迷你评论文章

前面。2019年1月地中海,08年
秒。肾脏学
卷5 - 2018 | https://doi.org/10.3389/fmed.2018.00358

非侵入性的生物标志物在肾移植急性排斥反应:新靶点和策略

迈克尔Eikmans ¹ ^*,

Els m . Gielis²,

Kristien j . Ledeganck ²,

荐新杨 ¹,

丹尼尔Abramowicz³和

弗朗斯·f·j·Claas¹

¹免疫血液学和输血、莱顿、荷兰莱顿大学医学中心
²实验室实验医学和儿科,安特卫普,比利时安特卫普大学
³肾脏学和高血压,安特卫普,比利时安特卫普大学医院

肾移植被认为是最受欢迎的治疗终末期肾病患者,因为成功的移植与长比透析生存和改善生活质量。Alloreactive对捐赠肾脏的免疫反应可能导致急性排斥反应的移植。目前肾移植排斥反应的诊断主要依靠临床监测,包括血清肌酐、蛋白尿、肾移植活检的病理评估确认。这些参数都有它们的局限性。生物标记物的鉴定和验证,与或预测急性排斥反应的存在,并可以改善治疗决策,为移植重点社区。需要选择,微创但敏感标记诊断急性移植排斥。在这里,我们提供了生物标志物的研究现状的概述的急性肾移植排斥在血液和尿液。我们专门讨论相对新颖的研究策略在生物标志物的研究中,包括转录组和蛋白质组学,阐述donor-derived游离DNA的潜在生物标志物。

急性肾移植排斥反应的特性

肾移植

肾移植是治疗终末期肾功能衰竭患者的首选。移植后患者的生存和生活质量上乘而剩下的透析(1,2)。移植器官是倾向于一些急性的侮辱与免疫损伤、缺血再灌注损伤(IRI),药物毒性和手术并发症(3,4)。图1代表了可能遇到的并发症的概述。

图1

图1。原理的概述不同的时机graft-associated并发症,从移植的时候移植失败的那一刻。米、月;DGF,移植肾功能延迟恢复、参股,钙调磷酸酶抑制剂;BKVN, BK病毒肾病。

引入更强的免疫抑制药物导致的急性排斥反应发生率降低。不过,10%的肾移植受者在第一年开发一个急性排斥反应(5)。急性排斥反应通常是由静脉注射类固醇和/或well-treatable anti-thymocyte球蛋白。但一旦发生,它对移植的结果(可能有不利影响6)。

急性排斥反应类型和潜在的病理生理机制

急性排斥反应最普遍在移植后的第一个星期7),可以分为T细胞(TCMR)和抗体介入(ABMR)拒绝。在TCMR,淋巴细胞间隙空间内的渗透和扩散。这些淋巴细胞可以诱导细胞毒性对肾小管上皮细胞的影响,从而导致tubulitis。动脉血管排斥反应时发现单核细胞入侵造成动脉炎,最终严重透壁的血管坏死。

自适应免疫系统中起着重要的作用TCMR(图2)。alloreactive T细胞的频率(天真,内存)是1 - 10% (8)。直接allorecognition是由T细胞受体间的相互作用(TCR)受体T细胞和不匹配的人类白细胞抗原(HLA)供体抗原递呈细胞(apc)派生而来。间接allorecognition也扮演了一个角色:donor-derived HLA抗原是CD4收件人提供的加工和装甲运兵车⁺T细胞(9)。HLA / peptide-TCR交互和co-stimulation信号促进T细胞增殖和分化。CD8 + T细胞释放穿孔素和granzyme B诱导靶细胞的细胞凋亡(10)。单核细胞和骨髓DCs还渗透移植和导致急性排斥反应(11,12)。

图2

图2。参与先天和适应性免疫损伤移植的发展。缺血再灌注损伤(IRI)导致诱导肾小管细胞的坏死和释放损伤相关的分子模式(抑制),通常隐藏在完整细胞。通常抑制结合的toll样受体)树突状细胞(DC)诱导激活和成熟。在场的成熟DC donor-derived HLA抗原和co-stimulatory分子幼稚T细胞,使T细胞分化成IFNγ生产TH1细胞。IFNγ可以刺激其他dc的成熟,诱导巨噬细胞激活和招聘,CD8的直接分化⁺T细胞。收件人DCs还能捕获和捐赠者HLA抗原,从而刺激接受者CD8⁺T细胞。IRI会导致感应的地方增加补充组件3 (C3)。乳沟C3的变质性途径导致C3b沉积在细胞膜和补体级联激活。公布的小片段C3a ca5的补体激活期间,有促炎作用。膜的形成攻击复杂(MAC)导致靶细胞溶解和释放的抑制。

ABMR,由捐赠特定抗体(DSA)针对HLA -或捐赠内皮non-HLA抗原,可以看到在移植后第一年(13,14)。抗原抗体相互作用和补体的激活,导致依赖抗体的细胞毒性引起靶细胞的裂解。内皮细胞损伤会导致血小板聚集和招募白细胞通过细胞因子、趋化因子和化学引诱物。这些现象可能导致移植失败(15)。

肾脏细胞死亡和先天免疫

先天免疫系统提供了非特异性防御入侵的病原体:通过补充系统防止感染和细胞,巨噬细胞和DCs的反应。通常这些细胞携带的toll样受体),其为病原体识别的分子模式对病原体。

先天免疫导致移植损伤(图2)。IRI导致肾小管细胞的坏死和释放损伤相关的分子模式(抑制),分子隐藏在完整细胞但从受损的细胞(16,17)。抑制结合通常对DCs和诱导激活和成熟。管状细胞凋亡导致移植排斥反应(18,19)。目前DCs donor-derived HLA抗原和co-stimulatory分子幼稚T细胞,驾驶其分化成IFNγ-producing Th1细胞。IFNγ可以诱导骨髓细胞的分化和激活和CD8⁺T细胞。IRI也能导致本地激活补体级联。

监测移植:常规参数

监测肾移植病人post-transplantation管理的一个重要组成部分20.)。根据KDIGO(肾病改善全球的结果)指南(https://kdigo.org/)急性肾损伤的定义是血清肌酐水平上升> 0.3 mg / dL在48 h,≥50%的比例增加血清肌酐从基线(1.5倍),或者减少尿量(少尿< 0.5 mL / kg / h以上6 h)。建议量化蛋白排泄在第一年每3个月。多瘤病毒和巴尔病毒筛查使用等离子体核酸测试需要每月执行移植后在第一个三个月,此后每3个月到1年。

肾穿刺活检是必要的性能在不明原因的情况下增加血清肌酐。班夫同种异体移植物排斥反应提供了标准化的分类标准的组织学诊断急性排斥反应,从而得分不同肾脏炎症隔间(21)。微循环病变,连同C4d沉积在管周毛细血管和供体特异性抗体在病人的血清,指向ABMR。

常规免疫实验室测试申请确定病人的免疫致敏和不良贪污的风险评估结果。补体依赖的细胞毒性测试执行移植前,它的引入导致的hyperacute排斥反应发生率显著降低(22)。同样,移植前HLA同种抗体筛查有助于优化供选择。移植后HLA同种抗体筛选用于定义类型的急性排斥反应,并帮助建立可能的抗体对移植肾功能的影响。

非侵入性的生物标志物对急性肾移植排斥

常规参数的局限性

改变血清肌酐不是专门针对移植物损伤:水平的变化可能表明一个内在肾的过程,如急性排斥反应、移植感染;或一个瞬态过程,如血流动力学的影响钙调磷酸酶抑制剂或pre-renal卷损耗(20.)。此外,急性排斥反应的过程涉及到不同阶段,临床移植损伤发生在连续的迹象,后一个阶段的亚临床移植损伤(15,23)。换句话说,血清肌酐也许不会改变,尽管相当大的损伤肾脏。活组织检查的性能可能导致并发症移植接受者(24)。由于住院所需所有活检程序,它代表了一个昂贵的检查。其他肾活检的局限性包括抽样误差和interobserver病理学家之间的可变性(25)。

总之,需要选择,微创诊断急性移植排斥但敏感标记。生物标记物的鉴定和验证,与和/或预测急性排斥反应的存在,并可以改善治疗决策,为移植重点社区(26)。通过连续采样,拒绝可能的发展预期的实际开发前的组织损伤。通过区分高风险和低风险病人根据生物标记信息,个性化的免疫抑制药物治疗可能促进。

要求一个生物标志物

根据美国国立卫生研究院(NIH)生物标记定义工作组生物标志物被定义为“一个特征,可以客观地测量和评价指标的正常生物过程,致病反应,或药物对治疗干预的反应。“Gwinner说标准的生物标志物在疾病(27)。在肾移植的理想生物标志物应迅速,准确地说,便宜和无创性受试者认同初期的同种异体移植物损伤,和识别损伤的类型。临床上有用的化验有高灵敏度、特异性和消极的和积极的预测值(NPV, PPV),和一个诊断接收者曲线下面积(AUC)接近1.0 (26)。

研究小组研究了潜在生物标志物监测肾移植后不同的疾病实体。除了区分发生急性排斥反应或发展的慢性损伤(纤维化),生物标志物可能应用于移植后评估干预试验的影响或评估移植受者的免疫耐受的程度对其发展捐赠移植。研究调查的潜在生物标志物肾急性排斥在随后的段落,将讨论和总结在表1。

表1

表1。概述生物标志物的诊断性能检测肾移植排斥。

生物标记物的急性排斥反应:我们现在在哪里?

生物标记通常是在有偏见的研究方法,通过观察分子将发挥作用的病理生理学排斥。研究小组调查了一般免疫细胞子集(T细胞、B细胞、单核细胞),但也通过趋化因子免疫激活CXCL9 CXCL10,细胞毒性T细胞的免疫效应途径(granzyme B,穿孔素,FasL)和供体特异性反应性T细胞的数量在同种异体反应生产IFNγ供体细胞(33)。分子更普遍反映肾实质损伤包括肾损伤分子1,中性粒细胞gelatinase-associated lipocalin,和(cf)游离DNA也经常被研究过。提到的几个分子将在下一节中进一步讨论。

用客观的方法在生物标志物的研究中,大量的分子调查同时,non-hypothesis-based的方式。组学技术的发展,包括转录组、蛋白质组学、代谢组学、基因丰度的量化成绩单(mRNA),蛋白质和代谢物,分别在细胞/组织提取物或biofluids开辟了新的机遇的非侵入性诊断急性排斥反应(34)。

转录组

过去一年,该集团从分子分析移植手术活检Halloran表现丰富的标准由这个所谓的分子病理学方法显微镜策略(35,36)。其他组织分析了分子标记在尿液和血液。

Suthanthiran集团分析mRNA转录本在肾移植受者尿沉积物,包括CD3ε、穿孔素,granzyme B, proteinase-inhibitor-9 (granzyme B)抑制剂,CD103(上皮内淋巴细胞的归巢),CXCL10, CXCR3(淋巴细胞上的趋化因子受体)。three-gene签名诊断急性排斥反应被发现和验证队列(28)。有趣的是,签名是增加了20天前通过活检组织学诊断。

Sarwal集团介绍了kSORT(肾脏器官反应测试)由外周血转录组评估。在一项多中心研究中,从没有排斥17基因区分急性排斥反应(29日)。kSORT基因签名设计基于通路和网络分析。10基因以前提出作为急性排斥和周边生物标志物表达的人被激活单核细胞、内皮细胞和T细胞。17-gene模型允许测定急性排斥的概率评分(0 - 100%)。这个模型是在一个独立的验证的病人,和前瞻性群组内显示,84%的样品一集的急性排斥反应是正确分类。急性排斥反应可以预测已经3个月在组织学诊断病例的64%时稳定的移植肾功能。一个算法开发和商业化报告急性排斥的风险评分(high-intermediate-low风险),从而反映病人的免疫反应的评估。

蛋白质组学

最有前途的研究蛋白质生物标记物对急性肾IFNγ-induced趋化因子CXCL9和CXCL10拒绝。这些趋化因子招募T细胞炎症网站绑定后CXCR3激活T细胞。

在一个多中心的前瞻性研究,Hricik和同事(30.尿液)观察到更高水平的CXCL9在急性排斥患者(>班夫IA),已经活检前30天。低尿CXCL9蛋白质含量可以用来排除急性排斥反应,由高NPV如图所示。此外,低尿CXCL9蛋白质含量在6个月期间稳定的接枝条件指出低风险的发展未来的急性排斥反应6 - 24个月(NPV 99.3%)。

Rabant和他的同事们发现,尿CXCL9强烈预测TCMR 0.86 (AUC),而CXCL10表现出更好的性能诊断ABMR 0.70 (AUC)和混合拒绝(AUC 0.80)相比TCMR (31日)。已经在1个月,在接枝条件稳定,CXCL10尿水平预测随后的急性排斥反应(0.72 AUC, NPV 93%) (37),这表明低趋化因子水平预测免疫静止。

游离DNA在肾移植

大多数DNA在体内位于细胞内。然而,少量的DNA cfDNA片段的形式自由地在体内循环。释放供体DNA在受体的血液是次要的移植细胞损伤,这些分子可能是同种异体移植物的生物标记物的健康。罗等人是第一个报道donor-derived (dd-cf)游离DNA的存在等离子体移植受者(38)。

从1到12个月平均dd-cfDNA 0.34%移植后观察等离子体的稳定的肾移植受者(39)。总cfDNA水平增加在急性排斥反应和全身感染和一定程度上在当地感染、急性肾小管坏死,药物引起的肾毒性(40)。此外,在少量的女性和男性肾移植接受者,增加dd-cfDNA水平观察急性排斥反应和移植物感染期间集(40)。在一个小原理研究,增加dd-cfDNA水平被发现在拒绝一集(41)。在布卢姆等人的一项横断面研究发现dd-cfDNA水平较高的等离子体接受者与急性(TCMR班夫≥IB和ABMR)或慢性主动拒绝与接受者不主动拒绝在活组织检查(32)。作者报道一个阈值的1% dd-cfDNA区分拒绝与不排斥(PPV敏感性59%,特异性85%,61%,净现值84%)。作者得出的结论是,等离子dd-cfDNA低于1%反映出缺乏一个活跃的排斥。然而,它仍然是引人注目的,dd-cfDNA分数超过1% ~ 25%的样品没有活跃的拒绝。我们最近发布了(42),增加dd-cfDNA参考基准0.88%以上与急性排斥反应有关,但也与急性肾盂肾炎和急性肾小管坏死。在这项研究中,18%的增加dd-cfDNA分数的存在可以解释这些不良事件之一。我们的数据进一步表明,等离子体dd-cfDNA水平并不优于血清肌酐水平诊断急性排斥反应。

挑战和未来的发展方向

不同的非侵入性的生物标志物的肾移植术后急性排斥反应的诊断和早期预测正在接受调查。本文讨论的标记通常是增加他们的水平在急性排斥反应,但关键的问题是由于慢性过程。而增加CXCL9/10水平由IFNγ诱导,似乎很大程度上相关的急性损伤形式,提升dd-cfDNA代表一般攻击标志,也可能代表慢性移植伤害。尽管近年来生物标志物研究的财富,没有永久标记已经实现在今天的临床实践是公认的诊断工具。这可能是由于这样的事实,许多研究在过去有一个回顾性的性格和/或在一个中心进行。验证初步结果的一个独立的群体经常被缺乏。最重要的是,特定的敏感性和特异性生物标志物可能是有限的。

的确,没有讨论的生物标志物有敏感性和特异性都达到了100%。达到更高的整体预测价值,更全面的方法可以结合不同的化验,即潜在生物标志物评估材料集成来自身体的不同部位。如前所述,血清肌酐评估特异性有限。这不仅意味着水平的变化可能发生急性排斥反应,还由于急性肾小管坏死,病毒感染和药物毒性。同样,本文中讨论的生物标志物是阻碍的能力区分急性排斥反应和其他原因的急性移植功能下降,如病毒感染。

的一个主要问题是当临床生物标志物信息的后果。有关这个问题提前多少天一个特定的分析物预测第一临床体征被拒绝。血dd-cfDNA水平的变化(43,44)和尿液和血液中mRNA水平(28,29日)检测开始前至少2周的排斥。这些发现临床高度相关,因为早期检测提供了一个广阔的治疗窗。

转录组和dd-cfDNA评估已经被应用于非侵入性的物质在肾移植的上下文中。然而,血液mRNA概要文件提供了一个相当高的概率分急性排斥,不确定的风险要求(13 - 15%的病例)经常被观察到(29日)。因此,进一步评估kSORT作为急性排斥反应的客观衡量风险正在进行,和随机临床试验正在进行评估kSORT-based监控策略相比,肾移植受者的临床随访标准监控协议。这个策略应该启用评估如果干预基于外周血签名可以积极地影响病人的结果。

到目前为止,实用性dd-cfDNA %作为生物标志物的急性肾移植排斥反应并没有经常被研究过。的原因之一可能是有限的cfDNA在病人的血浆(10 - 15 ng / mL), donor-derived分数相对较低(拒绝期间cfDNA总量的1 - 5%),和基因组DNA污染的高速率经过长时间的常规血管(孵化45)。这些限制可以克服刚获得更高容量的血浆(5 - 10毫升)专门cfDNA-preserving血管(45,46),尽快可能在床边。这种方法可能会阻碍这一事实高样本的临床材料并不总是可用,血液和专门的管子和提取过程是昂贵的。即使这些障碍,需要前瞻性纵向研究调查的角色dd-cfDNA排斥的早期标志和其他类型的肾移植后移植物损伤。

问题是,在这情况下活检可能是放弃了。严重时血清肌酐升高,活检仍然是黄金标准区分急性排斥反应和移植物功能衰退的其他原因。此外,它允许诊断TCMR或ABMR。这对治疗有重要意义,这些条件之间是不同的。当前生物标记并不代表一个令人满意的替代传统的参数区分TCMR互相ABMR和从其他移植功能障碍的原因。以来特别是NPV讨论的生物标记物是相对较高的,他们可能在预测补充血清肌酐测定免疫静止在移植和决定不活组织检查。其次,生物标志物可能优于血清肌酐测定检测亚临床排斥的存在与否,通常会低于雷达检测仅仅当使用血清肌酐指标。亚临床排斥反应的发生率为5%,在移植后6个月(47)和长期移植物存活率显著影响(48)。

临床结果是否积极影响通过血液和尿液参数驱动的干预,在缺乏活组织检查的情况下,仍需由前瞻性随机多中心研究26)。讨论的生物标志物的临床实用程序需要在随机对照试验中确认,从而调查可能影响分子监控策略,与标准监控协议相比,在病人的结果。

作者的贡献

我写文章的多数。如和享有的部分文本。KL、DA和FC评论文本。

资金

司法院收到中国Scholarschip授予委员会(201306170038);和我和FC罗氏器官移植研究基金会(# 119749307)。

利益冲突声明

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

引用

1。沃尔夫RA,阿什比VB,米尔福德EL Ojo AO, Ettenger再保险公司Agodoa LY,等。在所有的病人死亡率的比较透析,透析等待移植的患者,接受第一次的尸体移植。N拉米夫地中海。(1999)341:1725-30。doi: 10.1056 / NEJM199912023412303