2 Theoretischer Hintergrund

▼ 5 (fortgesetzt)

2.1  Die akute Rejektion

Die meisten der akuten Rejektionsepisoden finden innerhalb der ersten Tage bis Wochen nach Transplantation statt, können aber prinzipiell auch noch Jahre später auftreten. Dabei entwickelt sich eine immunologische Reaktion des Empfängers gegen das Transplantat, die mit einem interstitiellen Ödem und einer Schädigung von Gefäßen und parenchymatösen Strukturen einhergeht und innerhalb weniger Tage zu einer zunehmenden Funktionseinschränkung des Organs führt, die man anhand des Anstiegs des Serumkreatininspiegels messen kann. Je nach klinischem Zentrum wird ein Anstieg des Serumkreatinins um 10-20 % von der „Baseline“ - dem durchschnittlich niedrigsten Wert - nach Transplantation als verdächtig angesehen [9, 10]. Fakultative klinische Zeichen wie Fieber und schmerzhafte Schwellungen des Transplantats sind seit der Einführung der modernen immunsuppressiven Medikamente nur noch teilweise zu beobachten [11].

2.1.1  Diagnose

▼ 6 

Diagnostiziert wird die akute Rejektion durch die histologische Untersuchung eines Transplantatbiopsats. Bei positivem Befund findet sich eine zunehmende Infiltration des Transplantats vor allem durch mononukleäre Zellen des Transplantatempfängers wie T- und B-Lymphozyten, natürliche Killerzellen, Makrophagen, aber auch Granulozyten, wobei im Vollbild einer akuten Rejektion die unspezifischen Zellen überwiegen. Mit Hilfe der Kriterien der „Banff-Klassifikationen“ werden die akuten Rejektionen in verschiedene Typen unterteilt, die sowohl von prognostischer als auch von therapeutischer Bedeutung sind. Maßgebend dabei ist eine Invasion der Nierentubuli und/oder Gefäße durch inflammatorische Zellen. Die „Banff-Klassifikation“ von 1997 unterscheidet vier Typen anhand der Anzahl und der Lokalisation der infiltrierenden Zellen: 1. eine „Borderline“ Kategorie („borderline changes“), gekennzeichnet durch eine milde Tubulitis und/oder milde fokale interstitielle Entzündung; 2. eine tubulointerstitielle Rejektion (Typ I), Ia mit fokaler moderater Tubulitis, Ib mit schwerer Tubulitis; 3. eine vaskuläre Rejektion (Typ II) mit intimaler Arteriitis, wobei weiter in IIa mit milder bis moderater intimaler Arteriitis und IIb mit schwerer intimaler Arteriitis unterteilt wird; und 4. eine schwere Rejektion (Typ III) mit transmuraler Arteriitis, fokalen Infarkten und Einblutungen [12].

2.1.2 Risikofaktoren

Unterschiede im Histokompatibilitätssystem der HLA-Moleküle zwischen Spender und Empfänger sowie die Präsensibilisierung des Empfängers mit präformierten Anti-HLA-Antikörpern im Serum schon vor Transplantation (prä-Tx) erhöhen die Wahrscheinlichkeit für eine akute Rejektion [13, 14].

2.1.3 Therapie

Eine akute Rejektion wird zumeist mit einer Hochdosis Kortikosteroide behandelt. Bei schweren akuten Rejektionen mit vaskulärer Beteiligung, die schlechter zu therapieren sind, oder bei Nichtansprechen auf Kortikosteroide können Antilymphozyten-Antikörper wie OKT3 die Rejektion beherrschbar machen. Wenn bei Verdacht auf eine akute Rejektion eine gerinnungshemmende Medikation eine Biopsie des Transplantats wegen möglicher verstärkter Blutungskomplikationen unmöglich macht, kann eine kalkulierte Gabe hochdosierter Kortikosteroide erfolgen. Ein Abfall des Serumkreatinins gibt dann einen Hinweis auf eine tatsächlich stattgefundene, therapierte akute Rejektion.

2.1.4 Komplikationen

▼ 7 

Obwohl akute Rejektionen des Transplantats durch die Verwendung von neueren Immunsuppressiva generell seltener auftreten als früher (seit Einführung von Sirolimus, MMF und anti-IL2R-mAk etwa 30 %) und zum großen Teil behandelt werden können, so bleibt doch ein kleiner Teil resistent gegenüber den Therapiestrategien und führt zum Versagen der Organfunktion. Während frühe akute Rejektionen innerhalb der ersten sechs Monate noch zu über 90 % auf eine Therapie ansprechen, liegen die Erfolgschancen bei späten akuten Rejektionen nur noch bei 55-75 %. Das Auftreten einer akuten Rejektion, besonders in der Spätphase nach Transplantation, erhöht das Risiko für eine chronische Transplantatschädigung. Auch bei Patienten mit nur einer akuten Rejektionsepisode liegt die Wahrscheinlichkeit, dass das Organ ein Jahr nach Transplantation noch eine ausreichende Funktion besitzt, 15-25 % niedriger als bei Patienten ohne Rejektionsepisode [13].

Protokollbiopsien haben gezeigt, dass ein nicht unerheblicher Teil von etwa 30 % der Nierentransplantatempfänger mit stabiler Organfunktion innerhalb der ersten drei Monate nach Transplantation (post-Tx) inflammatorische Veränderungen im Transplantat aufweist, die den Kriterien einer akuten Rejektion Typ I nach Banff entsprechen [9]. Patienten mit unbehandelten sogenannten „subklinischen“ akuten Rejektionen innerhalb der ersten drei Monate post-Tx haben eine erhöhte Inzidenz von frühen (Monat 2 bis 3 nach Transplantation) und späten (Monat 7 bis 12 nach Transplantation) „klinischen“ akuten Rejektionen und eine schlechtere Nierenfunktion gemessen an einem höheren Serumkreatininwert nach zwei Jahren im Vergleich zu Patienten mit behandelten „subklinischen“ akuten Rejektionen [9, 15].

2.2 Die CTN- die chronische Transplantat-Nephropathie

Die chronische Transplantat-Nephropathie (CTN) ist der Hauptgrund für die Beschränkung der Langzeitfunktion der Nierentransplantate auf durchschnittlich zehn Jahre und für die Rückkehr zur Dialyse nach Transplantation [16].

2.2.1  Diagnose

▼ 8 

Die CTN wird durch eine Funktionseinschränkung des Nierentransplantats mit erniedrigter glomerulärer Filtrationsrate und das unspezifische histologische Erscheinungsbild einer interstitiellen Fibrose, einer tubulären Atrophie und einer arteriellen Intimahyperplasie im Transplantatbiopsat charakterisiert und tritt frühestens drei Monate nach Transplantation auf [12]. Ähnlich wie die akute Rejektion wird sie anhand der „Banff-Klassifikation“ in drei Schweregrade unterteilt.

2.2.2 Pathogenese

Für die Entstehung einer CTN spielen mehrere immunologische und nichtimmunologische Faktoren eine Rolle.

Nichtimmunologische Faktoren: Chronische Einflüsse des Alters und der Erkrankungen des Spenders wie Bluthochdruck, Dyslipidämie und Diabetes mellitus können die Gewebestruktur der Niere so verändern, dass sie schon vor Transplantation histologische Veränderungen aufweist, die einer CTN ähnlich sind. Die Entwicklung einer CTN nach Transplantation ist dann wahrscheinlich [16]. Schädigungen des Transplantats im direkten Zusammenhang mit dem Transplantationsprozess (Bedeutung der Todesursache des Spenders [17, 18], der Art und Weise der Organentnahme, der Organaufbewahrung und der Implantation und Reperfusion), die zu verzögerter Aufnahme der Transplantatfunktion führen können, sind stark negativ mit der Langzeitfunktion des Transplantats korreliert. Ebenso führen Erkrankungen wie Bluthochdruck [19, 20], Hypertriglyzerinämie [21] und Diabetes mellitus des Empfängers zu Transplantatveränderungen im Sinne einer CTN. Die Größe des transplantierten Organs, das Geschlecht des Spenders und des Empfängers, Infektionen des Transplantats (z.B. CMV), eine wiederkehrende Grunderkrankung der Niere, sowie Nephrotoxizität der verwendeten Immunsuppressiva Ciclosporin A und Tacrolimus haben ebenfalls Einfluss auf die Langzeitfunktion des Organs; der direkte Zusammenhang mit der Entstehung einer CTN ist jedoch nicht vollständig geklärt [16].

▼ 9 

Immunologische Faktoren: Ein wichtiger immunologischer Faktor, der die Entwicklung einer CTN stark begünstigt, ist das Auftreten von akuten Rejektionen, besonders zu einem späten Zeitpunkt nach Transplantation oder wenn sie schwer, wiederkehrend und schlecht therapierbar sind [22, 23]. Ebenso scheinen subklinische akute Rejektionen einen negativen Einfluss auf die Langzeitfunktion des Organs zu haben, falls sie nicht therapiert werden, wie schon weiter oben erwähnt von Rush et al. beobachtet wurde. Unterschiede im Histokompatibilitätssystem zwischen Spender und Empfänger sowie die Präsensibilisierung des Empfängers mit präformierten Anti-HLA-Antikörpern im Serum (PRA) schon vor der Transplantation sind mit schlechterer Prognose für die Langzeitfunktion des Transplantats verbunden [24, 25], ebenso eine schlechte Wirksamkeit und Noncompliance bezüglich der Immunsuppressiva. Bei einigen Patienten konnte nach Transplantation im Labor aber auch eine ständige spenderspezifische Immunreaktion nachgewiesen werden, die mit einem Fortschreiten einer CTN assoziiert war [26, 27].

Die immunologischen und nichtimmunologischen Faktoren beeinflussen sich gegenseitig. So können Verletzungen und Schäden des Transplantatgewebes zu einer unspezifischen Entzündung führen, die durch Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine, erhöhter Expression von HLA-Molekülen auf Epithelien und Endothelien und einer Rekrutierung von antigenpräsentierenden Zellen ihrerseits mit einer Aktivierung der spezifischen Immunantwort gegen das Transplantat einhergeht [28, 29]. Es konnte daher auch gezeigt werden, dass Nierentransplantate mit verzögerter Funktion nach Peritransplantationsstress häufiger akute Rejektionen durchlitten, wobei dann die Prognose bezüglich ihrer Langzeitfunktion besonders schlecht war [30]. Auf der anderen Seite kann eine verzögerte Funktionsaufnahme der transplantierten Niere auch durch eine frühe akute Rejektion bedingt sein.

Das Zusammenspiel der immunologischen und nichtimmunologischen Faktoren führt zu einer chronischen Schädigung des Nierengewebes, die zu einem langfristigen fibrosierenden Umbau mit dem histologischen Bild der CTN und zu einer Funktionseinschränkung des Organs führen kann, welche irreversibel und nicht therapierbar sind.

2.3 Der Tod des Patienten bei funktionsfähigem Transplantat

▼ 10 

Die Mortalität der Patienten nach Transplantation trotz funktionsfähigem Transplantat ist eine der Hauptkomplikationen, die bis heute den Erfolg von Nierentransplantationen limitieren. Dabei stehen die meisten Gründe für den Tod des Patienten in mehr oder weniger direktem Zusammenhang mit der Immunsuppression selbst.

2.3.1  Kardiovaskuläre Erkrankungen

Besonders Kortikosteroide und Tacrolimus, aber auch Ciclosporin A und führen zu einer Hyperglykämie, die in bis zu 20 % der Fälle einen Diabetes mellitus schon innerhalb des ersten Jahres nach Transplantation auslösen kann [31], sowie zu einer Hypertonie, die bei bis zu 80 % aller nierentransplantierten Patienten behandlungsbedürftig ist [32]. Eine Hyperlipidämie, wie sie in 60-80 % [33] der Patienten nach Transplantation beobachtet wird, ist neben familiären und anamnestischen Faktoren einer immunsuppressiven Behandlung besonders mit Sirolimus [34], Kortikosteroiden und Ciclosporin A zuzuordnen. Die erhöhte Inzidenz von Anämie und Osteoporose nach Nierentransplantation ist ebenfalls zum Teil auf Nebenwirkungen immunsuppressiver Medikamente zurückzuführen [35, 36]. Diese metabolischen Nebenwirkungen können zu kardiovaskulären Störungen führen, die einerseits neben der direkten nephrotoxischen Wirkung der Calcineurininhibitoren Ciclosporin A und Tacrolimus zu einer Schädigung des Transplantats mit schweren Folgen für die Langzeitfunktion [37, 38] beitragen, andererseits die Hauptursachen für den Tod des Patienten nach Nierentransplantation darstellen [39]. Etwa ein Viertel aller Patienten entwickelt nach Transplantation eine KHK mit der möglichen Folge eines Myokardinfarktes und etwa 15 % der Patienten leiden unter peripher vaskulären Störungen mit der möglichen Folge von cerebralen Insulten oder der Ausbildung einer PAVK [40].

2.3.2 Tumore

Ein weiteres Problem stellt die erhöhte Inzidenz maligner Neubildungen bei nierentransplantierten Patienten unter immunsuppressiver Therapie dar. Während das Risiko für nierentransplantierte Patienten an einem Tumor zu erkranken insgesamt drei-viermal höher liegt als in der Allgemeinbevölkerung [41], kann es für bestimmte Tumoren über 100-mal erhöht sein [42]. Dabei kommt es neben der Entwicklung von Hauttumoren (bis zu 37 % aller Transplantierten), Zervixkarzinomen, hepatobiliären Karzinomen, Nierenzellkarzinomen und Sarkomen (inklusive dem Kaposi Sarkom) vor allem zu lymphoproliferativen Erkrankungen [43], wobei der Anteil von Non-Hodgkin-Lymphomen 93 % beträgt. Pathogenetisch spielt bei letzterem die Infektion mit dem Ebstein-Barr-Virus eine große Rolle. Die Prognose ist mit einer Letalität von 40 % innerhalb eines Jahres nach Diagnosestellung äußerst schlecht [44, 45]. Bestimmte Tumore wie z.B. einige Lymphome oder das Kaposi Sarkom sprechen auf eine Unterbrechung der Immunsuppression an [41]. Dadurch steigt jedoch wiederum das Risiko für eine akute Rejektion des Nierentransplantats.

2.3.3 Infektionen

▼ 11 

Neben dem Effekt, die spezifische Abwehr des Transplantatempfängers so zu schwächen, dass zwar das Transplantat so gut wie möglich vor immunologischen Reaktionen geschützt wird, aber auch gefährliche Neuinfektionen durch vor allem opportunistische Erreger oder Reaktivierungen bestimmter Virusinfektionen im Körper begünstigt werden, hemmen Immunsuppressiva auch die unspezifischen Abwehrmechanismen des Patienten. Daher ist die rechtzeitige Diagnose von ablaufenden Infektionen bei Transplantationspatienten ohne die sonst wegweisenden Symptome wie Fieber, Schmerzen und Schwellungen eine schwierige Aufgabe. Während zu Beginn der Transplantationsära bei bis zu 70 % aller Nierentransplantierten schwerwiegende infektiöse Komplikationen auftraten, die bei 11-40 % der Patienten tödlich endeten, beträgt die durch Infektionen bedingte Mortalität nach Nierentransplantation heutzutage weniger als 5 %. Das wurde vor allem durch veränderte chirurgische Techniken, verbesserte Immunsuppressiva und die Einführung prophylaktischer antimikrobieller Substanzen erreicht [46]. Infektionen bleiben jedoch eine der Hauptursachen für den Tod des Patienten nach Nierentransplantation. Dabei spielen in erster Linie Bakterien wie Listerien, Nocardien und Legionellen, Pilze wie Candida, Aspergillus und Cryptococcus, und Protozoen wie Pneumocystis Carinii und Toxoplasma gondii eine große Rolle. Hauptsächlich entwickeln die Patienten Pneumonien, gefolgt von Pyelonephritiden, die in schweren Fällen zu einer Sepsis führen können. Herpesviren wie CMV, EBV, HZV und VZV und Papovaviren stellen aufgrund der großen Durchseuchung der Bevölkerung ein besonderes Problem dar. Sowohl eine Primärinfektion als auch eine Virus-Reaktivierung sind dabei von Bedeutung [47]. So kann sich eine CMV-Infektion klinisch unter vielem anderen als Enzephalitis, Meningitis, Hepatitis, Enteritis, Myokarditis oder Pneumonie manifestieren, aber auch unter dem Bild einer Myelosuppression durch eine zusätzliche Verminderung der Immunität des Patienten weiteren opportunistischen Erregern Vorschub leisten [48]. Sowohl CMV als auch EBV sind mit lymphoproliferativen Erkrankungen assoziiert, ebenso wie das Papillomavirus aus der Gruppe der Papovaviren mit der Entwicklung eines Zervixkarzinoms [44].

Die möglichen Folgen einer immunologischen Reaktion gegen das Transplantat wie die akute Rejektion und die CTN stehen in direkter Konkurrenz zu den Nebenwirkungen der immunsuppressiven Medikamente, die genau diese immunologischen Reaktionen unterdrücken sollen. Während Patienten, die eine oder mehrere akute Rejektionen erleiden, von einem Schutz ihres Transplantats durch eine Erhöhung der Immunsuppression profitieren könnten [9, 49], tolerieren andere Patienten eine niedrigere Dosierung der Immunsuppression oder den vollständigen Verzicht auf ein bestimmtes Immunsuppressivum (z.B. Steroide oder Ciclosporin A) [50, 51, 52] und würden damit weniger Nebenwirkungen in Kauf nehmen müssen. Gerade im Hinblick auf subklinische akute Rejektionen verweisen Rush et al. daher auf die mögliche Notwendigkeit wiederholter Protokollbiopsien während der frühen Posttransplantationsphase [53], die selbst jedoch durch ihren invasiven Charakter und möglichen Blutungskomplikationen einen weiteren Beitrag zur Schädigung des Transplantat leisten können. Könnte man durch die nicht- oder weniger invasive funktionelle Messung der spenderreaktiven Immunantwort vorhersagen, für welche Patienten das Risiko für eine immunologische Schädigung des Spenderorgans erhöht ist und bei welchen man die Immunsuppression minimieren kann, so wäre eine optimale, individuelle Therapieanpassung mit den wenigstmöglichen Nebenwirkungen und Risiken aussichtsreich.

2.4 Die Immunantwort

2.4.1  Bedeutung von T-Zellen

Obwohl antigenspezifische und unspezifische Abwehrmechanismen in komplexer Weise zusammenarbeiten, wird heutzutage angenommen, dass die akute Rejektion vor allem ein T-Zell-abhängiger und T-Zell-initierter Prozess ist [54]. Dafür spricht, dass die Inzidenz akuter Rejektionen seit Einführung der Calcineurinantagonisten Ciclosporin A und Tacrolimus als Immunsuppressiva zurückgegangen ist. Calcineurinantagonisten inhibieren selektiv die Aktivierung, Zytokinausschüttung und Proliferation von T-Zellen. Ebenso ist OKT3, ein monoklonaler Antikörper gegen das CD3-Oberflächenmolekül, welches sich nur auf T-Zellen befindet, ein potentes Medikament zur Therapie von akuten Rejektionen mit zum Teil besserer Wirkung als sie hochdosierte Kortikosteroide zeigen [55].

2.4.2 T-Zellaktivierung

▼ 12 

Naive T-Zellen, die gereift den Thymus verlassen haben, zirkulieren durch das Blut- und Lymphsystem. Sie werden erst aktiviert, wenn ihr T-Zellrezeptor einen körperfremden MHC-Peptid-Komplex auf einer professionellen antigenpräsentierenden Zelle innerhalb eines Lymphknotens in Anwesenheit von kostimulatorischen Signalen erkennt. Dabei sind die T-Zell-Rezeptoren einer Zelle spezifisch für einen körperfremden MHC-Peptid-Komplex. Kreuzreaktionen zu anderen körperfremden MHC-Peptid-Komplexen kommen jedoch vor. MHC-Moleküle sind polymorphe membranständige Proteine, die in einer variablen Bindungsgrube bestimmte Peptide binden können, die sie den T-Zellen präsentieren. Es gibt zwei Hauptklassen von MHC-Molekülen: Während MHC-Klasse I -Moleküle (HLA-A, HLA-B, HLA-C) vor allem intrazelluläre Antigene wie virale, onkogene oder zelleigene Peptide präsentieren und auf den meisten somatischen Zellen exprimiert werden, werden durch MHC-Klasse II -Moleküle (HLA-DR, HLA-DQ, HLA-DP), die nur in lymphoiden Geweben, auf monozytären und dendritischen Zellen, B-Zellen und vaskulärem Endothel exprimiert werden, vor allem extrazelluläre Antigene wie bakterielle Peptide oder Apoptose-Zellprodukte präsentiert. MHC-Moleküle der Klasse I werden von T-Zell-Rezeptoren der CD8posT-Zellen erkannt, MHC-Moleküle der Klasse II von T-Zell-Rezeptoren der CD4posT-Zellen. Als kostimulatorische Signale dienen Interaktionen zwischen Oberfächenmolekülen der antigenpräsentierenden Zellen (z.B. CD86, CD80, CD40) und deren Liganden auf T-Zellen (CD28, CTLA-4, CD154), wobei auch Zytokine wie IL2 für diese Rolle in Betracht kommen [56, 57].

Nach Aktivierung produziert die T-Zelle zunächst nur das Zytokin IL2 und exprimiert auf der eigenen Zelloberfläche IL2-Rezeptoren. Erst danach löst die Stimulierung der eigenen IL2-Rezeptoren durch IL2 eine Kaskade von Ereignissen aus, die zur Proliferation als auch zur weiteren Differenzierung zur Effektorzelle mit entsprechenden Effektorfunktionen anregt. Diesen Vorgang bezeichnet man als „Priming“. Der ganze Prozess läuft innerhalb von Tagen ab [58, 58, 60]. Eine Effektorzelle kann dagegen nach einem erneuten Kontakt mit „ihrem“ Fremd-MHC-Peptid-Antigen-Komplex ohne weitere Kostimulation innerhalb von Minuten aktiv werden. Kehrt eine aktivierte Zelle wieder in eine Art Ruhezustand zurück, wird sie als Gedächtniszelle bezeichnet. Gedächtniszellen brauchen zwar für ihre Reaktivierung bei erneutem Antigenkontakt zusätzliche kostimulatorische Signale, allerdings reicht ein viel kleinerer Stimulus aus, um innerhalb von Stunden in Effektorzellen zu differenzieren, zu proliferieren und Zytokine zu sezernieren [58, 59, 61]

Beide, Effektorzellen und Gedächtniszellen, oder zumindest eine Subpopulation der Gedächtniszellen, die sogenannten Effektor-Gedächtniszellen, können im Gegensatz zu naiven T-Zellen durch Expression von bestimmten Adhäsionsmolekülen (z.B. CD11a) auch durch peripheres Gewebe zirkulieren [62]. Dabei wird vermutet, dass Effektor- und Gedächtniszellen nicht unbedingt professionelle antigenpräsentierende Zellen zur Reaktivierung benötigen, sondern dass die erhöhte Expression von MHC-Molekülen und kostimulatorisch wirkenden Oberflächenmolekülen auf entzündeten Endothelien in der Peripherie für die Reaktivierung ausreicht [63, 64].

2.4.3 Immunität gegen das Transplantat

▼ 13 

T-Zellen erkennen körperfremde MHC-Moleküle oder MHC-Moleküle, die körperfremde Peptide präsentieren, darunter auch Peptide von prozessierten körperfremden MHC-Molekülen. In der Transplantationsmedizin wird daher versucht, jeweils ein Organ zu finden, dass die gleichen MHC-Moleküle exprimiert wie der Empfänger - Spender und Empfänger also zu „matchen“. Dabei wird vor allem auf die MHC-Klasse I -Moleküle HLA-A und HLA-B sowie das MHC-Klasse II -Molekül HLA-DR Wert gelegt. Da die Moleküle kodominant exprimiert werden, ist ein maximales Mismatch von 6 möglich. Es wurde gezeigt, dass sowohl die Inzidenz von akuten Rejektionen als auch die Langzeitfunktion des Transplantats mit der Anzahl der HLA-Mismatches korreliert ist [13, 24], was einen weiteren Hinweis für die Rolle von T-Zellen bei den immunologischen Reaktionen gegen das Transplantat gibt.

In der Frühphase nach Transplantation werden für die allogene Aktivierung der T-Lymphozyten vor allem die MHC II-exprimierenden dendritischen Zellen des Spenders im Transplantat durch die „direkte Präsentation“ fremder Peptide durch fremde MHC-Moleküle verantwortlich gemacht. Durch Abwanderung dieser antigenpräsentierenden Zellen des Spenders in das lymphoide System des Empfängers wird das Alloantigen nach und nach im gesamten Körper verteilt [65, 66]. In der Spätphase nach Transplantation dominiert die „indirekte Präsentation“ fremder Peptide durch eigene MHC-Moleküle, d.h.die Prozessierung der Fremdantigene durch die antigenpräsentierenden Zellen des Empfängers, darunter vor allem auch die Peptide fremder MHC-Moleküle, durch eigene MHC-Moleküle [67, 68].

Da die „indirekte Präsentation“ im Gegensatz zur „direkten Präsentation“ solange stattfinden kann, wie sich das Transplantat und damit Antigen im Körper des Empfängers befindet, wurde die Vermutung geäußert, dass vor allem indirekt geprimte T-Zellen für die Entwicklung einer CTN mitverantwortlich seien [26, 69, 70, 71, 72].

▼ 14 

CD4 und CD8 sind akzessorische nichtpolymorphe Oberflächenmoleküle auf T-Zellen, die mit den invarianten extrazellulären Domänen der MHC-Klasse II- bzw. MHC-Klasse I-Moleküle interagieren. CD4pos T-Zellen und CD8pos T-Zellen können im Rahmen akuter Rejektionen verschiedene Funktionen zugeordnet werden:

Funktion der CD4 pos T-Zellen: CD4posT-Zellen, auch T-Helferzellen genannt, proliferieren nach Aktivierung, sezernieren verschiedene Zytokine wie IL2, IFNγ und TNFα und können durch Interaktion mit antigenpräsentierenden Zellen auf diesen eine verstärkte Expression kostimulatorischer Signale bewirken [73], wodurch eine Proliferation und Differenzierung auch der MHC I-aktivierten CD8posT-Zellen angeregt wird. Unter weiterer Zytokinproduktion (IFNγ, TNFα) erfolgt eine Rekrutierung von Makrophagen und anderen unspezifischen inflammatorischen Zellen in das Transplantat [65, 74]. Die von ihnen freigesetzten zytolytischen Proteasen und freien Radikale führen zu einer Gewebeschädigung. In Tiermodellen konnte gezeigt werden, dass CD4posT-Zellen für das Auftreten einer akuten Rejektion essentiell sind [75, 76].

Funktion der CD8 pos T-Zellen: Die sogenannten zytotoxischen CD8posT-Zellen können eine direkte Gewebsschädigung auslösen, indem sie in Zielzellen mit spezifischen Fremd-MHC-Peptid-Komplex Apoptose induzieren. Dies geschieht entweder über die Sekretion von Perforin und Granzymen oder den Zell-Zellkontakt zwischen den Oberflächenmolekülen Fas-Ligand (CD95L) und Fas (CD95). Obwohl in Infiltraten von Transplantaten mit einer akuten Rejektion regelmäßig CD8posT-Zellen nachgewiesen wurden und enge Assoziationen zwischen der Expression zytotoxischer Effektormoleküle wie Perforin und Granzym B in Nierenbiopsaten und einer akuten Rejektion bestehen [77, 78], bleibt die Rolle der zytotoxischen Mechanismen bei akuten Rejektionen unklar. Zwar ist Apoptose Bestandteil der Vorgänge während einer akuten Rejektion [79, 80], jedoch ist Apoptose generell ein nichtinflammatorischer Prozess. Die Bildung von Gewebsnekrosen, die mit akuten Rejektionen einhergehen, ist nur durch Inflammation und Ischämie erklärbar. Daher stehen möglicherweise auch hier die nichtzytotoxischen Effektormechanismen, vor allem die Sekretion von IFNγ im Vordergrund.

2.4.4 Bedeutung von IFNγ

▼ 15 

IFNγ ist ein Zytokin, das hauptsächlich von aktivierten T-Zellen und NK-Zellen sezerniert werden kann. Unter normalen Umständen werden nur sehr geringe Mengen produziert, große Mengen jedoch bei Traumata, Infektionen, malignen Neoplasien, Autoimmunität und Alloimmunität. IFNγ ist im Wesentlichen ein „proinflammatorisches“ Zytokin, das heißt, es reguliert zelluläre Vorgänge, die zu einer Inflammation führen und diese unterhalten. Auf fast allen Körperzellen befinden sich Rezeptoren für IFNγ. Zu seinen vielfältigen Wirkungen zählt die Aktivierung von Granulozyten, Makrophagen und Endothelzellen, die selbst weitere proinflammatorische Zytokine wie TNFα IL6 und IL1 sezernieren können, sowie eine Hochregulation der Expression von MHC-, Adhäsions- und kostimulatorischen Molekülen auf der Zelloberfläche vieler Zellen bewirken, wodurch die Präsentation von Fremdantigenen erhöht, die Aktivierung von T-Zellen und die Erkennung von antigenen Zielzellen sowie der Eintritt inflammatorischer Zellen in das Gewebe erleichtert wird. Es wird daher vermutet, dass IFNγ auch bei akuten und chronischen Rejektionen eine entscheidende Rolle spielt. So beobachteten Moudgil et al., dass ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Auftreten einer akuten Rejektion in Lungentransplantierten und der Expression von IFNγ mRNA in der Flüssigkeit einer bronchoalveolären Lavage besteht [81]. Van Besouw et al. testeten die Zytokinsekretion von Lymphozyten, die nach Herztransplantation das Organ infiltriert hatten, wenn sie mit Spenderzellen stimuliert wurden, und fanden innerhalb der ersten 90 Tage post-Tx eine signifikant höhere IFNγ-Sekretion in Lymphozytenkulturen, die von Biopsien während einer akuten Rejektion stammten, im Vergleich zu Lymphozyten aus Kulturen einer Biopsie ohne akute Rejektion [82]. Nagano et al. berichteten wiederum, dass bei Herztransplantationen in IFNγ-Knockout-Mäusen die Rate und Schwere arterioskleroser Koronarveränderungen im Sinne einer chronischen Rejektion/Schädigung wesentlich niedriger war als beim Wildtyp. Ähnliches galt für die Verwendung von anti-IFNγ-mAk [83].

2.4.5 Gedächtniszellen und Effektorzellen

Im Gegensatz zu Effektor-T-Zellen, die nach Aktivierung nach wenigen Tagen durch Apoptose sterben (activation induced cell death-AICD) [84], können Gedächtnis-T-Zellen mehrere Jahre überleben, wobei die Bedingungen für ihre Langlebigkeit, wie etwa permanente spezifische oder unspezifische Antigenstimulation, bestimmte Zytokine oder andere Faktoren, nicht vollständig geklärt sind. Die große Anzahl immunologischer Stimulationen, denen der Mensch durch vielfältige Antigene ausgesetzt ist, z.B. virale oder bakterielle Infektionen, Impfungen, Bluttransfusionen und Schwangerschaften, generiert im Laufe des Lebens eine Unmenge von Gedächtnis-T-Zellen gegen die verschiedensten Antigene. Einige dieser Zellen können mit unterschiedlichen Antigenen kreuzreagieren, wodurch es zu einer Präsensibilisierung eines Organempfängers gegen sein Transplantat kommen kann, ohne dass der Empfänger vor der Transplantation Kontakt mit dem entsprechenden Antigen gehabt hat [85, 86, 87].

Es gibt messtechnisch wenig Möglichkeiten Effektor-T-Zellen und aktivierte Gedächtnis-T-Zellen voneinander zu trennen [88]. Beide unterscheiden sich aber von naiven T-Zellen dadurch, dass sie in wesentlich kürzerer Zeit mit einem Mindestmaß an Antigen- und Kostimulation auch in peripheren Geweben aktiviert werden können und dass sie die Fähigkeit besitzen eine breite Palette von Zytokinen zu sezernieren. Sie sind daher in der Lage, das Transplantat direkt zu attackieren und so eine akute Rejektion auszulösen [89].

▼ 16 

Die Messung alloreaktiver Effektor- und Gedächtnis-T-Zellen könnte daher Auskunft über die momentane Aktivierung des Immunsystems des Empfängers gegen das Transplantat geben, und zwar sowohl vor wie nach der Transplantation.

2.5 Das ELISpot-Assay - Enzyme-Linked Immunosorbent Spot Assay

In der Vergangenheit gestaltete sich die Messung alloreaktiver T-Zell-Frequenzen schwierig. Traditionell wurden alloreaktive T-Zellen durch die Messung der proliferativen Antwort in einer „Mixed Lymphocyte Reaction“ (MLR) gemessen. Dabei wurden mononukleäre Zellen aus peripherem Blut von zwei Individuen für sechs bis sieben Tage zusammen inkubiert, wobei die Mitose der stimulierenden Zellen durch eine Bestrahlung oder Behandlung mit Mitomycin C verhindert wurde, während die Responderzellen unbehandelt blieben. Diese Methode gab jedoch keine Auskunft über die Anzahl und Funktion der Zellen. Somit waren auch gemessene Zusammenhänge zwischen alloreaktiver Antwort in vitro und Transplantatprognose inkonsistent [90, 91, 92]. Die Methode der „Limiting Dilution Analysis“ (LDA) kann alloreaktive T-Zellen quantifizieren. Sie berechnet dafür die statistische Wahrscheinlichkeit von Responderzellen verschiedener Konzentrationen unter Stimulation zu proliferieren und Effektorfunktion zu erlangen. Die sehr aufwendige Arbeitsweise, die schlechte Standardisierung und die langen Inkubationszeiten stellen einerseits ein Hindernis für die routinemäßige Nutzung dar, können aber andererseits auch Artefakte produzieren z.B. durch Zellklone mit höherer Proliferationsaktivität und relativer Resistenz gegenüber aktivierungsinduzierter Apoptose [93]. Außerdem kann man mit den meisten Varianten der LDA eine Unterscheidung zwischen naiven und geprimten Zellen nicht treffen. Einen weiteren möglichen Ansatz zur Messung antigenspezifischer T-Zellen bietet die intrazelluläre Zytokinfärbung. Nach Antigenstimulation bilden die spezifischen T-Zellen Zytokine (z.B. IFNγ, welche durch Sekretionsinhibitoren im Innern der Zelle festgehalten werden. Durch die zusätzliche Markierung des Zytokins mit einem fluoreszierenden Farbstoff kann die Anzahl der markierten Zellen im Durchflusszytometer erfasst werden. Da die Messschwelle der Durchflusszytometrie bei über 1/104 Zellen liegt, ist die Methode zur Messung alloreaktiver T-Zellen möglicherweise nicht geeignet und bisher auch nicht erfolgreich angewandt worden. Die Weiterentwicklung des ELISpot-Assays durch Heeger et al. [1] ermöglichte daher erstmals die Bestimmung der Frequenz antigenspezifischer, zytokinproduzierender Zellen innerhalb relativ kurzer Zeit selbst auf einem so niedrigen Niveau wie 1/106 Zellen.

Heeger et al. konnten kürzlich mit Hilfe des ELISpot-Assays zeigen, dass man Effektor- und Gedächtniszellen von naiven Zellen anhand ihres Zytokinprofils zu einem bestimmten Zeitpunkt unterscheiden kann. Während geprimte T-Zellen nach Aktivierung innerhalb von 24 h neben geringen Mengen IL2 vor allem je nach Subspezifizierung IFNγ, IL4, IL5 oder andere Zytokine produzieren, können naive Zellen in dieser Zeit nur IL2 sezernieren [58, 94].

▼ 17 

Auf diese Art konnten sie die Anzahl IFNγ-produzierender, spenderreaktiver Zellen bei Patienten vor Nierentransplantation messen. Heeger et al. konnten zwischen der Anzahl der IFNγ-produzierenden Zellen und dem HLA-Mismatch zwischen Spender und Empfänger keinen Zusammenhang finden. Allerdings fiel auf, dass Patienten mit besonders hohen Werten für IFNγ-produzierende, spenderreaktive Zellen eine frühe akute Rejektion erlitten, während Patienten, bei denen man vor Transplantation keine IFNγ-produzierenden, spenderreaktiven Zellen nachweisen konnte, rejektionsfrei blieben [95]. Man vermutete daher, dass die gemessenen Zellen Ausdruck des immunologischen Gedächtnisses im Sinne von schneller aktivierbaren Gedächtnis-T-Zellen seien, die bei früherem spenderunspezifischen Antigenkontakt generiert worden waren und nun durch Kreuzreaktion mit dem Spendergewebe zu einer Schädigung des Transplantats führten. Ähnlich wie präformierte Antikörper des Empfängers gegen HLA-Moleküle des Spenders (PRA) zu einer hyperakuten Rejektion führen, könnten spenderreaktive Gedächtniszellen zu einer Sensibilisierung des Empfängers gegen das Spenderorgan vor der Transplantation und zu einer akuten Rejektion des Transplantats nach der Transplantation führen.


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13.07.2007