1
TIR
engl.Toll IL-1 receptor
TIRAP engl. TIR-associated protein
TLRs
engl.Toll-like receptors
TRAF 6 engl. TNF-receptor-associated
factor 6
TRAM engl. TRIF-related adaptor
molecule
Tregs
engl. T-regulatory cells
TRIF
engl. Toll IL-1 receptor domain-containing adaptor- inducing interferon
Ub
Ubiquitinierung
UCM
engl. up-regulation of costimulatory molecules
ULBPs engl.UL-16 binding proteins
vROS engl. vascular ROS
XO
engl. xanthinoxidase
γδ TZellen gammadelta-T-Zellen
1. Einführung
Es sind in erster Linie die exzellenten 1Jahres-Transplantationsüberlebensraten, die klinische Organtransplantationen im neuen Jahrhundert als hoch anerkannte Therapieverfahren bei akutem
und chronischem Organversagen geprägt haben.
Die großartigen Errungenschaften in
der klinischen Organtransplantation,
insbesondere im Hinblick auf vollendete chirurgische Operationsverfahren
und wirkungsvolle immunsuppressive
Therapieprotokolle, dürfen aber nicht
darüber hinweg täuschen, dass diese
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 191
Form des Organersatzes weiterhin mit
ernsthaften Nebenwirkungen verbunden ist. Typische Komplikationen betreffen gehäuft auftretende fatale Infektionen, kardiovaskuläre und tumoröse
Erkrankungen; d.h. Erkrankungen, die
nicht zuletzt auf die Dauermedikation
immunsuppressiver Präparate zurückzuführen sind, und die die zunächst
wiedergewonnene Lebensqualität erfolgreich transplantierter Patienten in
nicht unerheblichem Maße einschränken.
Die endgültige Ausreifung von Organtransplantationen zu einer optimalen
Therapieform, d.h. Erzielung eines permanenten Transplantatüberlebens ohne
Inkaufnahme einer dauerhaften kostenintensiven und komplikationsträchtigen
immunsuppressiven Erhaltungstherapie, ist bis auf den heutigen Tag deshalb
ausgeblieben, weil ein wesentlicher, zur
Transplantatabstoßung führender, primär ablaufender Abwehrmechanismus
bis vor kurzem nicht entdeckt worden
war: die innatale Alloimmunität.
Im Folgenden sollen einige Aspekte
dieses biologischen Abwehrsystems besprochen werden, das in erster Linie
und in analoger Weise – in Form einer
höchst effektiven Infektabwehr – eine
entscheidende Rolle bei der Eindämmung von Infektionen spielt.
2. Innatale Immunität und
Infektabwehr
2.1 Allgemeines
Das innatale2 Immunsystem ist als eine
in der Evolution hochgradig konservierte, rasch funktionierende, erste immunologische Abwehrkette gegen eindringende Krankheitserreger bei allen multizellulären Organismen, inklusive Insekten und Pflanzen, zu werten – zu
verstehen im Sinne eines „Frühwarnsystems“, das bei Säugern der nachfolgenden hoch entwickelten und ausgeklügelten erworbenen Immunität (bestehend aus T-Zellen, B-Zellen, und hu-
Auf Vorschlag von Prof. Dr. med. Dr. h.c. mult. Konrad Meßmer, Dekan der Klasse Medizin der Europäischen Akademie der Wissenschaften und Künste kamen Prof. Dr. med. Dr. h.c. Felix Unger, Präsident der Europäischen Akademie der Wissenschaften und Künste sowie Prof. Dr. med. Walter G.
Land, Präsident der Deutschen Akademie für Transplantationsmedizin überein, für den englischen Begriff „innate immunity“ im deutschsprachigen
Raum anstelle des Begriffs „angeborene Immunität den Begriff „innatale Immunität“ innerhalb der beiden Akademien einzuführen und grundsätzlich
zu verwenden. Allerdings ist uns bewusst, dass diese Bezeichnung nicht allgemein akzeptiert ist. So bezeichnet im Lateinischen „natalis“ eher den Zeitpunkt der Geburt als einen Zustand nach Geburt. Die lateinischen Lexika bieten daher für „angeboren“ an erster Stelle „innatus“ an, eingedeutscht: „innate“. „Innate Immunität/Alloimmunität“ erscheint uns jedoch auch ein allzu ungünstiger Begriff zu sein. Aus diesem Grund wird in diesem Artikel der
Begriff „innatale Immunität/Alloimmunität“ verwendet, auch wenn sich die Bezeichnung möglicherweise nicht durchsetzen wird.
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 192
moralen Antikörpern) vorausgeht. Umfassende Einzelheiten über dieses erst
Mitte/Ende der 1990er Jahre wiederentdeckte Abwehrsystem sind in meiner
Monographie „Innate Alloimmunity,
Part 1: Innate Immunity and Host Defense“ ausführlich beschrieben [1]. In
diesem Kapitel sollen lediglich einige
Aspekte der innatalen Infektabwehr besprochen werden, die im Hinblick auf
Prozesse und Mechanismen der innatalen Alloimmunität als relevant eingestuft werden müssen.
2.2 Innatales Immunsystem: eine große
Familie von Zellen mit
unterschiedlichen Funktionen
Eine große Familie von Zellen steht im
Dienste der innatalen Verteidigung gegen eindringende Krankheitserreger,
übernimmt dabei aber unterschiedliche
Funktionen. Dazu zählen zunächst die
eigentlichen mobilen Immunzellen, darunter die neutrophilen, basophilen und
eosinophilen Leukozyten, weiterhin
phagozytierende Zellen wie dendritische Zellen und Makrophagen, aber
auch spezielle Formen von Lymphozyten wie beispielsweise natürliche Killer-Lymphozyten. Alle diese Zellen haben die Fähigkeit, an den Ort einer Erreger-bedingten Gewebeschädigung zu
wandern und dort unter Sekretion von
Zytokinen, Chemokinen und anderen
pharmakologischen Mediatorsubstanzen sowie Hochregulierung der Expression von Adhäsionsmolekülen ein entzündliches Milieu aufbauen. Ziel dieses
Szenarios ist es, pathogene Keime zu
eliminieren und geschädigtes Gewebe
zu reparieren. Außerdem sind aber auch
sesshafte Gewebezellen im Auftrag der
innatalen Immunabwehr tätig, darunter
Epithelzellen, Myofibroblasten, Mastzellen und vaskuläre Zellen, die für die
Immunabwehr „vor Ort“, d.h. überall
dort, wo Erreger eintreten können, verantwortlich zeichnen.
Beachtlich ist, dass mobile Zellen wie
Leukozyten und Makrophagen ihre unmittelbare Abwehrfunktion dadurch
ausüben, indem sie Mikroorganismen,
aber auch apoptotische oder nekrotische
Zelltrümmer phagozytieren, während
aktivierte Epithelzellen in den Schleimhäuten in der Lage sind, gegen eindringenden Krankheitserreger antimikrobielle Peptide, darunter Defensine und
Kathelizidine, also körpereigene Antibiotika, „vor Ort“ zu sezernieren. Dage-
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
gen sind Myofibroblasten und vaskuläre Zellen, z.B. glatte Muskelzellen in
der Gefäßwand, in erster Linie für die
Reparation geschädigten Gewebes zuständig. Dendritische Zellen spielen
insbesondere im Hinblick auf Mechanismen der Transplantatabstoßung eine
besondere Rolle, da sie als Antigen-präsentierende Zellen die Brücke zur erworbenen adaptiven Immunität bilden.
In dieser Rolle interagieren sie mit naiven T-Lymphozyten, präsentieren ihnen
im Rahmen von MHC-Molekülen
fremdes (z.B. mikrobielles) prozessiertes Antigen und aktivieren damit diese
Gruppe „federführender“ Zellen der
adaptiven Immunität.
2.3 Zelluläre Erkennungsrezeptoren
und einige ihrer Agonisten/
Liganden
Die zentrale Herausforderung für das
innatale Immunsystem besteht darin,
das Überleben eines Individuums im
täglichen Überlebenskampf gegen
schädigende Einflüsse zu garantieren
und zu sichern. Dazu gehört die sichere
und rasche Erkennung und anschließende Bekämpfung eindringender Krankheitserreger. Im Hinblick auf die große
Vielfalt weltweit existierender, potentiell infektiöser Mikroorganismen, die
ein solches Abwehrsystem aufspüren
muss, ist diese Aufgabe nur schwer lösbar. Um ihr aber gerecht zu werden, haben nicht nur Vertebraten, sondern auch
z.B. Insekten, aber auch Pflanzen, im
Verlauf der Evolution einen Satz molekularer Muster-Erkennungsrezeptoren
(engl. pattern recognition receptors,
„PRRs“) entwickelt, die über die
Keimbahn codiert sind und über sie
weitergegeben werden [2,3].
Diese zellulären Erkennungsrezeptoren
können eindringende Erreger aufspüren, indem sie hochgradig konservierte
mikrobielle Molekularstrukturen erkennen und binden, die in der angelsächsischen Sprache auch als „pathogen-associated molecular patterns“, kurz
„PAMPs“, bezeichnet werden. Diese
Moleküle fungieren demnach als Agonisten bzw. als Liganden der Erkennungsrezeptoren. Das bekannteste und
am besten erforschte mikrobielle Molekül ist das Lipopolysaccharid (LPS =
Endotoxin), das Bestandteil der äußeren
Membran der äußeren Wand von Gramnegativen Bakterien (= Lipid A) ist.
Gram-positive Bakterien werden von
den Rezeptoren an der Erkennung von
Peptidoglykan (PGN) aufgespürt, einem aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetzten Makromolekül, das
in der Zellwand dieser Bakterien lokalisiert ist. Hervorzuheben ist außerdem,
dass die Muster-Erkennungsrezeptoren
ebenfalls Moleküle erkennen können
und an sie binden, die in intrazellulären
Kompartiments sequestriert sind, die
sich von denjenigen unterscheiden, in
denen die Rezeptoren lokalisiert sind
(z.B. fremde Nukleinsäuren wie virale
DNA, RNA). So unterscheiden wir, je
nach Lokalisation der Erkennungsrezeptoren in drei unterschiedlichen zellulären Kompartiments: (1) zelluläre
membrangebundene, (2) zelluläre zytoplasmatische und (3) extrazelluläre Rezeptoren. Den membrangebundenen
Rezeptoren werden die Toll-like Rezeptoren (engl. Toll-like receptors, TLRs)
zugeordnet, von denen beim Menschen
inzwischen zehn Rezeptoren (TLR1TLR10) entdeckt worden sind [4,5]. Sie
sind an der Oberflächenmembran von
Zellen exprimiert, aber auch im Bereich
von Membranen der lyso-endosomalen
Kompartiments (Abb. 1). TLR4 und
TLR2 als typische Erkennungsrezeptoren auf der Zelloberfläche erkennen eine Reihe von PAMPs, darunter LPS
(durch TLR4) und PGN (durch TLR2).
Wenn allerdings dieses auf TLRs basierende Frühwarnsystem an Zellmembranen von Erregern (z.B. Viren!) erfolgreich umgangen wird, kommen die im
Zytosol lokalisierten Erkennungsrezeptoren zum Zuge. Diese können derzeit
in 3 besonders wichtige Familien eingeteilt werden [2,3]. So unterscheiden wir
(1) Mitglieder der NLR-Familie (engl.
NLRs, NOD-like receptors; z.B.
NOD1, NOD2, nucleotide-binding oligomerization domain protein 1 and 2),
die in erster Linie über die Erkennung
von PAMPs, z.B. PGN, für die Abwehr
intrazellulär vorgedrungener Bakterien
verantwortlich sind. So weiß man inzwischen, dass NOD1 bei der intrazellulären Erkennung von Escherichia coli, Shigella flexneri und Pseudomonas
aeruginosa eine Rolle spielt; NOD2
partizipiert in der Erkennung von Streptokokkus pneumonia und Mycobakterium tuberculosis (Abb. 2) [6,7]; (2) Mitglieder der RLR-Familie (engl. RLR,
RIG-I-like receptors; z.B. RIG-I, retinoic acid-inducible gene-I; MDA5, melanoma-differentiation-associated gene
5), die zytoplasmatische einzelsträngige
RNA (engl. single-stranded RNA,
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 193
Abb. 1: Lokalisation membrangebundener signalisierender Erkennungsrezeptoren aus der Toll-like-Rezeptor-Familie.
Toll-like-Rezeptoren sind zum einen an
der Zelloberfläche sowie zum anderen
im Bereich der lyso-endosomalen Kompartiments lokalisiert. Einige Beispiele
in der Erkennung von PAMPs (z.B.
LPS) und viraler/bakterieller Nukleinsäuren sind aufgeführt (Abkürzungen:
siehe S. 182/183).
Abb. 2: Intrazelluläre Lokalisation verschiedener bakterieller Erkennungsrezeptoren aus der NLR-Familie sowie
ihre getriggerten Signalkaskaden.
Die getriggerten Signalisierungswege
involvieren die Rekrutierung von Adaptermolekülen und führen zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren
(NF-κB, AP-1) sowie Caspase-1. Einige Beispiele in der Erkennung von
Krankheitserregern bzw. PAMPs sind
aufgeführt. Während die Transkriptionsfaktoren via Genaktivierung in erster Linie für die Sekretion proinflammatorischer Zytokine sowie anderer antimikrobieller Substanzen, die alle zur Infektabwehr beitragen, verantwortlich
sind, führt die Aktivierung von Caspase-1 gezielt zur Produktion von IL-1β.
(Abkürzungen: siehe S. 182/183).
Abb. 3: Intrazelluläre Lokalisation verschiedener viraler Erkennungsrezeptoren aus der RLR-Familie sowie ihre getriggerten Signalkaskaden.
Die getriggerten Signalisierungswege
involvieren die Rekrutierung von Adaptermolekülen und führen zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren
(NF-κB [p50/p65] und IRF3, IRF7).
Die aktivierten Transkriptionsfaktoren
sind via Genaktivierung in erster Linie
für die Produktion von Typ-I-Interferonen und anderer proinflammatorischer
Zytokine verantwortlich (Abkürzungen:
siehe S. 182/183).
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 194
ssRNA) und doppelsträngige RNA
(engl. double-stranded RNA, dsRNA)
erkennen und so eine antivirale Immunität über Induktion von Typ-I-Interferonen vermitteln (Abb. 3) [8,9]; und (3)
das Molekül AIM2 (absent in melanoma 2), ein erst vor kurzem entdeckter
zytosolischer Rezeptor, der im Zytoplasma lokalisierte doppelsträngige
DNA (dsDNA) zu erkennen vermag
[10,11]. Festzuhalten ist, dass bestimmte Toll-like Rezeptoren (TLR3, TLR7
und TLR9) ssRNA als auch dsRNA
oder dsDNA in Endosomen detektieren
und erkennen können (Abb.1). Außerdem kann ein Mitglied der NLR-Familie, NALP3 (engl. Nacht domain-, leucine-rich repeat (LRR) and pyrin domain (PYD)-containing protein 3), von
zytoplasmatischen Nukleinsäuren aktiviert werden [3].
Auf eine nähere Besprechung dieser
Rezeptoren-Klassen und ihrer Agonisten muss allerdings im Rahmen dieser
Arbeit verzichtet werden.
2.4 Signalkaskaden in Zellen der
innatalen Immunität
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Abb. 4: Beispiel einer TLR4-gesteuerten Infektabwehr gegen Gram-negative Bakterien (LPS als beispielhaftes PAMP angeführt).
Skizziert sind: TLR4 (MD-2/CD14)-getriggerte, MyD88-abhängige und MyD88-unabhängige (=TRIF-abhängige) Signalisierungswege via Rekrutierung der 4 Adaptermoleküle (MyD88-TIRAP, TRIF- TRAM), Aktivierung initialer und distaler Kinasen sowie Aktivierung der 3 Meister-Transkriptionsfaktoren NF-κB (= p50,p65),
AP-1 und IRF3. Während NF-κB und AP-1 via Genaktivierung in erster Linie für die
Sekretion proinflammatorischer Zytokine sowie Expression kostimulierender Moleküle verantwortlich sind (und damit für die Ausreifung von dendritischen Zellen),
führt IRF3 vorwiegend zur Produktion von Typ-1-Interferonen. Insgesamt dient die
Aktivierung aller 3 Transkriptionsfaktoren dem Aufbau einer effizienten Infektabwehr. (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
2.4.1 TLR-getriggerte
Signalisierungswege
Intrazellulär ablaufende Signalkaskaden, die über Erkennungsrezeptoren
ausgelöst werden und zur vollen Funktionalität einer Zelle des innatalen Immunsystems führen, sind am ergiebigsten auf dem Gebiet des TLR-Systems
erforscht, insbesondere von der Arbeitsgruppe um Akira in Japan [3-5]. In Abbildungen 4 und 5 sind einige TLR-getriggerte Signalkaskaden sowie ihre involvierten Moleküle (Adaptermoleküle, initiale und distale Kinasen, Transkriptionsfaktoren) grobschematisch
wiedergegeben. Hier stichwortartig nur
soviel: Nach Erkennung von PAMPs,
z.B. LPS, PGN, Lipoteichonsäure
(engl. lipoteichoic acid, LTA) und Flagellin ( durch TLR4, TLR2 bzw. TLR5)
oder auch Erkennung von bakteriellen
und viralen Nukleinsäuren durch
TLR3, TLR7/TLR8 und TLR9 (siehe
Übersicht [3]) können in erster Linie
zwei unterschiedliche Signalwege unterschieden werden: ein MyD88 (engl.
MyD88, myeloid diffferentiation marker 88)-abhängiger („kanonischer“)
und ein MyD88-unabhängiger, aber
TRIF (engl. TRIF, Toll IL-1 receptor
(TIR) domain-containing adaptor- indu-
Abb. 5: Beispiele TLR-getriggerter Signalisierungswege, wie sie nach Erkennung viraler Nukleinsäuren ablaufen.
Während der Erkennungsrezeptor TLR4 virale Komponenten auf der Zelloberfläche
erkennt, erkennen TLR7 und TLR8 – auf lyso-endosomalen Membranen lokalisiert –
virale einsträngige RNA und TLR3 virale doppelsträngige RNA. TLR9 dagegen erkennt CpG-Motive auf bakterieller DNA (nicht methylierte CpG-Dinukleotide).TLR4
und TLR3 lösen den TRIF-abhängigen (MyD88-unabhängigen) Signalweg aus, während TLR7-,TLR8- und TLR9 über den MyD88-abhängigen Pfad signalisieren. Die 3
aktivierten Transkriptionsfaktoren NF-κB (p50,p65), IRF3 und IRF7 führen über
Genaktivierung zum Aufbau einer effizienten antiviralen Infektabwehr. (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
cing IFN-β)-abhängiger Signalpfad.
Bei MyD88, ebenso wie bei TIRAP
(engl. TIRAP, TIR-associated protein),
TRIF und TRAM (engl. TRAM, TRIFrelated adaptor molecule), handelt es
sich um so genannte Adaptermoleküle,
also um Proteine ohne enzymatische
Funktion, welche lediglich als Module
fungieren, an die intrazellulär-kooperierende Kinasen und andere Enzyme „andocken“ können. Nach Erkennung initiieren TLRs über Rekrutierung dieser
Adapterproteine mehrere intrazelluläre
Signalkaskaden, wobei unterschiedliche TLRs nach Erkennung unterschiedlicher mikrobieller Strukturen und Nukleinsäuren auch verschiedene Adaptermoleküle rekrutieren. So rekrutiert
TLR4 alle vier Adapterproteine. Weiter
stromabwärts werden sodann über die
Aktivierung von initialen Kinasen, darunter IRAK (engl. IRAK, interleukin
receptor-associated kinase) und TRAF6
(engl. TRAF 6, TNF-receptor-associated factor 6), sowie von mehreren distalen Kinasen, darunter MAP-Kinasen
(engl. MAP-kinases, mitogen- activated
protein kinases), der IKK (engl. IKK,
IκB kinase)-Komplex und TBK1 (engl.
TBK1, IKK-related kinase, Tank-binding kinase-1), die „Meister“-Transkriptionsfaktoren NF-κB (engl. nuclear factor-kappaB), AP-1 (AP-1, engl.
activating protein -1) und IRF3/IRF7
(engl. IRF3/IRF7, interferon regulatory
factor 3/7) aktiviert. Die nachfolgende
transkriptionelle Aktivierung von > 500
Genen (engl. „innate immune genes“)
führt sodann zur vollen Funktionalität
einer Zelle.
2.4.2 NLR-getriggerte Signalisierungswege
Die Rezeptoren NOD1 und NOD2 sind
gut klassifizierte Mitglieder der NLR
Familie, die u.a. – wie oben bereits erwähnt – distinkte strukturelle Motive
des PAMP Peptidoglykan erkennen.
NOD1 und NOD2 –getriggerte Signalisierungswege resultieren in einer Induktion proinflammatorischer Zytokine
sowie anderer antimikrobieller Substanzen, die alle zur Infektabwehr beitragen (involvierte Moleküle, siehe
Abb.2) [12,13]. Wichtig ist hier festzuhalten, dass über NOD1 und NOD 2 getriggerte Signalwege zur Rekrutierung
der CARD (engl. CARD, caspase-activating and recruiting domain) - enthaltenen Serin/Threonin Kinase RIP2,
(engl. RIP2, RIP-like interacting caspase-like apoptosis regulatory protein kinase) führen. Die Induktion des
NOD/RIP2-Komplexes resultiert sodann in einer Aktivierung der proinflammatorischen Transkriptionsfaktoren NF-κB und AP-1. Der RIP2-Kinase-Aktivität kommt hier eine bedeutende zentrale Rolle bei NOD1- und
NOD2-vermittelten innatalen Immunantworten zu [14,15].
Während die über NOD1- und NOD 2ausgelösten Signalpfade zur Aktivierung der proinflammatorischen Transkriptionsfaktoren NF-κB und AP-1
führen, sind andere Mitglieder der
NLR-Familie,
darunter
NALP3,
NALP1, NAIP (engl. NAIP, neuronal
apoptosis inhibitor protein) und IPAF
(engl. IPAF, ICE-protease-activating
factor), in der Lage, inflammatorische
Caspasen zu aktivieren. Wie unten näher ausgeführt, kommt hier dem Molekül NALP3 im Hinblick auf seine Beteiligung an der Aktivierung des Inflammasoms eine besondere Bedeutung
zu. So konnte gezeigt werden, dass die
NLR-induzierte Aktivierung der Caspase-1 das Adapterprotein ASC (engl.
ASC, apoptosis-associated speck-like
protein containing a CARD) involviert,
bei dem es sich um ein duales Adapterprotein handelt, ausgezeichnet durch eine Pyrin- und CARD-Domäne. Da Caspase-1 eine CARD-Domäne an ihrem
N-Terminus besitzt, ist das „bipartite“
Protein ASC als ein überbrückendes
Molekül gewertet worden, das für die
Assoziation zwischen einigen NLR-Rezeptoren und Caspase-1 verantwortlich
ist [16-18].
2.4.3 RLR-getriggerte Signalisierungswege
Die RLR-getriggerten Signalkaskaden
sind inzwischen übersichtlich und umfassend dargelegt worden [3,19-23].
Die Signalwege münden in einer Aktivierung der Transkriptionsfaktoren
NF-κB und IRF3 und IRF7, die für die
Induktion einer Typ-I-IFN-Antwort,
aber auch anderer Zytokin-Antworten
verantwortlich zeichnen (Abb. 3). Die
Kaskaden starten mit einer über RLReingeleiteten Erkennung von RNA-Viren: RIG-I und MDA5 erkennen einmal
5`Triphosphat-RNA, eingebettet in einer viralen dsRNA, sodann interagieren
diese Moleküle mit IPS (IPS, engl. interferon promoter-stimulating factor-1).
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 195
TRAF 3 wird zur Aktivierung von
IPS-1-induzierten Signalwegen benötigt sowie einer K63-Polyubiquitinierung. Sodann rekrutiert TRAF3 TANK/
NAP1/SINTBAD (siehe Abkürzungen)
die Kinasen TBK1/IKK-ε, d.h. Moleküle, die IRF3 und IRF7 phosphorylieren.
Diese molekularen Schritte leiten die
nukleare Translokation der IRFs ein,
gefolgt von der Induktion der Expression von Typ-I-IFN-Genen. Darüber hinaus wird der IKK-Komplex ebenfalls
durch IPS-1 über einen FADD-DED
(engl. FADD-DED, Fas-associated protein with death domain – death-effector
domain)- sowie Caspase-8/Caspase-10abhängigen Reaktionsweg aktiviert.
Diese molekularen Vorgänge münden
dann in einer Aktivierung von NF-κB.
2.4.4 Das NALP3 und AIM2
Inflammasom
Im Hinblick auf Mechanismen der innatalen Alloimmunität, wie sie unten beschrieben werden, ist die Entdeckung
des NALP3-Inflammasoms durch die
Gruppe um Tschopp und Martinon
[24,25] von besonderer Bedeutung. Es
handelt sich bei dem NALP3-Inflammasom um einen intrazellulären Multiproteinkomplex, dessen Aktivierung
und Formierung zur Sekretion der proinflammatorischen Zytokine IL-1β, IL18 und möglicherweise IL-33 führt.
Diese 3 Zytokine triggern sodann auf
autokrine Weise ihre korrespondierenden Rezeptoren und fördern damit (1)
die Antigenpräsentation, (2) die Hochregulierung kostimulierender Moleküle
(siehe unten) sowie (3) die Freisetzung
weiterer Zytokine.
Der initiale Prozess involviert das
Adaptermolekül ASC, das wiederum
Caspase-1 aktiviert, ein Enzym, welches in der Lage ist, die Proform o.g.
Zytokine in reife Formen zu prozessieren. Das NALP3-Inflammasom ist besonders zum Aufspüren einer Plethora
von Molekülen qualifiziert, welche
vom bakteriellen Muramyldipeptid bis
hin zu Urat-Mikrokristallen reicht [26].
Von großem Interesse ist, dass sich das
NALP3-Inflammasom als Antwort auf
extrazelluläres ATP, Poren-bildender
Toxine oder Mikrokristalle nur in der
Gegenwart proinflammatorischer Stimuli formiert. Erst kürzlich publizierte
Studien haben gezeigt, dass über NFκB-Aktivator vermittelte Signale zwar
notwendig sind, aber nicht ausreichen,
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 196
um NALP3 zu aktivieren, sondern dass
ein zweiter Stimulus wie ATP oder
Kristall-induzierte Zell-/Gewebeschädigung erforderlich ist, um den Multiproteinkomplex zu aktivieren [27].
Von sehr großem Interesse sind auch
neuere experimentelle Erkenntnisse
über die NALP3-unabhängige Aktivierung des Inflammasoms durch den zytosolischen DNA-Rezeptor AIM2
[10,11]. AIM2 ist ein Mitglied der IFNinduzierbaren HIN-200-Familie. Das
Molekül, das eine N-terminale PyrinDomäne und eine C-terminale Oligonukleotid/Oligosaccharid-bindende Domäne (so genannte HIN-200-Domäne)
besitzt, erkennt zytoplasmatische
dsDNA (> 44 Basenpaare) mittels ihrer
HIN-200-Domäne und interagiert mit
ASC durch seine Pyrin-Domäne, um
dann Caspase-1 zu aktivieren. Die
nachfolgenden Reaktionen führen dann
ebenfalls zur Sekretion der proinflammatorischen Zytokine IL-1β, IL-18 und
IL-33. Hervorzuheben ist, dass die Forschergruppen herausgefunden haben,
dass die Quelle zytoplasmatischer DNA
unbedeutend ist, um von AIM2 erkannt
zu werden. Dies bedeutet aber, dass
nicht nur virale oder bakterielle DNA in
der Lage ist, das Inflammasom zu aktivieren, sondern auch endogene (veränderte) DNA wie möglicherwiese oxidierte DNA (sieh unten).
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
mentalen innatalen Immunvorgänge bei
Antigenaufnahme, -phagozytose, -prozessierung und -präsentation sind in
meinem Buch Immunsuppressive Therapie dargelegt [28]. Hier sei nur hinzugefügt und kurz erwähnt, dass inzwischen neuere Untersuchungen zeigen
konnten, daß der Antigen-PhagozytoseProzess durch dendritische Zellen ebenfalls über Erkennungsrezeptoren, z.B.
Toll-like Rezeptoren, gesteuert wird. So
wurde kürzlich berichtet, dass Toll-like
Rezeptoren Kinetik und Ausbildung der
Phagosom-Reifung kontrollieren und
über diesen Weg das Phänomen der
Kreuz-Präsentation beeinflussen können [29].
Neben einer effizienten Ag-Phagozytierung und Ag-Prozessierung durch un-
reife dendritische Zellen ist aber ihre
Ausreifung zu immunstimulierenden
Zellen für die Induktion einer adaptiven
Immunantwort von ausschlaggebender
Bedeutung.
In der Tat: Die über TLRs und andere
Rezeptoren getriggerten Signalisierungswege resultieren in einer Ausreifung Antigen-präsentierender dendritischer Zellen (engl. dendritic cells,
DCs), einem markanten Ausdruck ihrer
vollen Funktionalität (Abb. 6). Diese
einzigartige Kategorie phänotypischmetamorphosierender Zellen des innatalen Immunsystems ist in der Lage,
nach Wanderung aus entzündlichem
Gewebe in das sekundäre lymphatische
System, dort naive T-Lymphozyten zu
stimulieren und damit eine Ag-spezifi-
2.5 Induktion einer adaptiven
Immunantwort durch reife,
immunstimulierende/
„immunogene“ dendritische Zellen
Die besondere „Brückenrolle“ dendritischer Zellen im Hinblick auf die Induktion einer adaptiven Immunantwort
wurde oben schon kurz erwähnt. Als
unreife Zellen greifen sie zunächst ins
Entzündungsgeschehen ein, indem sie
mikrobielle Substanzen phagozytieren,
sodann prozessieren, um sie dann – eingebettet „in der Grube“ und von MHCKlasse- I- und MHC-Klasse-II-Molekülen umgeben – naiven T-Zellen zu präsentieren. Besondere Bedeutung kommt
dabei der Kreuz-Präsentation zu, bei
der die Präsentation mikrobieller Peptide in Form exogener Antigene nicht nur
auf MHC-Klasse-II-Molekülen beschränkt ist (übliche „kanonische“ Präsentation) sondern auch auf MHCKlasse-I-Molekülen erfolgt. Weitere,
den Transplantationsmediziner interessierende Einzelheiten über diese funda-
Abb. 6: Grobschematische und stark vereinfachte Darstellung der Ausreifung immunstimulierender/"immunogener" dendritischer Zellen im Zuge einer entzündlichen Gewebeschädigung.
Die Ausreifung unreifer dendritischer Zellen ist mit der Hochregulierung der 3 Signale assoziiert, die in der Lage sind, naive T-Lymphozyten zu stimulieren/aktivieren
und damit eine adaptive Immunantwort einzuleiten. Signal 1: hochregulierte MHCMoleküle; Signal 2: hochregulierte kostimulierende Moleküle plus CD 40 Ligation;
Signal 3: Sekretion Th1- und Th17-Zellen-polarisierender Zytokine.
Auf der rechten Seite der Abbildung ist das Beispiel einer über Krankheitserreger induzierten Gewebeschädigung dargestellt, ein Szenario, in dem dendritische Zellen
ein mikrobielles Peptid im MHC-Rahmen präsentieren. Die schädigungsinduzierten
innatalen Signalisierungswege führen hier über den Aufbau einer adaptiven Immunantwort zu einer effizienten Infektabwehr.
In analoger Weise ist auf der linken Seite das Beispiel einer ROS-vermittelten oxidativen Transplantatschädigung skizziert, ein Szenario, in dem Spender- und Empfänger-dendritische Zellen ein Allopeptid im MHC-Rahmen präsentieren. Die schädigungsinduzierten innatalen Signalisierungswege führen hier über den Aufbau einer
adaptiven Alloimmunantwort zu einer Transplantatabstoßung. (Abkürzungen: siehe
S. 182/183).
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
sche adaptive T-/B-Zell-Immunantwort
in Gang zu setzen. Dazu sind 3 Signale
notwendig, die von reifen dendritischen
Zellen ausgesendet werden [30-33]:
Signal 1: Hochregulierung der Expression von MHC-Molekülen mit dem
„Peptid in der Grube“ (mikrobiell-abstammendes Peptid bei Infektion; Allopeptid aus geschädigten Transplantatzellen bei Transplantation), die vom TZell-Rezeptor der naiven Lymphozyten
erkannt werden; Signal 2: Hochregulierung der Expression von kostimulierenden Molekülen, die mit korrespondieren Molekülen auf Lymphozyten interagieren; Signal 3: Sekretion von proinflammatorischen und proliferationsfördernden Zytokinen, z.B. Zytokinen der
IL-12-Familie. Neuere Untersuchungen
haben außerdem gezeigt, dass insbesondere die so genannte CD40 Ligation
(CD40/CD40L-Interaktion zwischen
dendritischen Zellen und aktivierten
CD4+ T-Zellen) als auch die Ausbildung
eines globalen entzündlichen Milieus
im betroffenen „infektiösen“ Gewebe
notwendig ist, um voll-immunstimulierende dendritische Zellen ausreifen zu
lassen [34,35] (Abb. 6). Letzteres lässt
vermuten, dass der Aktivierung des Inflammasoms in der Ausbildung der immunstimulierenden Fähigkeiten dendritischer Zellen eine ganz entscheidende
Rolle zukommt.
2.6 Dendritische Zellen und innatale
Lymphozyten
Die über Muster-Erkennungsrezeptoren
getriggerte Aktivierung dendritischer
Zellen ist jedoch nicht der einzige Mechanismus, der diesen Zellen volle immunstimulierende Kompetenz verleiht.
So hat eine Reihe von eleganten Studien inzwischen gezeigt, dass die Ausreifung dendritischer Zellen in einem entzündlich-veränderten Gewebe auch
über alle 3 Kategorien innataler Lymphozyten vermittelt wird: über (1) aktivierte natürliche Killerzellen (NK-Zellen), (2) natürliche Killer-T-Zellen
(NKT-Zellen) und (3) gammadelta-TZellen (γδ T-Zellen). In umgekehrter
Weise können wiederum aktivierte innatale Lymphozyten nach Einwanderung ins sekundäre lymphatische System – im Sinne eines „Cross-Talks“ –
dendritische Zellen aktivieren (Übersichten, siehe [36-38]). Innatale Lymphozyten besitzen ebenfalls einen Satz
von Erkennungsrezeptoren, die PAMPs
sondieren können, die sich allerdings
von DC-typischen Rezeptoren unterscheiden. Hervorzuheben ist hier, dass
der über innatale Lymphozyten-vermittelte DC-Reifungsprozess über einen
direkten Zellkontakt zwischen beiden
Zelltypen sowie unter dem Einfluss
proinflammatorischer Zytokine abläuft. Die Bedeutung dieser Zellen bei
der Initiierung der innatalen Alloimmunität liegt in der Entdeckung, dass diese
Zellen nicht nur über pathogene Moleküle (PAMPs), sondern auch über bestimmte Stress-induzierte Schädigungsmoleküle aktiviert werden können (siehe unten).
2.7 Humorale Faktoren der innatalen
Immunität
Mit der Existenz zellgebundener Erkennungsrezeptoren zur Verteidigung gegenüber einer Gewebeschädigung gibt
sich das Reich der Vertebraten nicht zufrieden, sondern vertraut außerdem auf
weitere klassische Instrumente der innatalen Immunität: auf im Blut zirkulierende extrazelluläre humorale Faktoren,
darunter in erster Linie Komplement
[39,40]. Seit längerem sind der klassische und der alternative KomplementAktivierungspfad bekannt. Zu diesen
gesellt sich neuerdings nun ein dritter,
der Lektin-Pfad, der als ein äußerst
wirksames Instrument der innatalen Immunität zu werten ist. Am Beginn dieses Aktivierungspfads steht ein im Blutstrom zirkulierendes Erkennungsmolekül, das Mannose-bindende Lektin
(MBL), das die hervorragende Eigenschaft besitzt, Mikroben anhand ihrer
Zuckerstrukturen zu erkennen. Der Erkennungsvorgang setzt dann die molekulare Kaskade in Gang, die zur Aktivierung von Komplement führt. Interessant ist, dass die MBL-induzierte Komplementaktivierung offensichtlich die
aus evolutionärer Sicht ältere Form der
Komplementaktivierung
darstellt.
Komplement kann mithilfe dieser Kaskade unmittelbar nach Eintritt von Mikroorganismen aktiviert werden und
muss nicht eine Woche „warten“, bis
Antikörper gebildet worden sind und
damit die „klassische“ Aktivierung erst
möglich geworden ist.
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 197
2.8 Resümee
Die in hervorragender Weise integrierten und orchestrierten Funktionen der
Zellen der innatalen Immunität im Verbund mit einer adaptiven Immunantwort – hier nur in knappen Stichworten
wiedergegeben – repräsentieren ein Infektabwehr-System, das sehr wohl als
ein echtes Wunder der Natur bezeichnet
werden kann. Größte Bewunderung
flößt die hochintelligente und ausgeklügelte Regulierung der Effektor-Funktionen ein, die in diesem Abwehrsystem
operieren. Auch wenn hier nur mit wenigen Worten und lückenhaft beschrieben, so sollte doch zum Ausdruck kommen, dass das Zentrum dieser Regulation in der innatalen Kontrolle adaptiver
Immunantworten liegt. Beispielsweise
benötigen konventionelle Lymphozyten, die Ag-erkennende T-Zell-Rezeptoren mit zufälligen Spezifitäten exprimieren, sichere und aufschlussreiche
Instruktionen über den Ursprung von
Erreger-abstammenden antigenen Peptiden, wenn sie diese erkennen. Diese
Instruktionen kommen aber vom innatalen Immunsystem in Form von spezialisierten „instruierenden“ Molekülen, induziert von Erkennungsrezeptoren nach Aufspüren von Erreger-abstammenden PAMPs bzw. von Molekülen, die im Erreger-verursachten Entzündungsgebiet entstanden sind. Das
grundlegende Prinzip einer innatalen
Kontrolle der adaptiven Immunität basiert somit darauf, eine Assoziation herbeizuführen und zu garantieren zwischen (1) Erreger-abstammenden Antigenen, die von adaptiven Immunzellen,
also Lymphozyten erkannt werden, (2)
PAMPs, die von den Erkennungsrezeptoren auf innatalen Immunzellen, also
in erster Linie auf dendritischen Zellen,
erkannt werden und (3) dem entzündlich-veränderten Gewebe, in dem die
zellulären Reaktionen und Interaktionen sowie die molekularen Prozesse
stattfinden (nota bene: „innatale“ Signale, die von einem bestimmten Gewebe ausgehen, sind noch wenig erforscht). Um bei oben genanntem Beispiel zu bleiben: Gram-negative Bakterien können von dendritischen Zellen
phagozytiert und prozessiert werden;
gleichzeitig aktiviert das Erreger-abstammende Molekül LPS dendritische
Zellen via Toll-like Rezeptor 4.Unabhängig davon aber, ob PAMPs allein
oder im Verbund mit Signalen aus dem
betroffenen Gewebe lokale Effektor-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 198
Moleküle kontrollieren, sie sind auf jeden Fall in der Infektabwehr involviert.
Konkludierend kann man also argumentieren, dass PAMPs in ihrer Rolle
als gefährliche Signalmoleküle über ihre Erkennung von Rezeptor-tragenden
dendritischen Zellen eine Immunantwort hervorrufen, die zu einer robusten
Infektabwehr gegen eindringende
Krankheitserreger führt. Dies ist aber
nicht alles!
Wie im folgenden Kapitel näher ausgeführt, wird das innatale Abwehrsystem
nicht nur durch Erreger-bedingte Gewebeschädigungen aktiviert, sondern letztendlich im Zuge einer jeglichen „sterilen“ Gewebeschädigung. Und transplantierte Organe sind per definitionem
immer ischämisch/hypoxisch-geschädigte Organe!
3. Innatale Alloimmunität
3.1 Einleitung
Immunologen haben Transplantationsmedizinern während der vergangenen
50 Jahre nur die 2. Hälfte der ganzen
Geschichte erzählt: die Biologie und
das Wesen der erworbenen Immunität,
die nach chirurgisch-erfolgreich verlaufender Organtransplantation zur Transplantatabstoßung führt. Seit ungefähr
10 Jahren kennen wir nun auch die 1.
Hälfte: die Existenz der innatalen Immunität. In der Tat, nach allem, was wir
heute wissen, spielt die innatale Immunität eine grundlegende Rolle in der Organtransplantation: Es ist nun evident,
dass das innatale immunologische Abwehrsystem nicht nur bei Krankheitserreger-bedingten Gewebeschädigungen
auf den Plan gerufen wird, sondern bei
jedweder Gewebeschädigung, inklusive
der postischämischen Reperfusionsschädigung von Transplantaten. Dies
bedeutet aber, dass Transplantationsmediziner nunmehr umdenken und umlernen müssen, oder salopp ausgedrückt:
das Wissen um, sowie die Erforschung
von Mechanismen der Transplantatabstoßung als auch strategische Überlegungen zur ihrer Unterdrückung fangen
wieder von vorne an! Es kommt insbesondere darauf an, die Mechanismen zu
erforschen, die bei der Initiierung von
denjenigen innatalen Signalisierungswegen involviert sind, die den Aufbau
einer erworbenen Alloimmunantwort in
die Wege leiten und damit zur Transplantatabstoßung führen. Im Vergleich
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
zur innatalen Infektabwehr ist allerdings die Transplantationssituation dadurch kompliziert, als wir es hier mit 2
innatalen Immunsystemen zu tun haben, dem des Spenders und dem des
Empfängers; d.h. Spender- und Empfänger-abstammende dendritische Zellen übersetzen innatale Immunvorgänge
in Prozesse der erworbenen Alloimmunität beim Empfänger.
3.2 Erster Hinweis auf die Existenz
einer innatalen Alloimmunität:
die Schädigungshypothese (“Injury
Hypothesis”)
Der erste Hinweis auf die Existenz einer innatalen Alloimmunität ergab sich
aus klinischen Beobachtungen, die von
uns in Rahmen einer klinischen Studie
an nierentransplantierten Patienten mit
dem freien Radikalenfänger „Superoxid-Dismutase“ (SOD) gemacht und
1994 publiziert wurden [41]. In dieser
prospektiven, randomisierten, kontrollierten Studie konnte ein günstiger Effekt von SOD, intraoperativ kurz vor
Wiederdurchblutung des Transplantates
intravenös verabreicht, auf das Transplantatüberleben bei Ciclosporin-behandelten Patienten beobachtet werden:
So zeigten Patienten, die während der
Operation SOD erhalten hatten, im Vergleich zu Placebo-behandelten Kontrollpatienten eine statistisch signifikante Reduktion akuter und chronischer
Transplantatabstoßungen. Mit anderen
Worten: Die Behandlung = Minimierung einer unspezifischen (oxidativen)
Transplantatschädigung führte zur signifikanten Reduktion spezifischer immunologischer Abstoßungsprozesse.
Da keine experimentellen Daten zur
Verfügung standen, die unsere Beobachtungen hätten erklären können, stellten wir eine Arbeitshypothese auf, die
Schädigungshypothese (engl. Injury
Hypothesis). Sie besagt, dass die über
reaktive Sauerstoffspezies (engl. ROS,
reactive oxygen species) vermittelte
Reperfusionsschädigung von Transplantaten – und eben nicht der Grad ihrer Fremdheit, reflektiert durch ein
HLA-Mismatch – immunologische Mechanismen initiiert, die eine erworbene
Alloimmunantwort induzieren, und
zwar vornehmlich über die Aktivierung
Antigen-präsentierender Zellen (engl.
APCs, antigen-presenting cells). Darüber hinaus diskutierten wir die Möglichkeit, dass die ROS-induzierte Trans-
plantatschädigung zur Entwicklung der
chronischen Abstoßung beiträgt, und
zwar vornehmlich über die Entwicklung einer Alloatherosklerose als Folge
einer primären Endothelschädigung. In
den Jahren 2002/2003/2005, d.h. nach
der Wiederentdeckung der innatalen
Immunität, modifizierten und erweiterten wir unsere Theorie [42-49]: Wir diskutierten nun die Möglichkeit, dass die
über ROS-vermittelte Transplantatschädigung, welche nicht nur im Zuge der
Wiederdurchblutung im Empfänger,
sondern bereits im hirntoten Spenderorganismus eintritt, die innatalen Immunsysteme von Spender und Empfänger
aktiviert. So vermuteten wir, dass im
Zuge der Transplantatschädigung so
genannte Schädigungsmoleküle generiert werden, welche sodann von Toll-like Rezeptoren, darunter TLR4, erkannt
werden. Unsere neuen Vorstellungen
ermutigten uns auch zur Einführung
neuerer Begriffe: So führten wir im Jahr
2002 den englischen Begriff „Innate Alloimmunity“ ein, außerdem bezeichneten wir die Schädigungsmoleküle in
Analogie zu PAMPs als „DAMPs“, stehend für die englische Abkürzung von
„damage-associated molecular patterns“.
Und wir diskutieren weiter: Aktivierte
TLR-exprimierende dendritische Zellen
aktivieren in ihrer Funktion als „Brückenzellen“ naive T-Lymphozyten des
Empfängers und kurbeln damit die
adaptive Alloimmunantwort an, die zur
akuten Abstoßung führt, während aktivierte TLR-exprimierende vaskuläre
Zellen über den Weg einer Alloatherogenese zur Entwicklung der chronischen Abstoßung beisteuern. Die
„Injury Hypothesis“ hat bis zum heutigen Tag Gültigkeit und wurde in den
vergangenen Jahren von experimentellen und klinischen Daten bestätigt, die
präzise mit dem Konzept der Schädigungshypothese übereinstimmen. Einige dieser Befunde sind im Folgenden
kurz dargelegt.
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
3.3 Reaktive Sauerstoffspeziesinduzierte Schädigungsmoleküle
(DAMPs) und ihre Erkennungsrezeptoren
3.3.1 Die über reaktive Sauerstoffspeziesinduzierte Reperfusionsschädigung von Transplantaten:
ein circulus vitiosus
Wie ausführlich in Teil 2 meiner Monografie beschrieben [50], sprechen viele
Untersuchungsbefunde für die Annahme, dass die initiale Produktion reaktiver Sauerstoffspezies im Zuge einer Organreperfusion über vaskuläre Zellen
erfolgt, die als erste Zellen die erneute
Zufuhr von molekularem Sauerstoff
wahrnehmen; d.h. also in der Transplantationssituation, vaskuläre Zellen
des Spenderorgans. Wie unten näher
ausgeführt, scheinen Hypoxie wahrnehmende, in Gefäßzellen lokalisierte,
ROS produzierende Enzymsysteme in
erster Linie für diese initiale Produktion
freier Sauerstoffradikale verantwortlich
zu sein. Sodann wandern neutrophile
Leukozyten ins reperfundierte Gewebe
ein, um dort über „vaskuläre ROS“
(engl. vascular ROS, vROS) aktiviert
zu werden. Dies führt zu einer zweiten
„ROS-Welle“, diesmal ausgelöst von
aktivierten neutrophilen Leukozyten
(engl. neutrophilic ROS, nROS). In der
Transplantationssituation handelt es
sich hier naturgemäß vorwiegend um
Empfänger-abstammende neutrophile
Leukozyten. Interessanterweise lassen
neuere Studien vermuten, dass neutrophile Leukozyten in erster Linie über
Erkennung von vROS-induzierten
DAMPs durch Toll-like Rezeptoren
(TLR4!) zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies veranlasst werden. Im
Gegenzug vermögen nROS wiederum
vaskuläre Zellen zu aktivieren, die mit
der Produktion von vROS antworten:
ein circulus vitiosus.
Hervorzuheben ist an dieser Stelle, dass
eine oxidative Transplantatschädigung
bereits bei hirntoten Organspendern beginnt, in deren Seren mit Hilfe des Malondialdehyd (MDA)-Tests freie Sauerstoffradikale nachgewiesen werden
konnten [51]. Im Zuge der Wiederdurchblutung des Transplantates beim
Empfänger können Transplantationschirurgen dann die erneute oxidative
Schädigung beobachten, deren Intensität von den Spenderkonditionen und der
Länge der kalten Ischämiezeiten abhängt. Der Nachweis reaktiver Sauer-
stoffspezies bei humanen reperfundierten Nierentransplantaten ist keine neue
Entdeckung, sondern gelang schon in
den neunziger Jahren mehreren Arbeitsgruppen unter Anwendung und mit Hilfe des Malondialdehyd-Tests [52-54].
Unsere Arbeitsgruppe hat dann die Generation von besonders toxischen Hydroxyl-Radikalen in späteren Untersuchungen mit Hilfe der Elektronen-paramagnetischen Resonanzspektroskopie
(EPR-Spektroskopie) bei der Wiederdurchblutung humaner Nierentransplantate nachweisen können [46,55].
Auffallend in unseren Studien war die
Beobachtung, dass bereits 5 Minuten
nach Beginn der Reperfusion ein erstes
„Peak“ in der ROS-Produktion nachweisbar war.
Dem definitiven Nachweis reaktiver
Sauerstoffspezies bei humanen reperfundierten Organtransplantaten kommt
eine entscheidende wissenschaftliche
Bedeutung zu: So sind experimentelle
Ergebnisse, die an Modellen der Reperfusionsschädigung autologer Organen
gewonnen wurden, durchaus auf die
klinische
Transplantationssituation
übertragbar. Mit gleicher Argumentation erscheint es auch gerechtfertigt, Befunde aus In-vitro-Untersuchungen interpretativ heranzuziehen, in denen beispielsweise die Produktion von DAMPs
unter dem Einfluss von zugefügtem
H2O2 nachgewiesen werden konnte.
3.3.2 Oxidative Transplantatschädigung und die Generation
von DAMPs
Jedes vaskularisierte Transplantat ist
ein reperfundiertes Organ! Zahlreiche
experimentelle Untersuchungen an
Nieren-, Herz- und Lungentransplantaten nach hypothermer Organkonservierung haben klar aufgezeigt, dass der
Gesamtvorgang der Organentnahme,
Organkonservierung und Reimplantation mit einer erheblichen postischämischen Reperfusionsschädigung verbunden ist, die über reaktive Sauerstoffspezies vermittelt wird. Dabei haben neuere Studien zu der Erkenntnis geführt,
dass es sich bei der Zerstörung allogener Transplantate um einen multifaktoriellen Prozess handelt, der durch den
Angriff reaktiver Sauerstoffspezies auf
Biomoleküle (Proteine, Lipide, DNA)
eingeleitet wird, gefolgt von der Generation von DAMPs (umfassende Darlegung dieser Szenarien in [50]). Zu be-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 199
tonen ist hier nochmals, daß die Schädigungsmoleküle - in Analogie zu exogenen PAMPs - als endogene Agonisten
der verschiedenen innatalen Muster-Erkennungsrezeptoren fungieren. Dies bedeutet, daß DAMPs in der Lage sind,
die Aktivierung sowohl von Rezeptorexprimierenden dendritischen Zellen,
Rezeptor-tragenden innatalen Lymphozyten als auch humoralen Faktoren wie
Komplement zu induzieren. Das Ergebnis ist der Aufbau einer inflammatorischen innatalen Isoimmunantwort beim
Empfänger, die in die Entwicklung einer erworbenen Alloimmunantwort
übergeht. Einige dieser Stationen sind
weiter unten näher beschrieben.
Im Hinblick auf die oben erwähnten
Prämissen können nunmehr sichere
Aussagen über die Generation von
schädigungsinduzierten DAMPs getroffen werden. So hat eine Reihe von Untersuchungen sowohl an In-vivo- Modellen einer Reperfusionsschädigung
als auch an In-vitro-Reoxygenierungsmodellen inzwischen zeigen können,
dass DAMPs im Sinne von Stressmolekülen/Schädigungsmolekülen generiert
werden, die entweder aktiv aus Immunzellen sezerniert bzw. auf Epithelzellen
exprimiert oder auch passiv aus nekrotischen bzw. spät apoptotischen Zellen
freigesetzt werden.
Aus didaktischen Gründen habe ich
versucht, diese DAMPs – soweit bekannt – in 4 unterschiedliche Kategorien einzuteilen [50]. Ein kurzer Überblick über diese Kategorisierung ist hier
wiedergegeben.
Klasse-I-DAMPs
Hierzu zählen das Hitze-Schock-Protein 72 (HSP72), das unsere Arbeitsgruppe in reperfundierten humanen
Nierentransplantaten nachweisen konnte [56], aber insbesondere das wohl am
besten erforschte Molekül high mobility group box 1 (HMGB1), ein nukleares
und zytoplasmatisches Protein, das
reichlich in den Zellen von Säugetieren
vorkommt [57,58]. Darüber hinaus
werden aus der geschädigten extrazellulären Matrix Fragmente freigesetzt wie
Hyaluronan-Fragment (fHA) [59], Heparansulfat [60] und Fibronektin [61].
Alle diese Moleküle, die auch im Zuge
einer Reperfusionsschädigung produziert werden, können von Erkennungsrezeptoren auf dendritischen Zellen erkannt werden, wie beispielsweise
TLR4, TLR2 oder auch vom Rezeptor
für glykierte Endprodukte (engl. recep-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 200
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
tor for advanced glycation end-products, RAGE), einem Rezeptor, der offensichtlich bei der Erkennung von
Krankheitserregern keine allzu große
Rolle spielt. Typische Erkennungsinteraktionspaare sind HMGB1-RAGE,
HSP72-TLR4 und fHA-TLR2. Der Erkennungsprozess führt sodann zur Reifung der Zellen, d.h. also zu ihrer Aktivierung (Abb. 7).
Abb. 7: Reperfusionsschädigung-induzierte Klasse-I-DAMPs und ihre Fähigkeit, als
Agonisten von Erkennungsrezeptoren dendritische Zellen zur Ausreifung zu stimulieren.
Diese Kategorie von DAMPs wird entweder über gestresste Immunzellen (z.B. dendritische Zellen) aktiv sezerniert oder von nekrotischen/spät apoptotischen Zellen
passiv freigesetzt (z.B. HMGB1, HSP72). Darüber hinaus werden diese Schädigungsmoleküle als Fragmente auch aus der geschädigten extrazellulären Matrix
freigesetzt (z.B. Hyaluronan-Fragmente). Alle diese DAMPs können von Erkennungsrezeptoren, darunter TLR4, TLR2 und RAGE, erkannt werden. Typische Erkennungs-Interaktionspaare sind HMGB1-RAGE, HSP72-TLR4 und fHA-TLR2. (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
Abb. 8: Aktivierung der 3 Kategorien innataler Lymphozyten im Zuge einer (oxidativen) Gewebe-/Zellschädigung über Erkennung exprimierter Klasse-II-DAMPs
(MICA/MICB, ULBPs).
Haupterkennungsrezeptor auf NK-Zellen und γδ T-Zellen für diese Kategorie
DAMPs ist der NKG2D-Rezeptor. Dagegen exprimieren NKT-Zellen außerdem in typischer Weise einen semi-invarianten T-Zell-Rezeptor, der Lipidantigene zu erkennen
vermag, wenn sie auf dem CD1d-Molekül präsentiert werden. (Abkürzungen: siehe
S. 182/183).
Klasse-II-DAMPs
In dieser Untergruppe sind Stressmoleküle zusammengefasst, die auf geschädigten Zellen, z.B. Epithelzellen, exprimiert und von dem Aktivierungsrezeptor natural killer group 2D (NKG2D)
auf aktivierten innatalen Lymphozyten
erkannt werden; Moleküle wie MICA,
MICB (engl. MICA and B, MHC class
I chain-related proteins A and B) und
ULBPs (engl. ULBPs, UL-16 binding
proteins) sind dieser Untergruppe zuzuordnen [62-64] (Abb. 8). Hervorzuheben ist, dass In-vitro-Studien vorliegen,
die zeigen, dass diese DAMPs auch im
Zuge oxidativen Stresses/oxidativer
Zellschädigung exprimiert werden [6568].
Klasse-III-DAMPs
In dieser Untergruppe sind Schädigungsmoleküle subsumiert, die man
nicht zu den „kanonischen“ DAMPs
zählen kann, da sie, soweit bekannt,
weder über TLR-Erkennung dendritische Zellen noch über NKG2D-Erkennung innatale Lymphozyten aktivieren
– und außerdem derzeit noch keine klare Definition und Spezifizierung aufweisen. Zu derartigen DAMPs möchte
ich die S100 Proteine [69], die Sialinsäure [70], Urat-Mikrokristalle [71,72]
und extrazelluläres ATP [72,73] sowie
endogene (veränderte, oxidierte?) DNA
[74,75] auflisten.
Interessanterweise haben Studien jüngeren Datums gezeigt, dass S100 Proteine von RAGE und TLR4 erkannt
werden, während andere Untersuchungen ergaben, dass die Sialinsäure von
Siglects (engl. Siglects, Sialic acid-recognizing immunoglobulin-like lectins)
erkannt werden kann. Hochaktuell werden derzeit Urat-Mikrokristalle, extrazellluläres ATP und endogene DNA diskutiert, da sie offensichtlich bei der Aktivierung des Inflammasoms eine Rolle
spielen (siehe unten).
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Klasse-IV-DAMPs
Unter der 4. Kategorie von DAMPs wären Schädigungsmoleküle einzuordnen,
die durch humorale Faktoren der innatalen Immunität erkannt werden, d.h.
schädigungsinduzierte Neo-Autoantigene (im Sinne von „verändertem
Selbst“), die mit natürlichen IgM-Antikörpern interagieren. Allerdings ist erst
ein einzelnes Molekül dieser Untergruppe gefunden worden, das über die
Entdeckung eines im Zuge des postischämischen Reperfusionsschadens
agierenden monoklonalen IgM-Antiköpers zu seiner Identifizierung führte
[76,77]. Elegante Untersuchungen an
einem Reperfusionsschädigungs-Modell bei der Maus führten zur Spezifizierung des Neo-Autoantigens als eine
hochgradig konservierte Region innerhalb der nichtmuskulären schweren
Myosinkette II (engl. nonmuscle myosin heavy chain II, NMHC-II).
schädigung bei knock-out-Mäusen im
Vergleich zu Kontrollen signifikant geringer ausgeprägt ist. Von großem Interesse sind auch neuere Studien der Kupiec-Weglinski-Gruppe in Los Angeles
am Modell der isogenen orthotopen Lebertransplantation bei der Maus, in denen die Transplantate von TLR4knock-out-Spendertieren stammten.
Nach Transplantation wiesen die Organe im Vergleich zu Kontrollen eine
deutlich geringere reperfusionsbedingte
Organschädigung auf [88].
3.3.4 Die NALP3- und AIM2Inflammasome
Eine Sonderstellung nehmen Erkennungsrezeptoren ein, die in der Lage
sind, nach Erkennung von Krankheitserregern bzw. deren PAMPs Inflammasome zu aktivieren; dazu gehören, wie
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 201
bereits oben erwähnt, einige Mitglieder
der NLR-Familie, wie z.B. NALP3
[24,25]. Es verdichten sich derzeit die
Hinweise, die vermuten lassen, dass das
NALP3-Inflammasom nicht nur über
die Erkennung von PAMPs, sondern
auch von DAMPs aktiviert werden
kann – oder sogar erst recht über die Erkennung von DAMPs [71, 89-94]! Als
„Gefahr-vermittelnde“
stressreiche
DAMPs wurde inzwischen eine Reihe
von Molekülen identifiziert, darunter
Natriumurat-Mikrokristalle, Kalziumphosphat, Alum-Adjuvantien und extrazelluläres ATP (Abb. 9).
Damit nicht genug: Wie kürzlich auch
andernorts übersichtlich dargelegt wurde [95], scheinen reaktive Sauerstoffspezies über die Induktion unterschiedlicher DAMPs eine Hauptrolle bei der
primären Aktivierung der Inflammasome zu spielen. So weiß man, dass große
Partikel und Mikrokristalle wie zum
3.3.3 TLR4/TLR2- und RAGEvermittelte postischämische
Reperfusionsschädigung
Es gibt derzeit keinen Zweifel mehr,
dass die postischämische, voll ausgeprägte Reperfusionsschädigung von
Gewebe über innatale Muster-Erkennungsrezeptoren vermittelt wird. Folglich kann das Vollbild einer GewebeReperfusionsschädigung als eine akute
auto-entzündliche Erkrankung der innatalen Immunität angesehen werden (in
der Transplantationssituation wird man
hier von iso-entzündlicher Erkrankung
sprechen, da das transplantierte reperfundierte Organ von einem anderen Individuum der gleichen Spezies
stammt). Diese Aussage, welche die ursprünglichen Vorstellungen über das
Phänomen der Reperfusionsschädigung
in ein völlig anderes Licht rückt, wird
durch eine Reihe von Daten abgesichert, die an experimentellen Reperfusionsschädigungs-Modellen erhoben
wurden, insbesondere in Experimenten
an TLR4-, TLR2- und RAGE-defizienten (= knock-out) Mäusen [78-87]. Die
Versuchsanordnungen wurden jeweils
derart gewählt, daß unterschiedliche
Organe (Niere, Leber, Myokard, Lunge,
Zerebrum) bei TLR4-, TLR2- und
RAGE-knock-out-Mäusen und Kontrolltieren nach einer bestimmten Anoxie-/Ischämie-Periode reperfundiert
wurden. In diesen Experimenten wurde
regelmäßig gefunden, dass die Gewebe-
Abb. 9: Modell einer strukturellen Organisation des NALP3-Inflammasoms.
Die Kernstruktur des NALP3-Inflammasoms wird von NALP3 (oligomerisiert), dem
Adaptermolekül ASC und Caspase-1 gebildet. PYD-PYD und CARD-CARD homotypische Interaktionen sind entscheidend für die Rekrutierung und Aktivierung entweder von ASC oder Caspase-1.
DAMPs, darunter Natriumurat-Kristalle, Alum-Adjuvanzien, Asbest und extrazelluläres ATP, triggern – womöglich gemeinsam über den Weg einer induzierten ROSProduktion – die molekularen Signalwege, die zur Produktion von IL-1β und IL-18
führen. Im Gegenzug triggern diese 2 Zytokine sodann auf autokrine und parakrine
Weise ihre korrespondierenden Rezeptoren und fördern damit die Freisetzung weiterer proinflammatorischer Zytokine.
Eine ATP-induzierte Caspase-1-Aktivierung mit anschließender IL-1β-Produktion
erfordert offensichtlich die Aktivierung des Purinrezeptors P2X7 in Kombination mit
einem weiteren Kanaltyp, dem Pannexin-1-Kanal. Interessant ist, dass Pannexin-1
als ein spezifischer ATP-Freisetzungs-Kanal agieren kann (Abkürzungen: siehe S.
182/183).
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 202
Beispiel Natriumurat-Kristalle, Aluminium, Asbest und Kieselerde (Siliziumdioxid) eine so genannte „frustrierte“
Phagozytose (d.h. nicht zu Ende geführte Phagozytose) auf der Zelloberfläche
induzieren, indem sie die Bildung von
zytoskelettalen Fäden provozieren [96].
Hemmung der Bildung derartiger Fäden
mittels pharmakologischer Substanzen
wie z.B. Zytochalasin D oder Colchicin
unterbricht die Fähigkeit der Partikel,
die Aktivierung von IL-1β auszulösen
[97,98]. Dies lässt vermuten, dass der
Prozess der Phagozytose oder der „frustrierten“ Phagozytose bei der Aktivierung von NALP3 involviert ist. In diesem Zusammenhang ist die Beobachtung bemerkenswert, die zeigte, dass es
zu einer raschen Produktion reaktiver
Sauerstoffspezies kommt, wenn man
Makrophagen Kieselstaub oder Asbeststaub aussetzt [98-101]. In ähnlicher
Weise können Natriumurat-Kristalle
und Aluminium reaktive Sauerstoffspezies produzieren [97,98]. Außerdem ist
hier von Interesse, dass ATP und das
Toxin Nigericin (die keiner Phagozytose bedürfen, um das Inflammasom zu
aktivieren) nachweislich die Produktion
von reaktiven Sauerstoffspezies anregen [102]. Weiterhin ist bekannt, dass
reaktive Sauerstoffspezies durch UVStrahlen generiert werden [103]. Im
Hinblick auf diese Kenntnisse verwundert es nicht, dass es gelungen ist, mittels Stummschaltung des Gens des
ROS-produzierenden Enzyms p22phox
oder mit Hilfe der Verabreichung von
Antioxidantien die Aktivierung des Inflammasoms durch Natriumurat-Kristalle, ATP, Nigericin und Kieselsäure zu
verhindern [97, 98,102, 104].
Wohlgemerkt: Die Schilderung dieser
an und für sich „disziplinfremden“ experimentellen Beobachtungen im Rahmen einer Arbeit über Innatale Alloimmunität dient natürlich einem Hauptzweck: Sie weist eindringlich auf die
Tatsache hin, dass reaktive Sauerstoffspezies per se über die Induktion von
DAMPs intrazelluläre Inflammasome
zu aktivieren vermögen.
In diesem Zusammenhang sind erst
kürzlich publizierte experimentelle Erkenntnisse über die NALP3-unabhängige Aktivierung des Inflammasoms
durch den zytosolischen DNA-Rezeptor AIM2, wie bereits oben erwähnt,
von großem Interesse [10,11]. Es ist
sehr wohl vorstellbar, dass im Zuge der
Reperfusionsschädigung
oxidierte
DNA generiert wird, die als Agonist für
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Abb. 10: Modell einer strukturellen Organisation des AIM2-Inflammasoms.
Doppelsträngige endogene (oxidierte?) DNA aus einer geschädigten Zelle tritt möglicherweise ins Zytoplasma ein. AIM2 oligomerisiert auf der dsDNA, ASC wird zum
AIM2-Oligomer rekrutiert, Caspase-1 wird aktiviert und generiert IL-1β (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
den zytosolischen DNA-Rezeptor
AIM2 in Frage kommt (Abb. 10). Im
Hinblick auf diese spannenden Studienergebnisse aus jüngster Zeit liegt es nahe, Inflammasome generell als “Molekularmaschinen” zu interpretieren, die
bei jeglicher Gewebeschädigung, sei sie
durch Krankheitserreger oder durch
freie Sauerstoffradikale verursacht, aktiviert werden, und zwar mit dem Auftrag, ein entzündliches Milieu aufzubauen, das letztendlich das Ziel hat, die
Schäden im Gewebe – gegebenenfalls
auch über die Induktion einer adaptiven
Immunantwort – zu reparieren. In der
Transplantationssituation hieße dies
aber, über den Aufbau eines entzündlichen Milieus im Transplantat (und zwar
schon im hirntoten Spender !) zur Einleitung innataler Reaktionspfade beizutragen, die letztendlich beim Empfänger zur Transplantatabstoßung führen.
3.3.5 Transkriptionsfaktoren (NF-κB,
AP-1, IRF3) und Reperfusionsschädigung
Schon lange bevor die innatale Immunität wiederentdeckt wurde, haben zahlreiche Forscher beobachtet, daß im Zuge einer über ROS vermittelten Reperfusionsschädigung die inflammatorischen „Meister“-Transkriptionsfaktoren NF-κB und AP-1 aktiviert werden
(Übersicht in [43,46]). Diese ursprüng-
lichen Beobachtungen sind vor kurzem
voll und ganz bestätigt worden. So
konnten an Modellen der Reperfusionsschädigung der Leber bei TLR4-knockout-Mäusen Befunde erhoben werden,
aus denen zu entnehmen ist, dass über
TLR4 getriggerte Signalkaskaden zur
Aktivierung von NF-κB und AP-1, aber
auch Interferon-regulierendem Faktor 3
(engl. interferon regulatory factor 3,
IRF3) führen [78,79] (Abb. 11). Die bedeutende transkribierende Rolle von
AP-1 konnte kürzlich in Untersuchungen über die Suppression der postischämischen Reperfusionsschädigung mittels eines p38-Kinase-Inhibitors bestätigt werden [105].
Andere Serien von Untersuchungen haben wiederum gezeigt, dass die Aktivierung dieser Transkriptionsfaktoren, insbesondere NF-κB und AP-1, zur vollen
Funktionalität einer Zelle der innatalen
Immunität führt, die sich beispielsweise
bei ausgereiften dendritischen Zellen
sowohl in der hochregulierten Expression von MHC- , kostimulierenden und
adhäsiven Molekülen als auch in der
Sekretion von Zytokinen und Chemokinen äußert [106,107], also Molekülen
und Mediatorsubstanzen, die notwendig
sind, um eine robuste erworbene Alloimmunantwort aufzubauen.
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 203
3.3.6 Komplementaktivierung und
Reperfusionsschädigung
Abb. 11: Modellhaftes Szenario von ROS-induzierten, über innatale Erkennungsrezeptoren getriggerten Signalisierungswegen, die über den Aufbau einer adaptiven Alloimmunantwort zur Abstoßung reperfundierter Transplantate führen.
Dargestellt sind: involvierte DAMPs und ihre korrespondierenden Erkennungsrezeptoren,
Adaptermoleküle, initiale und distale Kinasen sowie die 3 Meister-Transkriptionsfaktoren. Ein erster Nachweis der hier wiedergegebenen involvierten Moleküle gelang in experimentellen Modellen der Reperfusionsschädigung, zumeist an knock-out Mäusen, bzw.
in experimentellen Modellen der allogenen Hauttransplantation, ebenfalls an knock-out
Mäusen.
Das Modell ist lückenhaft: Signalisierungsmoleküle, die bisher in Reperfusions- und/oder
Transplantationsmodellen noch nicht entdeckt wurden, sind in der Abbildung weiß skizziert (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
Wie oben bereits angedeutet, repräsentieren Komplement und hochgradig
konservierte, natürliche monoklonale
IgM-Antikörper klassische Instrumente
der innatalen Immunität. Neuere Arbeiten aus der Komplementforschung haben nun gezeigt, dass die postischämische Reperfusionsschädigung die Komplementkaskade über den Lektin-Pfad
aktiviert, wobei aktivierte Komplementprodukte dann zu einer weiteren
Gewebeschädigung beitragen. Daß dieser Komplementaktivierungsweg bei
der experimentellen und klinischen allogenen Nierentransplantation eine
Rolle spielt, ist bereits seit längerem bekannt [108]. Neuere oben bereits erwähnte Studien lassen nun vermuten,
dass im Zuge einer Reperfusionsschädigung geschädigte Zellen ein „Neoantigen“ (= NMHC-II, im Sinne von ischämisch-verändertem Protein) exprimieren, das mit den bereits existierenden
natürlichen IgM-Antikörpern interagiert. In dieser Antigen-AntikörperReaktion wird MBL – möglicherweise
unter konformationalen Veränderungen
– involviert, ein Vorgang, der dann zur
MBL-vermittelten Aktivierung von
Komplement führt [76,77] (Abb.12).
Diese neueren Vorstellungen erlauben
nunmehr die Prägung eines neuen Begriffs für die reperfusionsbedingte Gewebeschädigung: „akute innatale Autoimmunantwort“ bzw. in der Transplantationssituation: „akute innatale Isoimmunantwort“.
3.3.7 Die Schädigungshypothese
(Injury Hypothesis) aus Sicht der
Evolution
Abb. 12: Innatale Komplement-Aktivierung: Postischämische Reperfusionsschädigung
und MBL-vermittelte Aktivierung der Komplementkaskade.
Die Reperfusionsschädigung induziert ein Neoantigen auf geschädigten Zellen (NMHCII), das von einem natürlichen prä-existierenden IgM-Antikörper erkannt wird. Die Reaktion bezieht über Konformationsänderungen das Erkennungsmolekül MBL mit ein, das
über den Lektin-Pfad die Komplementkaskade aktiviert. Diskutiert wird auch eine Komplementaktivierung über den klassischen Aktivierungspfad, während der alternative Aktivierungspfad offensichtlich keine Rolle spielt (Abkürzungen: MAC, engl. membrane attack complex; MBL, Mannose-bindendes Lektin; NMHC-II, engl. nonmuscle myosin
heavy chain II).
Bisher war über die Generation von reaktiven Sauerstoffspezies die Rede, wie
sie regelmäßig bei der Reperfusion von
Organen und Geweben beobachtet
wird. Es bleibt aber eine kritische Frage
offen:
Wo ist hier der evolutionäre Vorteil?
Wieso hat die Natur Gene bis auf den
heutigen Tag konserviert, die für die
Generation toxischer Radikale in dem
Augenblick verantwortlich zeichnen,
in dem nach lang-anhaltender Ischämie/Anoxie der lebensnotwendige Sauerstoff zugeführt wird? Die Frage
scheint heute zufriedenstellend beantwortet zu werden: Reaktive Sauerstoff-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 204
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Abb. 13: Evolutionäres Modell der Produktion reaktiver Sauerstoffradikale im Zuge einer Hypoxie/Wiederdurchblutung von
ischämisch-geschädigtem Gewebe.
Die Skizze zeigt die ROS-abhängige Stabilisierung/Aktivierung
des Transkriptionsfaktors HIF-1α, der über Aktivierung von
> 100 Genen ein Anti-Hypoxie-Programm generiert, bestehend
aus Steigerung des Glukosetransports, der Glykolyse, der Erythropoiese und der Angiogenese.
Die Erkennung der im Zuge der Wiederdurchblutung auftretenden kurzen hypoxischen Phasen erfolgt durch 3 Sauerstoff-wahrnehmende, ROS-produzierende Enyzm-Systeme (XO, NOX,
mETC). Unter dem Einfluß von ROS wird HIF-1α nicht - wie unter Normoxie - über Hydroxylierung und Ubiquitination abgebaut, sondern stabilisiert und damit aktiviert. Die genauen Mechanismen der ROS-abhängigen Stabilisierung von HIF-1α sind
noch nicht klar (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
spezies helfen einem Organismus, Perioden der Hypoxie zu überleben! Die
Ursache dieses lebensrettenden Prinzips scheint darin zu liegen, dass freie
Sauerstoffradikale ein „Doppeleben
führen“: (1) in hohen Konzentrationen
agieren sie als toxische Moleküle, (2) in
niedrigen Konzentrationen fungieren
sie als sekundäre Botenmoleküle (engl.
second messenger molecules), d.h., sie
tragen zu einem reibungslosen Ablauf
der intrazellulären Signalkaskaden bei,
die zur vollen Funktionalität einer Zelle
führen [109,110]. In dieser Rolle scheinen sie für die Einleitung gegenregulierender Maßnahmen bei hypoxischen
Zuständen von Bedeutung zu sein.
So hat die moderne Hypoxieforschung
herausgefunden, dass Hypoxie zu einer
erhöhten Produktion von freien Sauerstoffradikalen führt, und zwar über die
Involvierung von 3 ROS-produzierenden Enzymsystemen: (1) NADPH-Oxidasen (NOX-Enzyme), (2) Xanthinoxidase und (3) Enzymen der mitochondrialen Elektronentransportkette (engl.
mitochondrial electron transport chain,
mETC) [111-116]. Diese Enzyme haben die Fähigkeit, niedrige Sauerstoffkonzentrationen wahrzunehmen, um
dann aktiviert zu werden. Reaktive Sauerstoffspezies, vermutlich in ihrer Eigenschaft als sekundäre Signalisierungsmoleküle (andere Mechanismen
werden aber auch diskutiert), tragen
nun mit zur Aktivierung bzw. Stabilisie-
rung des Transkriptionsfaktors HIF-1α
(HIF-1α, engl. hypoxia-inducible factor
-1 alpha) bei, der über Aktivierung von
ca. 200 Genen ein Anti-Hypoxie-Programm in die Wege leitet, bestehend
aus einer Steigerung des Glukosetransports, der Glykolyse, Erythropoiese und
Angiogenese [117-122] (Abb. 13). Der
evolutionäre Vorteil der ROS-Produktion in dieser Situation ist damit klar: Es
gilt, hypoxische Umwelteinflüsse zu
überleben!
Wohlgemerkt: Es konnte gezeigt werden, dass alle 3 Enzymsysteme – angenommen, zum Beispiel lokalisiert in
Gefäßzellen eines Spenderorgans – in
der Lage sind, hypoxische Phasen bei
der Reperfusion wahrzunehmen. Und
Transplantationschirurgen sind nun in
der Tat mit den kurzen Perioden der Hypoxie vertraut, denen ein Transplantat
ausgesetzt ist: bei der Organentnahme
im Spender und der Wiederdurchblutung beim Empfänger. Der evolutionäre
Sinn besteht hier sehr wahrscheinlich in
der Aktivierung des HIF-1α. Man kann
jedoch vermuten, dass die 3 Enzymsysteme auf ein derartiges fremdes Hypoxiemuster (ich nenne es einmal „Transplantat-Hypoxiemuster“) nicht vorbereitet sind: Normoxie-Hypoxie-AnoxieHypoxie-Normoxie. Sie reagieren mit
einer überschießenden Produktion von
freien Sauerstoffradikalen, einem „Superoxid-Flash“, das über die Sequenz
Transplantatschädigung - Generation
von DAMPs-Aktivierung/Ausreifung
PRR-exprimierender dendritischer Zellen zur Abstoßung führt. Man kann also durchaus hier die Möglichkeit diskutieren, dass der erste Schritt zu den molekularen Ereignissen, die über die Produktion von vROS und nROS später zur
Transplantatabstoßung führen, in der
primären Wahrnehmung der Hypoxie
durch Gefäßzellen des Spenderorgans
liegt: Die Abstoßung wäre somit als ein
„Betriebsunfall der Natur“ zu interpretieren (Abb. 14 und Abb. 15)! In der Tat
gibt es eine Reihe von Experimenten,
die dieses Konzept unterstützen. Das in
meinen Augen überzeugendste Experiment wurde von der Gruppe um Kuppusamy am Modell der hypoxischen Reperfusion isolierter Rattenherzen durchgeführt [123]: Die Untersucher reperfundierten Rattenherzen mit einem Perfusat unterschiedlicher Sauerstoffkonzentrationen: 2%, 20%, und 95%. Im
Effluat jenseits des reperfundierten Organs bestimmten sie die Konzentration
freier Sauerstoffradikale, gemessen mit
Hilfe der EPR-Spektroskopie. Die
hoch interessanten Studien ergaben,
dass die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies bei Reperfusion mit einem 2%-O2-haltigen Perfusat am
höchsten, mit einem 95%-O2-haltigen
Perfusat am niedrigsten ist. Außerdem
konnte in den Experimenten beobachtet
werden, dass die ROS-Produktion unter
Hypoxiebedingungen rasch einsetzt,
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 205
wobei bereits 2 Minuten nach Beginn
der Reperfusion ein „Peak“ nachweisbar war; also verblüffend ähnliche Befunde, wie wir sie an reperfundierten
humanen Nierentransplantaten beobachtet hatten (d.h. Nachweis eines
„ROS-Peak“ mit der EPR-Spektroskopie-Technik bereits 5 Minuten nach Reperfusionsbeginn) [46,55].
3.4 Hirntodzustand: Ausdruck einer
globalen Aktivierung des innatalen
Immunsystems im hirntoten
Organismus
Abb. 14: Evolutionäres Modell der Produktion reaktiver Sauerstoffradikale im Zuge
einer Hypoxie/Wiederdurchblutung ischämisch-geschädigter Transplantate.
Generation einer erste Welle von ROS durch vaskuläre Zellen des Spenders
(= vROS).
Ein Transplantat durchläuft 2 hypoxische Phasen: bei der Organentnahme im Spender und der Reperfusion im Empfänger. Das "fremde" Transplantat-Hypoxiemuster
"Hypoxie-Anoxie-Hypoxie" wird von den 3 ROS-produzierenden Enzym-Systemen
(XO, NOX, mETC) in Gefäßzellen des Spenderorgans wahrgenommen; die Enzyme
reagieren mit einer überschießenden Produktion von vROS ("Superoxide flash").
Dies führt zur Transplantatschädigung und Generation von DAMPs.
Der ursprüngliche "evolutionsbedingte Auftrag" der 3 Enzym-Systeme ist jedoch der
Aufbau eines Anti-Hypoxie-Programms (Abkürzungen: siehe S. 182/183).
Bereits oben wurde erwähnt, dass bei
hirntoten Organspendern reaktive Sauerstoffspezies nachgewiesen werden
können [51]. In der Tat deutet Vieles darauf hin, dass oxidativer Stress unter
Hirntodbedingungen zur Aktivierung
des innatalen Immunsystems im gesamten hirntoten Organismus führt. Erste
wertvolle Hinweise zu diesen modernen
Vorstellungen lieferte Tilney´s Arbeitsgruppe um die Jahrhundertwende, als
sie zeigen konnte, dass der experimentell induzierte Hirntod bei Ratten mit einer exzessiven Produktion von Zytokinen („Zytokinsturm“) sowie Hochregulierung von Adhäsionsmolekülen verbunden ist [124-126]. Insbesondere die
Abb. 15: Evolutionäres Modell der Produktion reaktiver Sauerstoffradikale im
Zuge einer Hypoxie/Wiederdurchblutung ischämisch-geschädigter Transplantate.
Produktion der zweiten Welle von ROS
durch einwandernde neutrophile Leukozyten des Empfängers (= nROS). Erkennungsrezeptor (PRR, z.B. TLR4)tragende neutrophile Leukozyten werden von vROS-induzierten DAMPs aktiviert und produzieren nun ihrerseits
nROS. Unreife dendritische Zellen erkennen die vROS- und nROS-induzierten DAMPs, reifen zu immunstimulierenden Zellen aus und bilden nun die
Brücke zum Aufbau der nachfolgenden
adaptiven Alloimmunantwort, die zur
Abstoßung führt (Abkürzungen: siehe
Seite 182/183).
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 206
Beobachtung der Gruppe, dass bereits 6
Stunden
nach
Hirntodeintritt
IL-1β im Serum ansteigt und die Expression von IL-1β mRNA in Organen
wie der Niere hochreguliert ist [125],
weist nachdrücklich darauf hin, dass intrazelluläre Inflammasome innerhalb
des innatalen Immunsystems im hirntoten Organismus aktiviert werden. Dass
die Aktivierung des innatalen Immunsystems unter Hirntodbedingungen bei
der Ratte u.a. auch zur Ausreifung dendritischer Zellen führt, konnte dann
später von der Gruppe um Tullius gezeigt werden [127].
3.5 Akute allogene Transplantatabstoßung und innatale Immunität
3.5.1 Allgemeines
Überraschenderweise liegen bisher nur
wenige gezielte Studien auf dem Gebiet
der innatalen Alloimmunität vor. So
würden Studien interessieren, in denen
ein direkter Zusammenhang zwischen
Prozessen der innatalen Immunität und
dem Auftreten akuter Transplantatabstoßungen aufgezeigt werden kann.
Wenn wir das Konzept akzeptieren,
dass die Reperfusionsschädigung von
Transplantaten Spender- und Empfänger-abstammende, Erkennungsrezeptor-tragende dendritische Zellen aktiviert, die sodann als ausgereifte Zellen
eine erworbene Alloimmunantwort initiieren, dann erhebt sich die Frage: Welche endogenen „DAMPs“ induzieren
welche Rezeptor-getriggerten Signalisierungswege, die zur Ausreifung dendritischer Zellen führen? Mit dieser
Fragestellung sind bisher nur einige wenige Studien durchgeführt worden, und
zwar mit dem Ziel, (1) den Einfluss von
Klasse-I-DAMPs auf die Überlebenszeit allogener Transplantate bei Mäusen
näher zu untersuchen sowie (2) die
Überlebenszeit allogener Hauttransplantate bei Mäusen mit einem Defekt
in signalisierenden Molekülen zu registrieren.
3.5.2 Rolle der DAMPs bei der
Entwicklung der innatalen
Alloimmunität
In der Tat ergeben sich derzeit erste experimentelle Anhaltspunkte für die Annahme, dass HSP72, fHA und HMGB1
in ihrer Funktion als TLR4/TLR2/
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
RAGE-Agonisten eine Abstoßungsreaktion einzuleiten vermögen (Abb. 11).
So wurde in einer Untersuchung am
Modell der allogenen Hauttransplantation beobachtet, dass die Überlebenszeit von Hautsegmenten von HSP72knock-out-Spendermäusen nach Transplantation auf histoinkompatible Empfängertiere statistisch signifikant verlängert war [128]. Auch der TLR4/
TLR2/RAGE-Agonist HMGB1 scheint
bei der Induktion einer allogenen Transplantatabstoßung beteiligt zu sein. So
beobachteten Forscher in Versuchen an
Empfängermäusen, die mit einem
HMGB1-Antagonisten behandelt wurden, eine signifikante Verlängerung der
Überlebenszeit allogener Herztransplantate [129].
3.5.3 Beteiligung von Adaptermolekülen beim Aufbau der
innatalen Alloimmunität
Wenn das Konzept der innatalen Alloimmunität korrekt ist, dann muss
auch die Überlebenszeit allogener
Transplantate bei Mäusen mit defektem
innatalen Immunsystem, reflektiert
durch Deletion bestimmter Signalisierungsmoleküle, im Vergleich zu Kontrollen verlängert sein. Erste, wenn
auch noch zu wenige Experimente haben diese Prämisse in der Tat bestätigen
können. So konnte gezeigt werden, dass
die Überlebenszeit von Hauttransplantaten, entnommen bei MyD88-knockout-Spendermäusen und auf MyD88knock-out-Empfängermäuse über eine
schwache Histoinkompatibilitätsbarriere hinweg transplantiert, statistisch signifikant verlängert war [130]. Aller-
Abb. 16: Modellhaftes Szenario: "Cross-Talk" zwischen innatalen Lymphozyten und
dendritischen Zellen beim Aufbau einer innatalen Alloimmunantwort.
Im Zuge der Reperfusionsschädigung wandern innatale Lymphozyten ins entzündlich-veränderte Transplantat ein und werden dort unter Erkennung von Klasse-IIDAMPs aktiviert. Aktivierte innatale Lymphozyten tragen dann mittels eines direkten
Zell-zu-Zell-Kontaktes und unter Zytokin-Einfluss zur Ausreifung unreifer dendritischer Zellen bei. Ausgereifte dendritische Zellen wandern in sekundäre lymphatische
Gewebe des Empfängers und aktivieren dort vermutlich weitere innatale Lymphozyten. Über diese Mitwirkung beim DC-Reifungsprozess als auch über Sekretion von
Interferon-γ beteiligen sich demnach innatale Lymphozyten an der Entwicklung der
Transplantatabstoßung. Außerdem kann man diskutieren, dass NK-Zellen die Fähigkeit haben, allogene Transplantatzellen zu lysieren, aus denen weitere allogene
MHC-Produkte freigesetzt werden, die von unreifen dendritischen Zellen phagozytiert werden. Das Resultat dieses Szenarios ist eine Amplifikation der adaptiven Alloimmunvorgänge (Abkürzungen: UCM, engl. up-regulation of costimulatory molecules = Hochregulierung kostimulierender Moleküle; weitere Abkürzungen: siehe S.
182/183).
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
dings konnten diese Resultate im stark
histoinkompatiblen Spender-Empfänger-Mäusesystem nicht bestätigt werden [131]. Dagegen gelang es aber unter Verwendung von Hauttransplantaten
von doppelten knock-out-Spendermäusen (= MyD88- plus TRIF-knock-out Tieren) im stark histoinkompatiblen allogenen Spender-Empfänger-System
eine signifikante Verlängerung der
Transplantatüberlebenszeiten zu erzielen [132] (Abb. 11).
3.5.4 Innatale Lymphozyten und
Alloimmunität
Neuere Vorstellungen in der Immunologie lassen vermuten, dass innatale Lymphozyten über eine Beteiligung an der
Ausreifung dendritischer Zellen in der
Initialphase der Entwicklung der Alloimmunantwort involviert sind. Aktivierte dendritische Zellen wiederum
können im sekundären lymphatischen
Gewebe ihrerseits innatale Lymphozyten aktivieren („cross-talk“) (Abb. 16).
Wie bereits erwähnt, sind innatale Lymphozyten in der Lage, über bestimmte
Erkennungsrezeptoren
Klasse-IIDAMPs (z.B. MICA/MICB/ULBPs) zu
erkennen, die im Zuge einer Gewebeschädigung generiert werden und beispielsweise auf Epithelzellen exprimiert sind. In der internationalen Literatur werden diese Moleküle des Öfteren auch als „Stressproteine“ bezeichnet. Eine dominierende Rolle spielt der
Erkennungsrezeptor NKG2D, der auf
NK-Zellen und γδ T-Zellen exprimiert
ist. Darüber hinaus ist der invariante
αβ T-Zell-Rezeptor auf NKT-Zellen zu
erwähnen, der dazu ausgerichtet ist,
Stress-induzierte Glykolipide (z.B
Sphingoglykolipide mit dem Baustein
Ceramid) zu erkennen, wenn diese
Schädigungsmoleküle auf dem CD1Molekül präsentiert werden (Literatur:
[133-144]).
Erste Anhaltspunkte für eine mögliche
Beteiligung innataler Lymphozyten an
der Initiierung innataler Immunkaskaden, die zur Transplantatabstoßung führen, liefert ein schon im Jahr 1993 publizierter Bericht der Pichlmayr-Gruppe
in Hannover, in der die Existenz von
NK-Zellen in Lebertransplantaten von
verstorbenen Organspendern beschrieben ist [145]. Diese frühen Beobachtungen wurden dann einige Jahre später
von einer französischen Gruppe bestätigt, die einen hohen Prozentsatz Trans-
plantat-infiltrierender NK-Zellen und
γδ T-Zellen in Lebertransplantaten von
hirntoten Organspendern bereits vor
Transplantation nachweisen konnte
[146]. Inzwischen liegen Berichte über
experimentelle Studien vor, die die frühen klinischen Befunde bestätigen und
klar belegen, dass alle 3 Kategorien innataler Lymphozyten reperfundierte
Organe infiltrieren, und zwar rasch innerhalb weniger Minuten nach Beginn
der Reperfusion [147-151].
Von großem Interesse sind auch Berichte, die darauf hinweisen, dass die Expression von Klasse-II-DAMPs bereits
im hirntoten Spender bzw. unter Ischämiebedingungen hochreguliert wird. So
konnte die Oxford-Gruppe in Biopsien
an Nierentransplantaten von hirntoten
Spendern die Hochregulierung von
MICB nachweisen [141]: Die Untersucher fanden in renalen Biopsien, die vor
Transplantation vorgenommen worden
waren, mittlere oder hohe Werte einer
MICB-Expression in 78% des Untersuchungsmaterials, sehr niedrige Werte
nur in 22%. Die Befunde lassen vermuten, dass diese Klasse Stress-induzierbarer Proteine bereits innatale Lymphozyten aktiviert, die schon im Spender
potentielle Transplantate infiltriert haben. In diesem Zusammenhang ist auch
eine Publikation bemerkenswert, in der
die Expression von MICA und MICB in
Nieren- und Pankreastransplantaten beschrieben wird [152]: In diesen Untersuchungen fanden die Autoren heraus,
dass Klasse-II-DAMPs (MICA, MICB)
in erster Linie in ATN-Nieren exprimiert sind (wohl als Ausdruck einer
Hochregulierung im Zuge einer erheblichen postischämischen Reperfusionsschädigung); außerdem konnten die
Untersucher zeigen, dass MICA und
MICB in Inseln stark ischämisch-geschädigter, post-mortem entnommener
Pancreata hochreguliert sind. Die interessanten klinischen Befunde werden
von eleganten experimentellen Studien
unterstützt, in denen bei herztransplantierten Mäusen eine hochregulierte Expression
des
Klasse-II-DAMP
„RAE-1“ (eines Liganden des NKG2D
Rezeptors) beobachtet werden konnte,
und zwar 3 Tage nach Transplantation
sowohl in reperfundierten isogenen als
auch allogenen Herztransplantaten
[153].
Einen direkten experimentellen Hinweis für eine Beteiligung innataler
Lymphozyten an der Entwicklung einer
innatalen Alloimmunität liefert ein be-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 207
merkenswerter Bericht der Kollegen
der Technischen Universität München
im Jahr 2001[154]. Die Gruppe konnte
in Untersuchungen an Mäusen zeigen,
dass die Hemmung von NK-Rezeptortragenden (= NK1.1+) Zellen mittels eines monoklonalen Antikörpers (gegen
NK1.1) – in Kombination mit einer
Blockade der CD28-Kostimulation –
zu einer signifikanten Verlängerung der
Überlebenszeit von Herztransplantaten
führt. Die Ergebnisse konnten zum
größten Teil in nachfolgenden Experimenten unter Anwendung desselben
Transplantationsmodells bestätigt werden [155]. Ein weiterer, wenn auch eher
indirekter Hinweis auf die definitive
Rolle innataler Lymphozyten bei der innatalen Alloimmmunität erbrachte die
bereits oben erwähnte Forschergruppe
[153], die nach Behandlung von herztransplantierten Mäusen mit einem monoklonalen Antikörper gegen den Rezeptor NKG2D ebenfalls eine signifikante Verlängerung der Transplantatüberlebenszeiten beobachtete.
3.5.5 Die „Injury Hypothesis“ im Jahr
2009: ein 10-Schritte-Szenario in
der Entwicklung der innatalen
Alloimmunität → Transplantatabstoßung
Das moderne Konzept unserer „Injury
Hypothesis“ im Jahr 2009 kann auf einen einfachen Nenner gebracht werden:
Es ist die oxidative Schädigung von
Spenderorganen im Organspender und
Empfänger, die zur Initiierung und Induktion von innatalen Immunkaskaden
führt, die über die Induktion einer adaptiven Alloimmunantwort in einer Transplantatabstoßung resultieren. Im Hinblick auf die in den vergangenen Jahren
mehrmals modifizierte „Injury Hypothesis“ sowie unter Berücksichtigung
des hier dargelegten Literaturüberblicks
(der angesichts des vorgegebenen Volumens des Artikels nicht vollständig sein
kann), kann nach chirurgisch-erfolgreicher Organtransplantation die Induktion
und Entwicklung der innatalen Alloimmunität als ein modellhaftes 10-Schritte-Szenario skizziert werden, wie es im
Folgenden in Form von Stichworten
wiedergegeben ist:
(I) Aufspüren und Wahrnehmung niedriger Sauerstoffkonzentrationen durch
die 3 ROS-produzierenden Enyzmsysteme (NOX-Enzyme, Xanthinoxidase,
Enzyme der mitochondrialen Elektro-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 208
nentransportkette), primär lokalisiert in
Gefäßzellen des Spenderorgans, und
zwar möglicherweise bereits im Zuge
hypoxischer Zustände unter Hirntodbedingungen, aber sehr wahrscheinlicher
während der kurzen hypoxischen Phasen bei der Organentnahme im Spender
sowie der Transplantatreperfusion im
Empfänger;
(II) überschießende Bildung reaktiver
Sauerstoffspezies im Spenderorgan sowohl unter Hirntodbedingungen beim
Spender als auch im Zuge der Transplantatreperfusion im Empfänger durch
die 3 aktivierten ROS-produzierenden
Enzymsysteme, lokalisiert in vaskulären Zellen des Spenderorgans (= Produktion von vROS); sekundäre vROSinduzierte Aktivierung einwandernder
Empfänger-abstammender neutrophiler
Leukozyten, die ihrerseits nach TLRvermittelter Erkennung von vROS-induzierten DAMPs reaktive Sauerstoffspezies generieren (= nROS): Aufbau
eines circulus vitiosus;
(III) vROS/nROS-induzierte oxidative
Schädigung des Spenderorgans sowohl
im Spender als auch bei Reperfusion im
Empfänger, charakterisiert durch die Induktion von DAMPs, z.B. HMGB1,
HSP72, fHA, extrazelluläres ATP(?),
endogene (oxidierte) DNA(?), u.a.;
(IV) Erkennung der DAMPs (in erster
Linie Klasse-I-DAMPs) durch Spenderund Empfänger-abstammende Erkennungsrezeptoren (z.B. TLR4/2, RAGE,
NALP3, AIM2), exprimiert auf unreifen dendritischen Zellen, Makrophagen
und anderen Zellen der innatalen Immunität, (wobei Spenderzellen bereits
im Transplantat residieren, Empfängerzellen während der Reperfusion ins
Transplantat wandern);
(V) Aktivierung der intrazellulären Inflammasome sowie Ausreifung dendritischer Zellen, vermittelt und induziert
über proinflammatorische Transkriptionsfaktoren (NF-κB, AP-1 und IRF3/7)
und assoziiert mit Hochregulierung der
3 Signale, die die immunstimulierenden/“immunogenen“ Eigenschaften
reifer dendritischer Zellen charakterisieren;
(VI) Mitwirkung innataler Lymphozyten an der Ausreifung dendritischer Zellen, wobei die Lymphozyten sowohl
beim hirntoten Spender als auch beim
Empfänger über Klasse-II-DAMPs aktiviert werden;
(VII) nach erfolgter Organimplantation: Auswanderung ausgereifter Spender- und Empfänger-abstammender
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
dendritischer Zellen – beladen mit phagozytierten und prozessierten allogenen
Zelltrümmern (Proteinen/Peptiden) sowie ausgerüstet mit immunstimulierenden Eigenschaften – aus dem Transplantat ins sekundäre lymphatische Gewebe ( Milz, Lymphknoten) des Empfängers;
(VIII) Interaktion reifer immunstimulierender/“immunogener“ dendritischer
Zellen mit naiven T-Lymphozyten im
sekundären lymphatischen Gewebe des
Empfängers unter Präsentation von
MHC/Peptid-Komplexen: Präsentation
von Spender-MHC/allogenem Peptid
auf Spender-abstammenden dendritischen Zellen → direkte T-Zell-Alloaktivierung, Präsentation von EmpfängerMHC/allogenem Peptid auf Empfänger-abstammenden dendritischen Zellen → indirekte T-Zell-Alloaktivierung;
(IX) massive T- und B-Zellen-Proliferation unter Aufbau und Entwicklung einer adaptiven erworbenen Alloimmunantwort beim Empfänger;
(X) akute Transplantatabstoßung.
4. Innatale Allotoleranz
4.1 Einführung
Das Traumziel aller Transplantologen
bleibt bis auf den heutigen Tag die erfolgreiche Induktion einer Transplantattoleranz; in der Tat ein Thema, das mit
Hinblick auf eine erfolgreiche Toleranzinduktion unter Beachtung innataler Immunmechanismen derzeit wieder
hoch aktuell diskutiert wird [156].
Transplantationsmediziner
wissen,
dass die Induktion einer Transplantattoleranz über die Haupthistokompatibilitätsbarriere hinweg in vielen experimentellen Modellen an Mäusen und
Ratten relativ leicht erzielt worden ist.
Die erfolgreiche Induktion einer Allotoleranz bei transplantierten Patienten ist
dagegen weiterhin mit erheblichen
Schwierigkeiten verbunden, obwohl
auch hier über erfolgreiche Versuche
berichtet wurde [157-159]. Aus meiner
Sicht ist allerdings festzustellen, dass
bei allen klinischen Studien, die mit
dem Ziel einer erfolgreichen Allotoleranzinduktion durchgeführt wurden, eine entscheidende Hürde außer Acht gelassen wurde: die initiale Transplantatschädigung! Es war aber unsere Münchener Arbeitsgruppe, die schon vor 14
Jahren anmahnte, dass eine erfolgreiche
Allotoleranzinduktion im Sinne einer
Routinebehandlung nur über den Weg
einer drastischen Minimierung/Verhütung der Transplantat-Reperfusionsschädigung erzielt werden kann, als wir
konstatierten: „In addition, in regard to
the possibility to reduce the reperfusion
injury-induced up-regulated immunogenicity of an allograft by rhSOD treatment, the vision of clinical induction of
transplantation tolerance might become more realistic and feasable….“
[160].
Im Jahr 1999 griff ich dieses Thema
wieder auf, dieses Mal pointierter:
„Avoidance or efficient mitigation of
postischemic reperfusion injury would
inhibit the generation of free oxygen radicals and, thus, might inhibit the upregulation of the expression of co-stimulatory and adhesion molecules associated with paralysis of dendritic cells.
This would inhibit signal 2 without affecting the function of antigen capturing and processing and MHC/allopeptide presentation that enables dendritic
cells to provide signal 1. And according
to Matzinger, engagement of a professional APC with a naïve virgin T cell
providing only signal 1 may lead to the
induction of T-cell tolerance” [161].
Im Jahr 2009, unter dem Eindruck der
Erkenntnisse aus der modernen innatalen Immunitätsforschung, nimmt die
Zahl der Immunologen erfreulicherweise zu, die mit ähnlichen Gedankengängen argumentieren.
4.2 Tolerogene dendritische Zellen
In der Tat, Immunologen haben Transplantationsmedizinern inzwischen beigebracht, dass dendritische Zellen
nicht nur zur Immunität führen – im
Sinne von immunstimulierenden/„immunogenen“ Zellen bei Ausprägung
aller 3 Signale in einem entzündlichen
Gebiet –, sondern auch – im Sinne von
„tolerogenen“ dendritischen Zellen –
eine aktive Rolle bei Induktion einer
Immuntoleranz spielen. Dies ist dann
der Fall, wenn der Aufbau eines entzündlichen Milieus vermieden werden
kann, und zwar entweder über eine TZell-Regulierung oder eine echte TZell-Anergie/Depletion [162- 172]
(Abb. 17). Ein ähnliches Szenario wird
derzeit im Hinblick auf Alloimmunität
– Allotoleranz diskutiert. So wurde inzwischen eine Reihe eleganter Experimente publiziert, in denen über die erfolgreiche In-vitro- oder In-vivo-Gene-
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 209
NOX-Inhibitoren, d.h. Substanzen, die
bei Klinikern in zunehmendem Maße
zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen (M. Alzheimer, M. Parkinson, u.a.) auf Interesse stoßen
[174,175]. Natürlich ist im Hinblick auf
die exzellenten Ergebnisse der Münchner SOD-Studie auch der Einsatz moderner Antioxidantien in Erwägung zu
ziehen, mit deren Hilfe bereits freigesetzte freie Sauerstoffradikale abgefangen werden können; infrage kämen hier
beispielsweise SOD-Mimetika [176179]. Nicht unerwähnt bleiben soll die
therapeutische Möglichkeit, die Aktivierung der Komplementkaskade, die
die primäre oxidative Transplantatschädigung aggraviert, mittels Verabreichung spezifischer monoklonaler Antikörper gegen Komplementfragmente zu
verhüten [180-182].
Abb. 17: Modellhaftes Szenario: Generation tolerogener dendritischer Zellen zur Induktion einer Tansplantattoleranz.
Eine ausgeprägte entzündliche Gewebeschädigung, wie beispielsweise eine Transplantat-Reperfusionsschädigung, induziert unter Aktivierung von Inflammasomen –
(in der Abbildung links dunkel skizziert), führt unter Entwicklung von Signal 1, Signal 2 und Signal 3 zur Generation immunstimulierender "immunogener" dendritischer Zellen. Verhinderung der entzündlichen Schädigung (Verhinderung der Entwicklung eines entzündlichen Milieus im Transplantat) hemmt die Entwicklung immunstimulierender dendritischer Zellen und führt zur Generation tolerogener dendritischer Zellen, sei es in Form von induzierten regulierenden T-Zellen (periphere
Allotoleranz) oder sogar in Form einer echten T-Zell-Anergie/T-Zell-Deletion (zentrale Allotoleranz).
(Abkürzungen: UCM, engl. up-regulation of costimulatory molecules = Hochregulierung kostimulierender Moleküle; weitere Abkürzungen: siehe S. 182/183).
ration von Spender-und/oder Empfänger-abstammenden tolerogenen dendritischen Zellen berichtet wird, mit deren
Hilfe eine Transplantattoleranz erzielt
werden konnte (Übersicht, siehe [173]).
Unter Berücksichtigung aller dieser
neuen Einblicke in Mechanismen der
innatalen Immunität bestünde also eine
ansatzweise Annäherung an die Induktion einer Transplantattoleranz darin, eine Transplantatschädigung von vorne
herein zu verhüten, um damit die Ausreifung immunstimulierender/„immunogener“ dendritischer Zellen zu verhindern bzw. die Generation tolerogener dendritischer Zellen zu fördern.
Die Frage ist dann: Welche potentiellen
therapeutischen Ziele, welche therapeutischen Targets, kommen hier infrage?
Ohne auf die gesamte Palette potentieller therapeutischer Ziele einzugehen,
sollen im Folgenden stichwortartig einige wenige Beispiele therapeutischer
Strategien hervorgehoben werden.
4.3 Induktion einer innatalen
Allotoleranz: potentielle
therapeutische Ziele
4.3.1 Bekämpfung der oxidativen
Transplantatschädigung bei
Spender und Empfänger
Nach den oben dargelegten Szenarien
sind mehrere therapeutische Zielscheiben denkbar, sicherlich vorrangig aber
die Bekämpfung der oxidativen Transplantatschädigung per se bei Spender
und Empfänger. Diese Art der Behandlung kann in einer Minimierung der Hypoxie bestehen, zum Beispiel während
der Organentnahme mittels neuartigen
„fast normoxischen“ Konservierungslösungen, z.B. unter Anwendung künstlicher Sauerstoffträger. Darüber hinaus
ist an die Hemmung der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies über den Weg
einer Inhibierung der 3 ROS-produzierenden Enzymsysteme zu denken, zum
Beispiel mittels Verabreichung von
4.3.2 Hemmung der Ausreifung
immunstimulierender
dendritischer Zellen
Ein besonders attraktives therapeutisches Ziel ist die Hemmung der Ausreifung immunstimulierender dendritischer Zellen sowohl beim Spender als
auch beim Empfänger, und zwar über
eine Hemmung der Rezeptor-getriggerten Signalwege; das Ziel therapeutischer Anstrengungen ist hier die Induktion und Generation tolerogener dendritischer Zellen! Wie bereits erwähnt,
konnte dieser therapeutische Ansatz in
einer Reihe von Experimenten, in erster
Linie in In-vitro-Experimenten, erfolgreich umgesetzt werden [173].
Bei diesem therapeutischen Prinzip
geht es also darum, die über Erkennungsrezeptoren getriggerten Signalisierungswege zu blockieren, die beim
Reifungsprozess involviert sind (Abb.
11). Prinzipiell können die Signalkaskaden auf 3 Ebenen blockiert werden: (1)
auf Ebene der DAMPs, z.B. unter Anwendung eines monoklonalen Antikörpers gegen HMGB1, (2) auf Ebene der
Erkennungsrezeptoren, z.B. mittels derzeit klinisch-getesteten TLR4-Antagonisten [183,184] oder auch (3) auf Ebene der Transkriptionsfaktoren NF-κB
und AP-1. In therapeutisch-methodischer Hinsicht ist an die Verabreichung
von kleinen Molekülen wie beispielsweise MAPkinase-Inhibitoren [105,
185] oder Anwendung moderner gentherapeutischer Verfahren, wie zum
Beispiel Ausnutzung der RNA-Interfe-
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 210
renz (= Verabreichung von kurzer interferierender RNA (engl. short interfering
RNA, siRNA) zu denken.
Dass dies alles keine graue Theorie ist,
verdeutlicht ein elegantes Experiment,
durchgeführt von der Gruppe um Weiping Min in London Ontario [186-188].
Der Gruppe gelang es in Versuchen an
Mäusen, mittels Stummschaltung des
Gens für das wichtige NF-κB Protein
bei dendritischen Zellen der Maus,
nämlich RelB, (welches die RelA/p50
-vermittelte DC Differenzierung koordiniert), in-vitro tolerogene dendritische Zellen zu züchten, mit denen beim
Empfängertier unter Ausbildung regulierender T-Zellen eine Transplantattoleranz induziert werden konnte.
Selbstverständlich: Eine Anwendung
dieses gentherapeutischen Prinzips in
der Klinik kommt aufgrund methodologischer Schwierigkeiten nicht in Frage,
aber vielleicht sind einmal Variationen
des Prinzips realisierbar, wenn man sich
vor Augen hält, dass derzeit weltweit
bereits klinische Prüfungen mit siRNA
unterwegs sind. So ist es m.E. jetzt
schon durchaus lohnend, über eine Invivo-Anwendung des RNA-Interferenz-Phänomens nachzudenken, zunächst mit dem Ziel eines „Knockdowns“ von Genen in dendritischen
Zellen beim Organspender. So könnte
man die intralienale Verabreichung eines „siRNA-Cocktails“ zur Stummschaltung bestimmter Gene in dendritischen Zellen in Erwägung ziehen ( z.B.
Injektion von siRNA gegen NF-κB oder
auch gegen ein kostimulierendes Molekül, z.B. CD40). Ziel einer derartigen
klinischen Versuchsanordnung wäre die
In-vivo-Generation von tolerogenen
dendritischen Zellen bereits im Organspender. Dass derartige Überlegungen
nicht völlig aus der Luft gegriffen sind,
zeigt eine Publikation, die vor wenigen
Monaten veröffentlicht wurde [189]. In
ihr wird beschrieben, wie mit Hilfe von
in-vivo verabreichter siRNA auf spezifische Weise die immunstimulierenden
Fähigkeiten dendritischer Zellen unterdrückt werden können.
Aber: „Warum in die Ferne schweifen?
Sieh, das Gute liegt so nah!“ Warum
nicht die Mitwirkung innataler Lymphozyten an der Ausreifung Spenderund Empfänger-abstammender dendritischer Zellen verhindern? Dies könnte
mit Verabreichung xenogener polyklonaler Antilymphozyten-Präparationen
beim Organspender während der Organentnahme und beim Empfänger
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
während der Transplantatreperfusion
erreicht werden – wie schon seit Längerem von mir gefordert [190]. Schon
morgen könnten die deutschen Transplantationszentren in Zusammenarbeit
mit der Deutschen Stiftung Organtransplantation und Eurotransplant eine derartige klinische Studie konzipieren und
auf den Weg bringen.
5. Ausblick
Die hier kurz gefasste Schilderung einiger Grundlagen der innatalen Immunität, innatalen Alloimmunität und innatalen Allotoleranz soll insbesondere die
junge Generation heranwachsender
Transplantationsmediziner motivieren
und stimulieren, umfangreiche Aktivitäten auf dem Gebiet experimenteller
und klinischer Transplantationsforschung in Angriff zu nehmen. Die Zeitperiode sollte vorbei sein, in der Transplantationskliniker ihre kostbare Zeit
und Forschungsenergie mit der klinischen Prüfung immunsuppressiver
Kombinationsprotokolle verschwenden, in denen doch nur die bereits zugelassenen Medikamente, wenn auch in
unterschiedlicher Dosierung und Kombination, zur Anwendung kommen.
Derartige Studien sind inzwischen weit
davon entfernt, als innovative klinische
Forschung gewertet zu werden. Vielmehr sollten aktive Transplantationsmediziner zur Kenntnis nehmen, dass
mit der Wiederentdeckung der innatalen
Immunität eine Revolution auf den Gebieten Immunologie und Transplantologie eingeleitet wurde, deren Ausmaß
im Augenblick noch nicht abzuschätzen
ist.
Im Hinblick auf dieses momentane einzigartige transplantologische „Goldgräberzeit-Szenario“ sollte man damit beginnen, an den deutschen Transplantationszentren Institutionen zu schaffen, in
denen die Möglichkeit zur Integrierung
verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen – insbesondere aber die Kombination der transplantologischen Forschung mit der Erforschung molekularer und genetischer Prozesse des innatalen Immunsystems – höchste Priorität
besitzt.
Literatur
1. Land WG (2009) Innate Alloimmunity. Part 1: Innate Immunity and Host Defense, ed. Land WG.
Baskent University Publisher, Ankara, Turkey
2. Creagh EM, O´Neill LA (2006) TLRs, NLRs, and
RLRs: a trinità of pathogen sensors that co-operate in innate immunity. Trends Immunol 27: 352357
3. Kawai T, Akira S (2009) The roles of TLRs, RLRs
and NLRs in pathogen recognition. Int Immunol
21: 317–337
4. Takeda K, Akira S (2005) Toll-like receptors in innate immunity. Int Immunol 17: 1-14
5. Kawai T, Akira S (2007) TLR signaling. Semin Immunol 19: 24-32
6. Martinon F, Tschopp J (2005) NLRs join TLRs as
innate sensors of pathogens. Trends Immunol 26:
447-454
7. Franchi L, Warner N, Viani K, Nuñez G (2009)
Function of Nod-like receptors in microbial recognition and host defense. Immunol Rev 227: 106128
8. Yoneyama M, Kikuchi M, Natsukawa T et al.
(2004) The RNA helicase RIG-I has an essential
function in double-stranded RNA-induced innate
antiviral responses. Nat Immunol 5: 730-737
9. Kato H, Sato S, Yoneyama M et al. (2005) Cell type-specific involvement of RIG-I in antiviral response. Immunity 23: 19-28
10. Hornung V, Ablasser A, Charrel-Dennis M et al.
(2009) AIM2 recognizes cytosolic dsDNA and
forms a caspase-1-activating inflammasome with
ASC. Nature 458: 514-518
11. Bürckstümmer T, Baumann C, Blüml S et al.
(2009) An orthogonal proteomic-genomic screen
identifies AIM2 as a cytoplasmic DNA sensor for
the inflammasome. Nat Immunol 10: 266-272
12. Viala J, Chaput C, Boneca IG et al. (2004) Nod1
responds to peptidoglycan delivered by the Helicobacter pylori cag pathogenicity island. Nat Immunol 5: 1166-1174
13. Kobayashi KS, Chamaillard M, Ogura Y et al.
(2005) Nod2-dependent regulation of innate and
adaptive immunity in the intestinal tract. Science
307: 731-734
14. Nembrini C, Kisielow J, Shamshiev AT et al.
(2009) The kinase activity of Rip2 determines its
stability and consequently Nod1- and Nod2-mediated immune responses. J Biol Chem 284:
19183-19188
15. Shimada K, Chen S, Dempsey PW et al. (2009)
The NOD/RIP2 pathway is essential for host defenses against Chlamydophila pneumoniae lung
infection. PLoS Pathog 5: e1000379
16. Martinon F, Hofmann K, Tschopp J (2001) The pyrin domain: a possible member of the death domain-fold family implicated in apoptosis and inflammation. Curr Biol 11: R118-R120
17. Bertin J, DiStefano PS (2000) The PYRIN domain:
a novel motif found in apoptosis and inflammation
proteins. Cell Death Differ 7: 1273-1274
18. Shiohara M, Taniguchi S, Masumoto J et al.
(2002) ASC, which is composed of a PYD and a
CARD, is upregulated by inflammation and apoptosis in human neutrophils. Biochem Biophys Res
Commun 293: 1314-1318
19. Kawai T, Takahashi K, Sato S et al. (2005) IPS-1,
an adaptor triggering RIG-I- and Mda5-mediated
type I interferon induction. Nat Immunol 6: 981988
20. Kumar H, Kawai T, Kato H et al. (2006) Essential role of IPS-1 in innate immune responses
against RNA viruses. J Exp Med 203: 1795-1803
21. Sun Q, Sun L, Liu HH et al. (2006) The specific
and essential role of MAVS in antiviral innate immune responses. Immunity 24: 633-642
22. Takeuchi O, Akira S (2008) MDA5/RIG-I and virus recognition. Curr Opin Immunol 20: 17-22
23. Schmidt A, Schwerd T, Hamm W et al. (2009) 5’triphosphate RNA requires base-paired structures
to activate antiviral signaling via RIG-I. Proc Natl
Acad Sci USA 106: 12067-12072
24. Martinon F, Burns K, Tschopp J (2002) The inflammasome: a molecular platform triggering
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
activation of inflammatory caspases and processing of proIL-beta. Mol Cell 10: 417-426
25. Meylan E, Tschopp J, Karin M (2006) Intracellular pattern recognition receptors in the host response. Nature 442: 39-44
26. Muruve DA, Pétrilli V, Zaiss AK et al. (2008) The
inflammasome recognizes cytosolic microbial and
host DNA and triggers an innate immune response. Nature 452: 103-107
27. Bauernfeind FG, Horvath G, Stutz A et al. (2009)
Cutting Edge: NF-{kappa}B Activating Pattern
Recognition and Cytokine Receptors License
NLRP3 Inflammasome Activation by Regulating
NLRP3 Expression. J Immunol 183: 787-791
28. Land WG (2006) Immunsuppressive Therapie.
Stuttgart-New York: Georg Thieme Verlag
29. Blander JM (2008) Phagocytosis and antigen presentation: a partnership initiated by Toll-like receptors. Ann Rheum Dis 67: iii 44-49
30. Trinchieri G (2003) Interleukin-12 and the regulation of innate resistance and adaptive immunity.
Nat Rev Immunol 3: 133-146
31. Steinman RM, Hemmi H (2006) Dendritic cells:
translating innate to adaptive immunity. Curr Top
Microbiol Immunol 311: 17-58
32. Steinman RM (2007) Dendritic cells: understanding immunogenicity. Eur J Immunol 37: S53-60
33. Ohteki T (2007) The dynamics of dendritic cell:
mediated innate immune regulation. Allergol Int
56: 209-214
34. Schoenberger SP, Toes RE, van der Voort EI et al.
(1998) T-cell help for cytotoxic T lymphocytes is
mediated by CD40-CD40L interactions. Nature
393: 480-483
35. Koulmanda M, Bhasin M, Hoffman L et al. (2008)
Curative and beta cell regenerative effects of alpha1-antitrypsin treatment in autoimmune diabetic NOD mice. Proc Natl Acad Sci USA 105:
16242-16247
36. Münz Ch, Steinman RM, Fujii S-I (2005) Dendritic cell maturation by innate lymphocytes: coordinated stimulation of innate and adaptive immunity. J Ex Med 202: 203-207
37. Zitvogel L, Terme M, Borg C, Trinchieri G (2006)
Dendritic cell-NK cell cross-talk: regulation and
physiopathology. Curr Top Microbiol Immunol
298: 157-174
38. Reschner A, Hubert P, Delvenne P et al. (2008) Innate lymphocyte and dendritic cell cross-talk: a
key factor in the regulation of the immune response. Clin Exp Immunol 152: 219-226
39. Rambach G, Würzner R, Speth C (2008) Complement: an efficient sword of innate immunity. Contrib Microbiol 15: 78-100
40. Takahashi M, Iwaki D, Kanno K et al. (2008)
Mannose-binding lectin (MBL)-associated serine
protease (MASP)-1 contributes to activation of the
lectin complement pathway. J Immunol 180:
6132-6138
41. Land W, Schneeberger H, Schleibner S et al.
(1994) The beneficial effect of human recombinant superoxide dismutase on acute and chronic
rejection events in recipients of cadaveric renal
transplants. Transplantation 57: 211-217
42. Land W (1994) The potential impact of the reperfusion injury on acute and chronic rejection events
following organ transplantation. Transplant Proc
26: 3169-3172
43. Land W, Messmer K (1996) The impact of ischemia/reperfusion injury on specific and non-specific, early and late chronic events after organ
transplantation. Early events. Transplant Rev 10:
108-127
44. Land W, Messmer K (1996) The impact of ischemia/reperfusion injury on specific and non-specific, early and late chronic events after organ
transplantation. Late chronic events. Transplant
Rev 10: 236-253
45. Land W. (2002) Postischemic reperfusion injury to
allografts – a case for innate immunity? Eur Surg
Res 34: 160-169
46. Land W (2002) Allograft injury mediated by reactive oxygen species: from conserved proteins of
Drosophila to acute and chronic rejection of human transplants. Part I: Demonstration of reactive oxygen species in reperfused allografts and
their role in the initiation of innate immunity.
Transplantation Rev 16: 192-204
47. Land W (2003) Allograft injury mediated by reactive oxygen species: from conserved proteins of
Drosophila to acute and chronic rejection of human transplants. Part II: Role of reactive oxygen
species in the induction of the heat shock response as a regulator of innate immunity. Transplantation Rev 17: 31-44
48. Land W (2003) Allograft injury mediated by reactive oxygen species: from conserved proteins of
Drosophila to acute and chronic rejection of human transplants. Part III: Interaction of (oxidative) stress-induced heat shock proteins with Tolllike receptor-bearing cells of innate immunity and
its consequences for the development of acute and
chronic allograft rejection. Transplantation Rev
17: 67- 86
49. Land WG (2005) The role of postischemic reperfusion injury and other nonantigen-dependent inflammatory pathways in transplantation. Transplantation 79: 505-514
50. Land WG (2010) Innate Alloimmunity. Part 2: Innate Immunity and Allograft Rejection, ed. Land
WG. Baskent University Publisher, Ankara, Turkey
(in press)
51. Kosieradzki M, Kuczynska J, Piwowarska J et al.
(2003) Prognostic significance of free radicals:
mediated injury occurring in the kidney donor.
Transplantation 75: 1221-1227
52. Rabl H, Khoschsorur G, Colombo T et al. (1992)
Human plasma lipid peroxide levels show a strong
transient increase after successful revascularisation operations. Free Rad Biol Med 13: 281-288
53. Pincemail J, Defraigne JO, Franssen C et al.
(1993) Evidence for free radical formation during
kidney transplantation. Free Rad Biol Med 15:
343-348
54. Davenport A, Hopton M, Bolton C (1995) Measurement of malondialdehyde as a marker of oxygen
free radical production during renal allograft
transplantation and the effect on early graft
function. Clin Transplantation 9: 171-175
55. Fertmann J, Arbogast H, Hoffmann J, Land W
(2002) Generation of hydroxyl radical is increased after reperfusion of human cadaveric renal allografts. Transplantation 74: 393
56. Arbogast H, Arbogast S, Fertmann J et al. (2002)
Expression of heat shock proteins in cadaveric human renal allografts – a role in activation of innate immunity? Transplantation 74: 266
57. Bianchi ME, Manfredi AA (2007) High-mobility
group box 1 (HMGB1) protein at the crossroads
between innate and adaptive immunity. Immunol
Rev 220: 35-46
58. Klune JR, Dhupar R, Cardinal J et al. (2008)
HMGB1: endogenous danger signaling. Mol Med
14: 476-484
59. Termeer C, Benedix F, Sleeman J et al. (2002) Oligosaccharides of hyaluronan activate dendritic
cells via toll-like receptor 4. J Exp Med 195: 99111
60. Johnson GB, Brunn GJ, Kodaira Y, Platt JL
(2002) Receptor-mediated monitoring of tissue
well-being via detection of soluble heparan sulfate by Toll-like receptor 4. J Immunol 168: 52335239
61. Okamura Y, Watari M, Jerud ES et al. (2001) The
extra domain A of fibronectin activates Toll-like
receptor 4. J Biol Chem 276: 10229-10233
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 211
62. Bahram S, Bresnahan M, Geraghty DE, Spies T
(1994) A second lineage of mammalian major histocompatibility complex class I genes. Proc Natl
Acad Sci USA 91: 6259-6263
63. Bauer S, Groh V, Wu J et al. (1999) Activation of
NK cells and T cells by NKG2D, a receptor for
stress-inducible MICA. Science 285: 727-729
64. Cosman D, Müllberg J, Sutherland CL et al.
(2001) ULBPs, novel MHC class I-related molecules, bind to CMV glycoprotein UL16 and stimulate NK cytotoxicity through the NKG2D receptor.
Immunity 14: 123-133
65. Yamamoto K, Fujiyama Y, Andoh A et al. (2001)
Oxidative stress increases MICA and MICB gene
expression in the human colon carcinoma cell line
(CaCo-2). Biochim Biophys Acta 1526: 10-12
66. He Y, Li YP, Li SF, Long D (2005) Effect of hypoxia/reoxygenation (H/R) on expression of MICA
and MICB in human hepatocytes. Sichuan Da Xue
Xue Bao Yi Xue Ban 36: 157-160
67. Borchers MT, Harris NL, Wesselkamper SC et al.
(2006) NKG2D ligands are expressed on stressed
human airway epithelial cells. Am J Physiol Lung
Cell Mol Physiol 291: L222-L231
68. Feng L, Cheng F, Ye Z et al. (2006) The effect of
renal ischemia-reperfusion injury on expression of
RAE-1 and H60 in mice kidney. Transplant Proc
38: 2195-2198
69. Foell D, Wittkowski H, Vogl T, Roth J (2007) S100
proteins expressed in phagocytes: a novel group of
damage-associated molecular pattern molecules.
J Leukoc Biol 8: 28-37
70. Bax M, García-Vallejo JJ, Jang-Lee J et al. (2007)
Dendritic cell maturation results in pronounced
changes in glycan expression affecting recognition by siglecs and galectins. J Immunol 179: 82168224
71. Wanderer AA (2008) Ischemic-reperfusion syndromes: biochemical and immunologic rationale for
IL-1 targeted therapy. Clin Immunol 128: 127-132
72. Willart MA, Lambrecht BN (2009) The danger
within: endogenous danger signals, atopy and
asthma. Clin Exp Allergy 39: 12-19
73. Trautmann A (2009) Extracellular ATP in the immune system: more than just a „danger signal“.
Sci Signal 2: pe6
74. Sun Z, Zhang X, Ito K et al. (2008) Amelioration
of oxidative mitochondrial DNA damage and deletion after renal ischemic injury by the KATP channel opener diazoxide. Am J Physiol Renal Physiol
294: F491-F498
75. Hasegawa T, Iwanaga K, Hultquist DE et al.
(2009) Suppression of nitrosative and oxidative
stress to reduce cardiac allograft vasculopathy.
Am J Physiol Heart Circ Physiol 296: H1007H1016
76. Zhang M, Alicot EM, Chiu I et al. (2006) Identification of the target self-antigens in reperfusion injury. J Exp Med 203: 141-152
77. Zhang M, Carroll MC (2007) Natural IgM-mediated innate autoimmunity: a new target for early intervention of ischemia-reperfusion injury. Expert
Opin Biol Ther 7: 1-8
78. Zhai Y, Shen XD, O´Connell R et al. (2004) TLR4
activation mediates liver ischemia/reperfusion inflammatory response via INF regulatory factor 3dependent, MyD88-independent pathway. J Immunol 173: 7115-7119
79. Tsung A, Hoffman RA, Izuishi K et al. (2005) Hepatic ischemia/reperfusion injury involves functional TLR4 signaling in nonparenchymal cells. J
Immunol 175: 7661-7668
80. Oyama J, Blais C jr, Liu X et al. (2004) Reduced
myocardial ischemia-reperfusion injury in tolllike receptor 4-deficient mice. Circulation 109:
784-789
81. Chong AJ, Shimamoto A, Hampton CR et al.
(2004) Toll-like receptor 4 mediates ischemia/reperfusion injury of the heart. J Thorac Cardiovasc
Surg 128: 170-179
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 212
82. Kim BS, Lim SW, Li C et al. (2005) Ischemia-reperfusion injury activates innate immunity in rat
kidneys. Transplantation 79: 1370-1377
83. Wu H, Chen G, Wyburn KR et al. (2007) TLR4
activation mediates kidney ischemia/reperfusion
injury. J Clin Invest 117: 2847-2859
84. Shimamoto A, Pohlman TH, Shomura S et al.
(2006) Toll-like receptor 4 mediates lung ischemia-reperfusion injury. Ann Thorac Surg 82:
2017-2023
85. Cao CX, Yang QW, Lv FL et al. (2007) Reduced
cerebral ischemia-reperfusion injury in Toll-like
receptor 4 deficient mice. Biochem Biophys Res
Commun 353: 509-514
86. Leemans JC, Stokman G, Claessen N et al.
(2005) Renal-associated TLR2 mediates ischemia/reperfusion injury in the kidney. J Clin Invest 115: 2894-2903
87. Andrassy M, Volz HC, Igwe JC et al. (2008)
High-mobility group box-1 in ischemia-reperfusion injury of the heart. Circulation 117: 32163226
88. Shen XD, Ke B, Zhai Y et al. (2007) Absence of
toll-like receptor 4 (TLR4) signaling in the donor
organ reduces ischemia and reperfusion injury in
a murine liver transplantation model. Liver
Transpl 13: 1435-1443
89. Ogura Y, Sutterwala FS, Flavell RA (2006)The
inflammasome: first line of the immune response
to cell stress. Cell 126: 659-662
90. Cruz CM, Rinna A, Forman HJ et al. (2007) ATP
activates a reactive oxygen species-dependent
oxidative stress response and secretion of proinflammatory cytokines in macrophages. J Biol
Chem 282: 2871-2879
91. Martinon F (2008) Detection of immune danger
signals by NALP3. J Leukoc Biol 83: 507-511
92. Kool M, Pétrilli V, De Smedt T et al. (2008) Cutting edge: alum adjuvant stimulates inflammatory dendritic cells through activation of the
NALP3 inflammasome. J Immunol 181: 37553759
93. Watanabe H, Gehrke S, Contassot E et al. (2008)
Danger signaling through the inflammasome
acts as a master switch between tolerance and
sensitization. J Immunol 180: 5826-5832
94. Martinon F, Mayor A, Tschopp J (2009) The inflammasomes: guardians of the body. Annu Rev
Immunol 27: 229-265
95. Martinon F, Mayor A, Tschopp J (2009) The inflammasomes: guardians of the body. Annu Rev
Immunol 27: 229-265
96. Cannon GJ, Swanson JA (1992) The macrophage capacity for phagocytosis. J Cell Sci 101:
907-913
97. Eisenbarth SC, Colegio OR, O’Connor W et al.
(2008) Crucial role for the Nalp3 inflammasome
in the immunostimulatory properties of aluminium adjuvants. Nature 453: 1122-1126
98. Dostert C, Petrilli V, van Bruggen R et al. (2008)
Innate immune activation through Nalp3 inflammasome sensing of asbestos and silica. Science
320: 674-677
99. Cassel SL, Eisenbarth SC, Iyer SS et al. (2008)
The Nalp3 inflammasome is essential for the development of silicosis. Proc Natl Acad Sci USA
105: 9035-9040
100. Fubini B, Hubbard A (2003) Reactive oxygen
species (ROS) and reactive nitrogen species
(RNS) generation by silica in inflammation and
fibrosis. Free Radic Biol Med 34: 1507-1516
101. Simeonova PP, Luster MI (1995) Iron and reactive oxygen species in the asbestos-induced tumor
necrosis factor-α response from alveolar macrophages. Am J Respir Cell Mol Biol 12: 676-683
102. Cruz CM, Rinna A, Forman HJ et al. (2007) ATP
activates a reactive oxygen species-dependent
oxidative stress response and secretion of proinflammatory cytokines in macrophages. J Biol
Chem 282: 2871-2879
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
103. Bossi O, Gartsbein M, Leitges M et al. (2008)
UV irradiation increases ROS production via
PKCδ signaling in primary murine fibroblasts. J
Cell Biochem 105: 194-207
104. Pétrilli V, Papin S, Dostert C et al. (2007) Activation of the NALP3 inflammasome is triggered
by low intracellular potassium concentration.
Cell Death Differ 14: 1583-89
105. Abendroth DK, deJong L, Kloepfer D et al.
(2009) Inhibition of p38 MAPkinase reduces
ischemia and reperfusion injury in pigs. ATC
congress Boston, USA. Poster Session Ischemia
Reperfusion Injury II # 1403
106. Yoshimura S, Bondeson J, Foxwell BM et al.
(2001) Effective antigen presentation by dendritic cells is NF-κB dependent: coordinate regulation of MHC, co-stimulatory molecules and cytokines. Int Immunol 13: 675-683
107. Ardeshna KM, Pizzey AR, Devereux S, Khwaja A
(2000) The PI3 kinase, p38 SAP kinase, and
NF-κB signal transduction pathways are involved in the survival and maturation of lipopolysaccharide-stimulated human monocyte-derived
dendritic cells. Blood 96: 1039-1046
108. de Vries B, Walter SJ, Peutz-Kootstra CJ et al.
(2004) The mannose-binding lectin-pathway is
involved in complement activation in the course
of renal ischemia-reperfusion injury. Am J Pathol 165: 1677-1688
109. Gamaley IA, Klyubin IV (1999) Roles of reactive
oxygen species: signalling and regulation of cellular functions. Inter Rev Cytol 188: 203-255
110. Kiyoshi N (2000) Role of reactive oxygen species
in the regulation of physiological functions. Biol
Pharmaceut Bull 23: 897-903
111. Guzy RD, Hoyos B, Robin E et al. (2005) Mitochondrial complex III is required for hypoxia-induced ROS production and cellular oxygen sensing. Cell Metab 1: 401-408
112. Brunelle JK, Bell EL, Quesada NM et al. (2005)
Oxygen sensing requires mitochondrial ROS but
not oxidative phosphorylation. Cell Metab 1:
409-414
113. Klimova T, Chandel NS (2008) Mitochondrial
complex III regulates hypoxic activation of HIF.
Cell Death Differ 15: 660-666
114. He L, Dinger B, Sanders K et al. (2005) Effect of
p47phox gene deletion on ROS production and
oxygen sensing in mouse carotid body chemoreceptor cells. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol
289: L916–L924
115. Maranchie JK, Zhan Y (2005) Nox4 is critical for
hypoxia-inducible factor 2-alpha transcriptional
activity in von Hippel-Lindau-deficient renal cell
carcinoma. Cancer Res 65: 9190-9193
116. Griguer CE, Oliva CR, Kelley EE et al. (2006)
Xanthine oxidase-dependent regulation of hypoxia-inducible factor in cancer cells. Cancer Res
66: 2257-2263
117. Wang GL, Semenza GL (1995) Purification and
characterization of hypoxia-inducible factor 1. J
Biol Chem 270: 1230-1237
118. Semenza GL (1999) Perspectives on oxygen sensing. Cell 98: 281-284
119. Semenza GL (1998) Hypoxia-inducible factor 1:
master regulator of O2 homeostasis. Curr Opin
Genet Dev 8: 588-594
120. Hu CJ, Wang LY, Chodosh LA et al. (2003) Differential roles of hypoxia-inducible factor 1alpha
(HIF-1alpha) and HIF-2alpha in hypoxic gene
regulation. Mol Cell Biol 23: 9361-9374
121. Semenza GL (2004) Hydroxylation of HIF-1:
oxygen sensing at the molecular level. Physiology (Bethesda) 19: 176-182
122. Pugh CW, Ratcliffe PJ (2003) Regulation of angiogenesis by hypoxia: role of the HIF system.
Nat Med 9: 677-684
123. Angelos MG, Kutala VK, Torres CA et al. (2006)
Hypoxic reperfusion of the ischemic heart and
oxygen radical generation. Am J Physiol Heart
Circ Physiol 290: H341-H347
124. Takada M, Nadeau KC, Hancock WW et al.
(1998) Effects of explosive brain death on cytokine activation of peripheral organs in the rat.
Transplantation 65: 1533-1542
125. Kusaka M, Pratschke J, Wilhelm MJ et al. (2000)
Activation of inflammatory mediators in rat renal isografts by donor brain death. Transplantation 69: 405-410
126. Gasser M, Waaga AM, Kist-Van Holthe JE et al.
(2002) Normalization of brain death-induced injury to rat renal allografts by recombinant soluble P-selectin glycoprotein ligand. J Am Soc
Nephrol 13: 1937-1945
127. Morariu AM, Martins PN, Leuvenink HG et al.
(2007) Brain death and donor age synergistically accelerate the early immune response of allograft recipient (Abstract # O155).Transplant Int
20: 47
128. Oh KH, Kim JY, Kim D et al. (2004) Targeted gene disruption of the heat shock protein 72 gene
(hsp70.1) in the donor tissue is associated with a
prolonged rejection-free survival in the murine
skin allograft model. Transpl Immunol 13: 273281
129. Huang Y, Yin H, Han J, Huang B, Xu J, Zheng F
et al. (2007) Extracellular hmgb1 functions as an
innate immune-mediator implicated in murine
cardiac allograft acute rejection. Am J Transplant 7: 799-808
130. Goldstein DR, Tesar BM, Akira S, Lakkis FG
(2003) Critical role of the Toll-like receptor signal adaptor protein MyD88 in acute allograft rejection. J Clin Invest 111: 1571-1578
131. Tesar BM, Zhang J, Li Q, Goldstein DR (2004)
TH1 immune responses to fully MHC mismatched allografts are diminished in the absence of
MyD88, a toll-like receptor signal adaptor protein. Am J Transplant 4: 1429-1439
132. McKay D, Shigeoka A, Rubinstein M, Surh C,
Sprent J (2006) Simultaneous deletion of MyD88
and Trif delays major histocompatibility and minor antigen mismatch allograft rejection. Eur J
Immunol 36: 1994-2002
133. Groh V, Bahram S, Bauer S et al. (1996) Cell
stress regulated human major histocompatibility
complex class I gene expressed in gastrointestinal epithelium. Proc Natl Acad Sci USA 93:
12445-12450
134. Bauer S, Groh V, Wu J et al. (1999) Activation of
NK cells and T cells by NKG2D, a receptor for
stress-inducible MICA. Science 285: 727-729
135. Bahram S (2000) MIC genes: from genetics to
biology. Adv Immunol 76: 1-60
136. Das H, Groh V, Kujil C et al. (2001) MICA engagement by human Vγ2Vδ2 T cells enhances their
antigen-dependent effector function. Immunity
15: 83-93
137. Cosman D, Müllberg J, Sutherland CL et al.
(2001) ULBPs, novel MHC class I-related molecules, bind to CMV glycoprotein UL16 and stimulate NK cytotoxicity through the NKG2D receptor. Immunity 14: 123-133
138. Wu J, Groh V, Spies T (2002) T cell antigen receptor engagement and specificity in the recognition of stress-inducible MHC I-related chains
by human epithelial γδ T cells. J Immunol 169:
1236-1240
139. Bacon L, Eagle RA, Meyer M et al. (2004) Two
human ULBP/RAET1 molecules with transmembrane regions are ligands for NKG2D. J Immunol 173: 1078-1084
140. Borchers MT, Harris NL, Wesselkamper SC et al.
(2006) NKG2D ligands are expressed on stressed
human airway epithelial cells. Am J Physiol
Lung Cell Mol Physiol 291: L222-L231
141. Quiroga I, Salio M, Koo DD et al. (2006) Expression of MHC class I-related Chain B (MICB)
W. G. Land: Innatale Alloimmunität und Transplantattoleranz
molecules on renal transplant biopsies. Transplantation 81: 1196-1203
142. Bendelac A, Savage PB, Teyton L (2007) The
biology of NKT cells. Annu Rev Immunol 25:
297-336
143. Chien YH, Konigshofer Y (2007) Antigen recognition by gammadelta T cells. Immunol Rev
215: 46-58
144. Suárez-Alvarez B, López-Vázquez A, Baltar JM
et al. (2009) Potential role of NKG2D and its ligands in organ transplantation: new target for
immunointervention. Am J Transplant 9: 251257
145. Schlitt HJ, Raddatz G, Steinhoff G et al. (1993)
Passenger lymphocytes in human liver allografts
and their potential role after transplantation.
Transplantation 56: 951-955
146. Navarro F, Portalès P, Candon S et al. (2000)
Natural killer cell and alphabeta and gammadelta lymphocyte traffic into the liver graft immediately after liver transplantation. Transplantation 69: 633-639
147. Ascon DB, Lopez-Briones S, Liu M et al. (2006)
Phenotypic and functional characterization of
kidney-infiltrating lymphocytes in renal ischemia
reperfusion injury. J Immunol 177: 3380-3387
148. Li L, Huang L, Sung SS et al. (2007) NKT cell
activation mediates neutrophil IFN-gamma production and renal ischemia-reperfusion injury. J
Immunol 178: 5899-5911
149. Lappas CM, Day YJ, Marshall MA et al. (2006)
Adenosine A2A receptor activation reduces hepatic ischemia reperfusion injury by inhibiting
CD1d-dependent NKT cell activation. J Exp med
203: 2639-2648
150. Savransky V, Molls RR, Burne-Taney M et al.
(2006) Role of the T-cell receptor in kidney
ischemia-reperfusion injury. Kidney Int 69: 233238
151. Hochegger K, Schätz T, Eller P et al. (2007) Role of alpha/beta and γgamma/deltaT cells in renal ischemia reperfusion injury. Am J Physiol
Renal Physiol 293: F741-F747
152. Hankey KG, Drachenberg CB, Papadimitriou JC
et al. (2002) MIC expression in renal and pancreatic allografts. Transplantation 73: 304-306
153. Kim J, Chang CK, Hayden T et al. (2007) The
activating immunoreceptor NKG2D and its ligands are involved in allograft transplant rejection. J Immunology 179: 6416-6420
154. Maier S, Tertilt C, Chambron N et al. (2001) Inhibition of natural killer cells results in acceptance of cardiac allografts in CD28-/- mice. Nat
Med 7: 557-562
155. McNerney ME, Lee KM, Zhou P et al. (2006) Role of natural killer cell subsets in cardiac allograft rejection. Am J Transplant 6: 505-513
156. Hervé P, Rifle G (2009) Hurdles to transplant tolerance induction. Transplantation 87: S67
157. Morrissey PE (2009) Prope tolerance: is it the
end or the means? Transplantation 87: 17501751
158. Pilat N, Klaus C, Schwaiger E, Wekerle T (2009)
Hurdles to the induction of tolerogenic mixed
chimerism. Transplantation 87: S79-S84
159. Orlando G, Soker S, Wood K (2009) Operational
tolerance after liver transplantation. J Hepatol
50: 1247-1257
160. Land W, Schneeberger H, Schleibner St et al.
(1995) Ablation of free radical-mediated reperfusion injury of allografts by rh-SOD reduces incidences of acute and chronic rejection events.
In: Messmer K, Menger MD, Land W (Eds). Microcirculation in Organ Transplantation (pp.
109-119). Basel: Karger
161. Land W (1999) Postischemic reperfusion injury
to allografts: Its impact on T-cell alloactivation
via up-regulation of dendritic cell-mediated stimulation, co-stimulation, and adhesion. Curr
Opin Organ Transplant 4: 118-124
162. Jonuleit H, Schmitt E (2003) The regulatory T
cell family: distinct subsets and their interrelations. J Immunol 171: 6323-6327
163. Groux H (2003) Type 1 T-regulatory cells: their
role in the control of immune responses. Transplantation 75: 8S-12S
164. Weiner HL (2001) Induction and mechanism of
action of transforming growth factor-β-secreting
Th3 regulatory cells. Immunol Rev 182: 207-214
165. Fontenot JD, Gavin MA, Rudensky AY (2003)
Foxp3 programs the development and function of
CD4+CD25+ regulatory T cells. Nat Immunol 4:
330-336
166. Hori S, Nomura T, Sakaguchi S (2003) Control of
regulatory T cell development by the transcription factor Foxp3. Science 299: 1057-1061
167. Sakaguchi S, Ono M, Setoguchi R et al. (2006)
Foxp3+ CD25+ CD4+ natural regulatory T
cells in dominant self-tolerance and autoimmune
disease. Immunol Rev 212: 8-27
168. Thornton AM, Shevach EM (2000) Suppressor
effector function of CD4+CD25+ immunoregulatory T cells is antigen non-specific. J Immunol
164: 183-190
169. Schwartz RH (2003) T cell anergy. Annu Rev Immunol 21: 305-334
170. Hawiger D, Inaba K, Dorsett Y et al. (2001)
Dendritic cells induce peripheral T cell unresponsiveness under steady state conditions in vivo. J Exp Med 194: 769-779
171. Bonifaz LC, Bonnyay D, Mahnke K et al. (2002)
Efficient targeting of protein antigen to the dendritic cell receptor DEC-205 in the steady state
leads to antigen presentation on major histocompatibility complex class 1 products and peripheral CD8+ T cell tolerance. J Exp Med 196:
1627-1638
172. Probst HC, Lagnel J, Kollias G, van den Broek
(2003) Inducible transgenic mice reveal resting
dendritic cells as potent inducers of CD8+ T cell
tolerance. Immunity 18: 713-720
173. Morelli AE, Thomson AW (2007) Tolerogenic
dendritic cells and the quest for transplant tolerance. Nat Rev Immunol 7: 610-621
174. Lambeth JD, Krause KH, Clark RA (2008) NOX
enzymes as novel targets for drug development.
Semin Immunopathol 30: 339-363
175. Jaquet V, Scapozza L, Clark R et al. (2009) Small
Molecule NOX Inhibitors: ROS-generating
NADPH Oxidases as Therapeutic Targets. Antioxid Redox Signal 11: 2535-2552
176. Salvemini D, Wang ZQ, Zweier JL et al. (1999) A
nonpeptidyl mimic of superoxide dismutase with
therapeutic activity in rats. Science 286: 304306
Transplantationsmedizin
2010, 22. Jahrg., S. 213
177. Cuzzocrea S, Mazzon E, Dugo L et al. (2001)
Protective effects of a new stable, highly active
SOD mimetic, M40401 in splanchnic artery
occlusion and reperfusion. Br J Pharmacol 132:
19-29
178. Salvemini D, Mazzon E, Dugo L et al. (2001)
Pharmacological manipulation of the inflammatory cascade by the superoxide dismutase mimetic, M40403. Br J Pharmacol 132: 815-827
179. Masini E, Cuzzocrea S, Mazzon E et al. (2002)
Protective effects of M40403, a selective superoxide dismutase mimetic, in myocardial ischaemia and reperfusion injury in vivo. Br J Pharmacol 136: 905-917
180. Testa L, Van Gaal WJ, Bhindi R et al. (2008) Pexelizumab in ischemic heart disease: a systematic review and meta-analysis on 15,196 patients.
J Thorac Cardiovasc Surg 136: 884-893
181. Brodsky RA, Young NS, Antonioli E et al. (2008)
Multicenter phase 3 study of the complement inhibitor eculizumab for the treatment of patients
with paroxysmal nocturnal hemoglobinuria.
Blood 111: 1840-1847
182. Wang H, Arp J, Liu W et al. (2007) Inhibition of
terminal complement components in presensitized transplant recipients prevents antibody-mediated rejection leading to long-term graft survival and accommodation. J Immunol 179: 44514463
183. Lynn M, Wong YN, Wheeler JL et al. (2004) Extended in vivo pharmacodynamic activity of
E5564 in normal volunteers with experimental
endotoxemia. J Pharmacol Exp Ther 308: 175181
184. Kawamoto T, Ii M, Kitazaki T et al. (2008) TAK242 selectively suppresses Toll-like receptor 4signaling mediated by the intracellular domain.
Eur J Pharmacol 584: 40-48
185. English JM, Cobb MH (2002) Pharmacological
inhibitors of MAPK pathways. Trends Pharmacol Sci 23: 40-45
186. Li M, Zhang X, Zheng X et al. (2007) Immune
modulation and tolerance induction by RelB-silenced dendritic cells through RNA interference.
J Immunol 178: 5480-5487
187. Li M, Zhang X, Zheng X et al. (2008) Tolerogenic dendritic cells transferring hyporesponsiveness and synergizing T regulatory cells in transplant tolerance. Int Immunol 20: 285-293
188. Zhang X, Li M, Lian D et al. (2008) Generation
of therapeutic dendritic cells and regulatory T
cells for preventing allogeneic cardiac graft rejection. Clin Immunol 127: 313-321
189. Zheng X, Vladau C, Zhang X et al. (2009) A novel in vivo siRNA delivery system specifically
targeting dendritic cells and silencing CD40 genes for immunomodulation. Blood 113: 26462654
190. Land WG (2007) Innate immunity-mediated allograft rejection and strategies to prevent it. Transplant Proc 39: 667-672
Prof. Dr. Walter G. Land
Lindenstr. 18
81545 München
[email protected]