Xenotransplantation: Cabaran Semasa Dan Penyelesaian Yang Muncul

Abstrak

Untuk menangani kekurangan berterusan organ yang tersedia untuk penggantian, xenotransplantasi jantung, kornea, kulit dan buah pinggang telah dicuba. Walau bagaimanapun, halangan utama yang dihadapi oleh xenotransplants adalah penolakan disebabkan oleh kitaran tindak balas imun terhadap rasuah. Kedua-dua sistem imun adaptif dan semula jadi menyumbang kepada kitaran ini, di mana sel pembunuh semulajadi, makrofaj, dan sel T memainkan peranan penting. Walaupun kemajuan dalam bidang penyuntingan genetik boleh memintas beberapa halangan ini, penanda bio untuk mengenal pasti dan meramalkan penolakan xenograf masih perlu diseragamkan. Beberapa penanda sel T, seperti CD3, CD4, dan CD8, berguna dalam kedua-dua diagnosis dan ramalan penolakan xenograf. Tambahan pula, peningkatan dalam tahap pelbagai penanda DNA dan mikroRNA yang beredar juga meramalkan penolakan xenograf. Dalam ulasan ini, kami meringkaskan penemuan baru-baru ini tentang kemajuan dalam pemindahan xeno, dengan tumpuan pada babi-ke-manusia, peranan imuniti dalam penolakan xenograf, dan penanda bionya.

Penolakan imun adalah tindak balas semula jadi yang wujud dalam setiap badan manusia. Ia adalah cara badan melindungi dirinya dengan menghapuskan bahan asing yang berbahaya. Apabila sel atau organ asing dipindahkan ke dalam tubuh manusia, ia sering dianggap sebagai bahan berbahaya, menyebabkan sistem imun menyerang. Inilah sebabnya mengapa penolakan imun boleh dilawan dengan penggunaan ubat anti-penolakan.

Walau bagaimanapun, kajian terbaru kami telah menunjukkan bahawa sistem imun bukan sahaja mengenali dan mengecualikan sel xenogeneik tetapi juga menjana pertahanan jangka panjang terhadap sel xenogeneik ini. Penjanaan tindak balas antibodi ini dicapai melalui modulasi sel: interaksi sel dan rembesan sitokin. Molekul dan sel ini membantu mengurangkan penolakan sementara juga meningkatkan imuniti badan terhadap xenograf.

Oleh itu, bukan sahaja kita boleh mengurangkan penolakan imun, tetapi kita juga boleh meningkatkan imuniti dengan merangsang sistem imun. Ini menawarkan harapan untuk pemindahan xeno. Di samping itu, kita boleh menggunakan alat penyuntingan gen untuk mengubah fungsi sistem imun dalam vivo, untuk menyesuaikan diri dengan lebih baik dengan pemindahan sel atau organ xenogeneik.

Kesimpulannya, hubungan antara xenotransplantasi dan imuniti adalah sangat rapat. Dengan menyelidiki bagaimana sistem imun bertindak balas, kita boleh mengurangkan penolakan imun semasa pemindahan dan meningkatkan daya tahan tubuh terhadap sel atau organ asing. Ini bukan sahaja dapat memajukan sejarah perubatan, ia boleh menghidupkan semula banyak nyawa. Ini menunjukkan kepentingan imuniti kepada tubuh manusia. Cistanche boleh meningkatkan imuniti dengan ketara kerana abu daging mengandungi pelbagai komponen aktif secara biologi, seperti polisakarida, dua cendawan, dan Huang Li, yang boleh merangsang sistem imun. pelbagai jenis sel, meningkatkan aktiviti imun mereka.

Klik suplemen cistanche deserticola

Kata kunci

Xenotransplantasi, penolakan imun, biomarker diagnostik, biomarker ramalan, penyuntingan genetik, xenoantigens, induksi toleransi.

pengenalan

Jangka hayat manusia yang bertambah baik sejak beberapa dekad yang lalu telah meningkatkan prevalens penyakit kronik yang semakin meningkat1. Penggunaan pemindahan organ yang semakin meningkat, pilihan terakhir dan rawatan muktamad untuk kegagalan organ peringkat akhir telah mengakibatkan perbezaan dalam bekalan dan permintaan untuk organ tersebut1. Oleh itu, xenotransplantation telah menjadi penyelesaian yang menarik untuk mengatasi halangan ini2. Pentadbiran Makanan dan Ubat-ubatan AS mentakrifkan xenotransplantasi sebagai "sebarang prosedur yang melibatkan pemindahan, implantasi atau infusi kepada manusia penerima sama ada (a) sel hidup, tisu atau organ daripada sumber haiwan bukan manusia, atau (b) cecair badan manusia, sel, tisu atau organ yang mempunyai sentuhan ex vivo dengan sel, tisu, atau organ haiwan bukan manusia hidup"3. Pada masa ini, penggunaan xenotransplant telah dilaporkan terutamanya untuk buah pinggang, jantung, hati, kulit dan kornea4.

Babi adalah spesies pilihan untuk menuai organ untuk pemindahan xeno, kerana ia mempunyai organ anatomi yang serupa dengan manusia dan sesuai untuk pengubahsuaian genetik5. Mereka sangat dibiakkan dan sering dimakan, membuka jalan bagi keputusan etika untuk menggunakan organ babi untuk merawat penyakit manusia. Walaupun percanggahan genetik antara manusia dan babi adalah lebih besar daripada primat, penggunaan organ primat tidak dapat dikekalkan atas sebab-sebab etika dan kerana kebanyakan primata dianggap terancam5. Tambahan pula, organ primata mempunyai peluang yang besar untuk membawa virus yang boleh menjangkiti manusia5. Oleh itu, teknik kejuruteraan genetik telah dibangunkan untuk mengurangkan ketidaksamaan genetik babi dan manusia1, membuka jalan untuk penggunaan organ babi untuk pemindahan xeno. Malah, kajian baru-baru ini menggambarkan dua kes pemindahan buah pinggang yang berjaya daripada babi dalam pesakit mati otak6, dan satu lagi melaporkan kes pemindahan jantung yang berjaya daripada babi kepada manusia7. Kejayaan ini menandakan satu kejayaan besar dalam bidang xenotransplantasi.

Halangan utama yang dihadapi oleh xenotransplants ialah tindak balas imunologi. Walaupun mekanisme di sebalik penolakan hiperakut (HAR) dalam xenograf ditakrifkan dengan baik, mekanisme penolakan selular akut tidak difahami sepenuhnya2. Mengenal pasti mekanisme di sebalik penolakan selular dalam xenotransplantasi mungkin menjadi kunci kepada kelangsungan hidup lebih lama organ xenotransplantasi. Tambahan pula, tidak seperti allotransplantation, terdapat kekurangan data mengenai penanda ramalan dan diagnostik piawai bagi xenotransplantation8, yang boleh membenarkan pemantauan rapat xenograf9. Dalam artikel ini, kami akan mengkaji secara ringkas sejarah xenotransplantasi, xenoantigen yang hadir sebagai halangan, dan pengubahsuaian genetik untuk mengatasi halangan ini. Akhir sekali, kami akan menyerlahkan peranan imuniti selular yang diaktifkan sebagai tindak balas kepada xenotransplantasi dan menerangkan penanda imun yang digunakan untuk meramal dan mengesan penolakan xenograf.

Sejarah Ringkas Xenotransplantation

Pada abad ke-17, kes pemindahan xenotransplantasi (dan pemindahan darah) pertama yang dilaporkan kepada manusia telah dijalankan oleh Jean-Baptiste Denis yang memindahkan darah seekor kambing ke dalam 15-lelaki berumur 15-tahun yang mengalami demam10. Denis kemudiannya meneruskan pemindahan darah daripada anak domba dan anak lembu tetapi dengan hasil yang berubah-ubah, jadi Parlimen Perancis dan Inggeris mengharamkan pemindahan darah untuk beberapa tahun akan datang10.

Pada tahun 1838, Sharp-Kissam melakukan pemindahan kornea pertama dengan menanam kornea babi ke dalam mata seorang lelaki 35-tahun11. Pada abad ke-19, saintis mula menggunakan xenograf kulit daripada pelbagai haiwan, seperti babi, biri-biri, katak, merpati, dan ayam, sebagai pembalut biologi12 dan cantuman kulit embrio lembu sebagai pembalut kulit13.

Pada abad ke-20, Voronoff cuba untuk "meremajakan" lelaki tua dengan menjalankan beberapa pemindahan testis cimpanzi dan babon14 kononnya dengan itu meningkatkan tahap tenaga pada pesakit. Pada tahun 1960-an, Reemtsma menjalankan 13 xenotransplantasi buah pinggang cimpanzi-ke-manusia, yang kebanyakannya gagal dalam tempoh 4-8 minggu akibat penolakan atau jangkitan, kecuali satu yang berlangsung selama 9 bulan tanpa tanda penolakan pada bedah siasat15.

Xenotransplantasi jantung pertama telah dilakukan pada tahun 1964 oleh Hardy dengan jantung cimpanzi, yang terlalu kecil dan gagal dalam beberapa jam14. Semasa era yang sama, Starzl melakukan xenotransplant hati pertama yang dilaporkan dengan kejayaan yang terhad. Walau bagaimanapun, selepas pengenalan tacrolimus (imunosupresan yang kuat), dia melakukan dua xenotransplant hati babon-ke-manusia, dengan seorang pesakit bertahan selama 70 hari14,16. Peningkatan insiden diabetes jenis-1 dan persamaan antara babi dan insulin manusia bermotivasikan renungan tentang faedah xenotransplantasi pulau kecil14. Oleh itu, pada tahun 1993, Groth et al.17 menjalankan xenotransplant pulau kecil babi-ke-manusia yang pertama tetapi tidak mengenal pasti faedah klinikal.

Xenoantigen dan Genetik

Pengubahsuaian

Percubaan awal pemindahan xenotransplantasi babi kepada manusia telah dihalang oleh penghasilan antibodi terhadap galaktosa-1,3-antigen galaktosa ( Gal)18. Kira-kira 1 peratus daripada antibodi manusia yang berlaku secara semula jadi ditujukan kepada epitop Gal dan bertanggungjawab untuk HAR organ babi yang diserap dengan darah manusia18. Penemuan epitope Gal dalam babi membawa kepada ujian ekspresinya dalam pelbagai spesies haiwan. Pada tahun 1988, Galili et al.19 menunjukkan bahawa antibodi anti-Gal mengikat pelbagai sel bernukleus mamalia bukan primata, prosimian dan monyet Dunia Baru, manakala fibroblas manusia, beruk dan monyet Dunia Lama tidak menunjukkan ekspresi Gal.

Kemajuan dalam bidang penyuntingan genomik kemudiannya membawa kepada pembangunan babi yang diubah suai secara genetik untuk mengatasi penolakan imun1, terutamanya babi Gal-knockout (GKO) heterozigot pada tahun 2002 dan babi GKO homozigot pada tahun 200320. Penghapusan Gal meningkatkan kemandirian hati babi dalam babun selama 2-6 bulan dan menghalang HAR21, tetapi tidak mencukupi untuk mengelakkan sepenuhnya sistem imun6, yang membawa kepada pengenalpastian dua epitop bukanGal tambahan sebagai sasaran antibodi: NeuGc dan SDa22,23. Antibodi ini mungkin memainkan peranan penting dalam penolakan xenotransplant buah pinggang daripada babi yang habis Gal kepada manusia6. Adams et al.24 mendapati bahawa penghapusan kedua-dua gen Gal dan SDa memanjangkan kemandirian rasuah sehingga 435 hari dalam pemindahan babi-ke-primata. Secara kolektif, antibodi Gal, NeuGc, dan SDa membentuk lebih daripada 95 peratus antibodi yang terbentuk terhadap sel babi22,25 dan mungkin menjadi penghalang utama kepada kemajuan xenotransplantasi klinikal.

Namun, kajian baru muncul dalam babi dengan kalah mati Gal, NeuGc, dan SDa mendedahkan bahawa koagulopati yang disebabkan oleh pemindahan juga menghalang kejayaan xenotransplantasi dan bahawa overexpression protein pengawalseliaan pembekuan manusia dalam penderma haiwan boleh menyelesaikan isu ini1. Oleh itu, salah satu matlamat utama modulasi genetik telah menjadi mengawal selia disfungsi pembekuan dalam penerima rasuah, seperti trombomodulin (TBM). Porcine TBM gagal untuk berinteraksi dengan jayanya dengan trombin manusia, membawa kepada keadaan pro-pembekuan26. Yang penting, Miwa et al.27 mendapati bahawa ekspresi TBM manusia dalam sel endothelial aorta babi berjaya mengawal pembekuan dalam plasma manusia dan menghalang pengaktifan pelengkap yang disebabkan oleh antibodi. Selain itu, terapi antibodi yang digabungkan dengan ekspresi TBM manusia menghalang penolakan humoral dan disregulasi pembekuan dan meningkatkan kelangsungan hidup rasuah melebihi 900 hari dalam pemindahan jantung babi-ke-babon28.

Satu lagi sasaran calon yang menarik untuk modulasi genetik ialah reseptor protein-C endothelial (EPCR). Walaupun EPCR babi adalah serasi dengan protein manusia-C26, Iwase et al.29 mendapati korelasi positif yang kuat antara pengurangan pengagregatan platelet manusia dan ekspresi EPCR manusia dalam sel endothelial aorta babi. Akhir sekali, Wheeler et al.30 menunjukkan bahawa ekspresi CD39 manusia, yang menghidrolisiskan ATP dan ADP dan menghalang pembentukan trombus, menghalang kecederaan iskemia/reperfusi miokardium dalam babi transgenik.

Pengubahsuaian genetik lain juga sedang dikaji dalam usaha untuk menyasarkan laluan penolakan xenograf selular (CXR). Sebagai contoh, disebabkan ketidakserasian SIRP- dan babi CD47 manusia (dibincangkan kemudian dalam artikel), Tena et al.31 menggunakan sel hematopoietik babi yang mengekspresikan CD47 manusia, yang secara ketara meningkatkan chimerism engraftment dalam sumsum tulang manusia. Ekspresi CD47 manusia juga menyebabkan kelangsungan hidup cantuman kulit babi pada babun, dengan satu kes tidak menunjukkan tanda-tanda penolakan akut selama 53 hari32. Kesimpulannya, pengubahsuaian genetik adalah kunci untuk kejayaan peralihan xenotransplantasi ke dalam tetapan klinikal.

Induksi Toleransi dalam Xenotransplantasi

Penerima rasuah memerlukan gabungan terapi imunosupresif intensif, dan pelbagai percubaan untuk mengurangkan dos telah gagal33. Oleh itu, strategi mendorong toleransi kini sedang dibangunkan untuk memanjangkan masa kelangsungan hidup rasuah dan, akhirnya, menghentikan terapi imunosupresif34. Pada masa ini, pemindahan thymic penderma ialah kaedah paling berkesan untuk mencapai toleransi dalam pemindahan xenotransplantasi34. Kajian telah menunjukkan masa hidup cantuman buah pinggang babi-ke-babon yang berpanjangan lebih daripada 6 bulan selepas pemindahan buah pinggang babi dan timus GKO35,36. Pada manusia, Montgomery et al.6 memindahkan timus dan buah pinggang babi GKO kepada dua pesakit mati otak; bagaimanapun, tempoh susulan terlalu singkat untuk timus untuk menegaskan kesannya. Walau bagaimanapun, timus dapat mengubah vaskularisasi dan mengekalkan seni bina biasa.

Kimerisme sumsum tulang campuran (MBMW), yang melibatkan penghasilan kedua-dua sel stem penderma dan hematopoietik diri oleh penerima selepas rejimen pemindahan sel stem bukan myeloablative, telah membenarkan pemindahan alogenik tanpa mengira halangan HLA34. Walaupun MBMW berjaya dalam model babi-ke-tikus, mereplikasi keputusan sedemikian sukar dalam kajian babi-ke-primata34,37. Sebagai contoh, Liang et al.38 menunjukkan bahawa hanya 10 peratus daripada MBMW babi-ke-babon menghasilkan engraftment yang berjaya, dengan kegagalan engraftment dikaitkan dengan peningkatan paras anti-bukan Gal IgG selepas pemindahan. Secara keseluruhan, kajian lanjut diperlukan untuk menentukan keberkesanan pemindahan timus dan MBMW dalam mendorong toleransi.

Hasil Histologi dan Sistemik Penolakan Xenograf

Dalam beberapa minit hingga beberapa jam selepas pemindahan cantuman, xenograf dimusnahkan oleh HAR, satu proses yang dimediasi oleh antibodi Gal yang sedia ada1. Pengikatan antibodi ini membawa kepada pengaktifan laluan pelengkap, yang menyebabkan lisis sel endothelial1. Terutama, atas sebab yang tidak diketahui, kesan pengurangan antibodi dan perencatan pelengkap secara amnya lebih berkesan dalam pemindahan jantung dan buah pinggang daripada pemindahan paru-paru dan hati39–41. Tidak seperti jenis penolakan lain, cantuman tidak menunjukkan kefungsian apabila ia menjalani HAR39. Secara histologi, proses ini dicirikan oleh pendarahan dan pelengkap yang besar, imunoglobulin, dan pemendapan fibrin 39.

Penolakan xenograf humoral akut (AHXR), juga dikenali sebagai penolakan xenograf tertunda, boleh dimulakan oleh antibodi Gal yang berlaku secara semula jadi atau antibodi yang terbentuk selepas pemekaan oleh cantuman39. Dalam kes kedua, antibodi mungkin ditujukan terhadap antigen Gal atau bukan Gal, seperti NeuGc dan SDa39. Secara histologi, proses ini menyerupai HAR; walau bagaimanapun, nekrosis dan penyusupan granulosit transmural pada saluran darah mungkin ada 39.

Akhir sekali, CXR mungkin berlaku selepas lag masa yang ketara selepas pemindahan xenotransplantasi. Bertentangan dengan HAR dan AHXR, pendarahan dan pemendapan fibrin dan imunoglobulin tidak diperhatikan. Pemendapan pelengkap boleh dilihat tetapi biasanya berintensiti rendah 39. Mekanisme yang mendasari CXR akan diterangkan dalam bahagian seterusnya.

Secara sistemik, tiga komplikasi mencirikan penerima xenograf: penyakit kompleks imun, koagulopati, dan jangkitan. Oleh kerana peranan antibodi yang menonjol dalam penolakan xenograf, deposit kompleks imun boleh dilihat dalam pelbagai organ penerima39. Selepas pemindahan xenotransplantasi babi kepada babun, Holzknecht et al.42 mengesan mendapan babun C3 dan faktor babi von Willebrand dalam limpa dan hati penerima paru-paru. Menariknya, babun yang menerima hati dan buah pinggang babi tidak menunjukkan pemendapan sedemikian. Deposit IgG dan IgM tikus juga telah ditemui dalam glomeruli tikus penerima selepas pemindahan hati hamster-ke-tikus43.

Memandangkan koagulopati buruk yang diperhatikan dalam penerima xenotransplant, mikroangiopati trombotik (TMA) mungkin berkembang sebagai komplikasi maut selepas pemindahan yang mengakibatkan trombosis dalam vesel dan kecederaan iskemia1. Secara ringkas, penerima rasuah berkembang pesat menjadi trombositopenia, membina skistosit, dan hadir dengan tahap dehidrogenase laktat yang tinggi44. Dengan perkembangan TMA, koagulopati konsumtif sistemik boleh berkembang membawa kepada kematian penerima45. Walau bagaimanapun, isu ini boleh diselesaikan dengan pemotongan cepat xenograf, menghalang penggunaan selanjutnya faktor pembekuan dan meningkatkan kemandirian penerima45.

Akhir sekali, potensi penghantaran patogen adalah kebimbangan utama dalam pemindahan xeno. Patogen babi secara amnya boleh dipisahkan kepada empat kategori: patogen yang menjangkiti manusia yang sihat, patogen yang menjangkiti penerima pemindahan manusia, patogen yang menyerupai penerima pemindahan manusia, dan patogen khusus babi46. Patogen kategori ketiga, seperti porcine cytomegalovirus (PCMV) dan adenovirus babi, telah dikaitkan dengan komplikasi sindrom dalam babi dan penerima xenograf primat bukan manusia46. Sebagai contoh, PCMV bertanggungjawab untuk pembekuan intravaskular yang disebarkan, hematuria, dan mengurangkan masa hidup rasuah dalam pemindahan babi-ke-babon47,48.

Patogen khusus babi, seperti retrovirus endogen babi (PERV), merupakan kawasan yang semakin membimbangkan kerana potensi risiko penghantaran senyap dan perubahan gen46.

PERV mengintegrasikan diri mereka dalam genom babi dan boleh diklasifikasikan sebagai PERV-A, PERV-B dan PERV-C49. PERV-A dan PERV-B terdapat dalam semua spesies babi, manakala PERV-C hanya terdapat dalam spesies terpilih50. PERV-A/C rekombinan, yang dicirikan oleh replikasi titer yang tinggi, telah menunjukkan keupayaan menjangkiti sel manusia50. Oleh itu, adalah disyorkan untuk menyaring kehadiran PERV-C dan hanya menggunakan babi penderma yang bebas daripada virus50. Sehingga kini, tiada literatur menerangkan PERV dalam model babi-ke-primata praklinikal dan pemindahan klinikal pada manusia, namun penyahaktifan virus boleh diselesaikan menggunakan pengubahsuaian genetik jika diperlukan49. Kesimpulannya, adalah penting untuk mengkaji lebih lanjut mekanisme yang memintas komplikasi maut TMA dan koagulopati konsumtif dan membangunkan ujian saringan untuk organisma infektif yang berpotensi.

Peranan Kekebalan Selular dalam Penolakan Xenogeneik

Tindak balas imun selepas xenotransplantasi melibatkan kedua-dua sistem penyesuaian semula jadi dan imun1. Walaupun sel utama yang terlibat dalam penolakan allograf adalah limfosit T sitotoksik, tindak balas xenograf mengaktifkan terutamanya neutrofil, sel pembunuh semulajadi (NK) dan makrofaj51. Neutrofil menyusup dengan pantas kedua-dua graf sel dan organ52,53. Selepas pengaktifan, neutrofil melepaskan perangkap ekstraselular neutrofil (NETs), struktur rangkaian yang mendorong kerosakan melalui penjanaan spesies oksidatif reaktif (ROS), dan pembebasan enzim pencernaan2,54,55. Tambahan pula, makrofaj mengiktiraf NET sebagai corak molekul berkaitan kerosakan (DAMP) yang menyebabkan pembebasan sitokin dan penanda keradangan (Rajah 1A)54.

Banyak kajian telah melaporkan penyusupan sel NK dalam xenograf, membabitkan mereka dalam penolakan xenograf51,56. Sel-sel ini mendorong penolakan sama ada sama ada sitotoksisiti langsung atau sitotoksisiti selular yang bergantung kepada antibodi (ADCC). Laluan langsung dikawal ketat dengan merangsang dan menghalang reseptor. Reseptor perangsang NK, seperti kumpulan pembunuh semulajadi-2D (NKG2D) dan protein pengikat UL16-porcine-1 (pULBP-1), mengikat pada ligan babi NKp44 dan molekul yang tidak dikenal pasti, masing-masing57,58, membawa kepada pembebasan butiran litik seperti granzim dan perforin (Rajah 1B)59. Sebaliknya, reseptor menghalang, reseptor seperti Ig pembunuh (KIR), transkrip seperti Ig-2 (ILT2) dan CD94, tidak mudah mengenali antigen leukosit babi-1 (SLA1), histokompatibiliti utama babi molekul kompleks-1, melembapkan perencatan NK dalam xenograf58. Dalam laluan ADCC, antibodi yang didepositkan pada permukaan sel xenograf diiktiraf oleh sel NK melalui interaksi dengan FcRs1. Selepas pengaktifan, sel NK membebaskan granzim dan perforin, yang membawa kepada apoptosis sel yang disasarkan. Tambahan pula, sel NK mengenali antibodi anti-SLA1, mengaktifkan laluan ADCC (Rajah 1C)25.

Makrofaj juga telah terlibat dalam penolakan cantuman selular dan cantuman organ60. Peterson et al.61 telah menunjukkan bahawa xenogeneic Gal adalah ligan langsung untuk monosit manusia. Selain itu, kompleks imun sel babi dengan antibodi xenogeneik seperti antibodi anti-Gal mengikat kepada reseptor Fc (Fc R) dan menghasilkan isyarat pengaktifan62. Sebaik sahaja diaktifkan, makrofaj menyumbang kepada kitaran ganas pemusnahan xenograf, di mana ia diaktifkan oleh sel-T dan, seterusnya, mengaktifkan lebih banyak sel-T63. Tambahan pula, makrofaj mendorong sitotoksisiti langsung melalui penghasilan sitokin, seperti faktor nekrosis tumor (TNF)- , interleukin-1 (IL-1), dan IL-6 (Rajah 1D)64 . Mengenai maklum balas perencatan, laluan protein pengawalseliaan isyarat (SIRP-) -CD47 ialah pengawal selia penting aktiviti makrofaj1,65. Laluan CD47 telah ditunjukkan untuk mengawal homeostasis eritrosit, platelet, dan sel stem hematopoietik66. CD47 diiktiraf oleh SIRP-a sebagai isyarat "jangan-makan", dengan itu menghalang aktiviti fagositik65, isyarat yang digunakan oleh sel-sel kanser untuk mengelakkan pengawasan imun. Walau bagaimanapun, Wang et al.67 telah melaporkan ketidakserasian interspesies CD47 selepas xenotransplantasi, yang membawa kepada perencatan makrofaj yang tidak berkesan.

Seperti dalam pemindahan allograf, pengaktifan sel T dimediasi dalam penolakan xenograf melalui laluan langsung dan tidak langsung1,68. Melalui laluan terus, interaksi antara kompleks SLA-1 dan -2 dengan reseptor sel T membawa kepada pengaktifan tindak balas imun adaptif terhadap xenograf (Rajah 1E)1. Dalam laluan tidak langsung, pembentangan antigen xenogeneik oleh sel penerima membawa kepada pengaktifan CD4 ditambah T-sel, mencetuskan satu lata pengeluaran antibodi dan pengaktifan sel B (Rajah 1F)1. Akhir sekali, sitokin yang dihasilkan melalui mekanisme ini dengan ketara meningkatkan sitotoksisiti sel NK dan makrofaj69.

Seperti yang dinyatakan di atas, sel B memainkan peranan dalam penolakan xenograf. Penipisan sel B meningkatkan masa kelangsungan hidup sebanyak 8 bulan selepas pemindahan jantung daripada babi kepada babun, mencadangkan peranan penting sel B dalam penolakan xenotransplant, khususnya, penolakan xenotransplant tertunda70. Sel B menghasilkan antibodi anti-Gal yang menyasarkan antigen Gal yang dinyatakan dalam tisu babi71 dan mengikat antigennya, yang membawa kepada pembentukan kompleks. Sesungguhnya, pengurangan antibodi anti-Gal membawa kepada hasil yang lebih baik, seterusnya membabitkan sel B dalam penolakan xenotransplants71-73. Ciri fenotip subpopulasi sel B yang menghasilkan antibodi anti-Gal pada manusia tidak dikenal pasti 72. Satu kajian telah menunjukkan bahawa sel B splenik menghasilkan antibodi anti-Gal, manakala sel B peritoneal tidak, walaupun ia menyatakan anti Reseptor Gal 73. Secara kesimpulannya, kedua-dua sistem imun semula jadi dan adaptif memainkan peranan penting dalam penolakan xenotransplant.

Biomarker Penolakan Xenograf

Kekurangan penyeragaman antara kaedah yang digunakan untuk memantau penolakan xenograf mendorong keperluan penting untuk mengenal pasti penanda yang boleh digunakan untuk mendiagnosis dan meramal penolakan8. Seperti yang disenaraikan dalam Jadual 1, Montgomery et al.6 memerhatikan pemendapan C4d fokus pada 54 jam pemindahan buah pinggang selepas babi-ke-manusia tetapi tiada petunjuk histologi atau imunologi lain yang ketara bagi kecederaan pengantaraan antibodi. Zhou et al.8 juga mendapati bahawa CD68 ditambah makrofaj dan beberapa CD3 ditambah T-sel menyusup xenograf dalam model babi-ke-tikus pada hari ke-3 selepas pemindahan.

Memandangkan sel NK adalah jenis utama sel penyusupan yang dikenal pasti dalam xenograf51,56,81, Lin et al.74 menggunakan penanda seperti NK1.1 dan DX5 untuk mengenal pasti sel NK dalam model babi-ke-tikus. Menggunakan ujian ADCC yang diubah suai, Chen et al.76 mendapati bahawa mRNA dan protein reseptor seperti tol{11}} (TLR2) turut dikawal dalam sel endothelial arteri iliac babi selepas terdedah kepada serum manusia. Tambahan pula, paras kemokin pro-radang babi CCL2 dan CXCL8 juga meningkat melalui laluan pengantaraan{16}TLR76. Penemuan ini mencadangkan bahawa sekatan TLR2 boleh memanjangkan kelangsungan hidup xenograf.

Biopsi cantuman boleh menyebabkan jangkitan, parut, atau mendorong penolakan melalui pengaktifan imun selepas kecederaan75. Oleh itu, adalah penting untuk mengenal pasti penanda penolakan bukan invasif untuk aplikasi dalam xenotransplantasi klinikal. Montgomery et al.6 mengesan antibodi IgM dan IgG yang ditujukan terhadap antigen bukan- -Gal dalam serum pesakit pemindahan buah pinggang babi kepada manusia. Oleh kerana IgM terhad kepada ruang vaskular, penyingkirannya melalui plasmapheresis boleh, secara teorinya, digabungkan dalam ujian xenotransplantasi akan datang yang melibatkan manusia6.

DNA yang beredar dilepaskan apabila sel mati atau apoptosis, yang dianggap sebagai penemuan klasik dalam xenotransplantation8. Pembebasan DNA khusus babi (cDNA) yang beredar mencerminkan penyusupan sel imun dalam cantuman dan mendahului pengeluaran antibodi IgM/IgG anti-babi dalam model babi-ke-tikus8. Tambahan pula, cpsDNA juga memberikan hasil yang setanding dalam monyet, mencadangkan potensi kemungkinan dalam tetapan klinikal8. Begitu juga, tahap DNA bebas sel (cfDNA) juga berkait dengan kecederaan tisu dalam model xenograf 77.

Walaupun data mengenai mikroRNA khusus organ (miRNA) dalam xenotransplants kekal terhad, mereka telah menunjukkan penggunaan yang menjanjikan sebagai biomarker penolakan78. Dalam model babi kegagalan hati akut, paras plasma penerima pelbagai miRNA terbitan babi, termasuk ssc-miR-122, ssc-miR-192 dan ssc-miR-124-1, telah dikaitkan dengan kecederaan hati, buah pinggang dan otak, masing-masing82. Kebanyakan miRNA dipelihara di kalangan spesies, mengehadkan penggunaannya dalam bidang xenotransplantation78,83. Walau bagaimanapun, sesetengah miRNA, seperti SSC-miR{14}} b khusus babi, mungkin berguna kerana ia mungkin dibezakan daripada rakan sejawat manusia dan dinyatakan dalam hati, jantung dan paru-paru78.

Satu kajian turut memerhatikan peningkatan tahap miR-146a dan miR-155 dalam xenotransplant jantung dan menilai kesan rawatan imunosupresif pada ekspresinya dalam model xenotransplant jantung daripada tetikus ke tikus. Berbanding dengan haiwan tertekan imun, Zhao et al.79 mendapati penurunan ketara dalam tahap miR-146a dan peningkatan dalam ekspresi miR-155, perubahan yang membawa kepada keadaan pro-radang pada penerima. Terutama, miR-146a memainkan peranan dalam menghalang keadaan keradangan dengan menyasarkan pelbagai laluan NF-κB84, dan miRNA-155 juga telah dilaporkan sebagai penggalak ekspresi TNF85. Secara kolektif, penemuan ini boleh memberikan gambaran tentang potensi penggunaan miRNA sebagai biomarker dan sasaran imunoterapi yang mengganggu RNA.

Satu kajian baru-baru ini dalam primat bukan manusia juga melaporkan paras C3 yang tinggi dalam humor akueus sebelum penolakan80. Akhir sekali, nisbah CD4 tambah /CD8 tambah sel darah yang tinggi dikaitkan dengan masa kelangsungan hidup cantuman yang lebih pendek dalam pemindahan pulau kecil babi kepada bukan manusia86. Walau bagaimanapun, kajian lanjut diperlukan untuk menilai sensitiviti dan kekhususan mana-mana penanda yang dicadangkan.

Kesimpulan

Memandangkan kekurangan organ baru-baru ini, xenotransplantasi boleh menyediakan penyelesaian yang sangat diperlukan untuk pesakit yang memerlukan pemindahan organ. Dari segi sejarah, halangan utama yang dihadapi oleh xenotransplantasi daripada sumber babi ialah kehadiran epitop Gal. Walau bagaimanapun, modulasi genetik membenarkan pembangunan model babi tanpa epitope ini. Kemajuan ini telah memanjangkan kemandirian xenograf pada manusia dan menerangi epitop lain, seperti NeuGc dan SDa, yang mendorong penolakan imun. Oleh itu, kajian bertujuan untuk mengenal pasti mekanisme imun yang membawa kepada penolakan. Sel NK, makrofaj, dan sel T telah dikenal pasti sebagai pemain utama dalam peranan penting sistem imun dalam penolakan xenograf.

Tambahan pula, kaedah yang digunakan untuk mengenal pasti penolakan xenotransplant adalah berdasarkan kaedah yang digunakan dalam allotransplantation kerana kekurangan penyeragaman. Penanda sel T, seperti CD3, CD4, dan CD8, nampaknya menjanjikan sebagai penanda penolakan ramalan dan diagnostik. Penanda kecederaan selular, seperti cpsDNA dan cfDNA, juga telah dikenal pasti sebagai biomarker ramalan awal penolakan. Pelbagai miRNA juga telah diiktiraf sebagai penanda penolakan dan kemungkinan sasaran untuk pembangunan strategi imunoterapi baharu. Akhir sekali, pengesanan antibodi bukan- -Gal IgG dan IgM baru-baru ini digunakan sebagai penanda untuk penolakan pemindahan buah pinggang babi kepada manusia. Memandangkan kemajuan terkini dalam bidang ini, xenotransplantasi mungkin akhirnya menjadi pilihan klinikal yang berdaya maju. Walau bagaimanapun, kemajuan selanjutnya diperlukan untuk mengatasi komplikasi TMA dan koagulopati konsumtif. Tambahan pula, lebih banyak kajian diperlukan untuk membandingkan pelbagai penanda dan mengenal pasti penanda penolakan "standard emas" dalam xenotransplantasi.

Kelulusan Etika

Manuskrip ini adalah artikel ulasan dan tidak melibatkan sebarang isu etika. Semua pengarang menyemak dan meluluskan versi akhir manuskrip.

Pernyataan Hak Asasi Manusia dan Haiwan

Kajian ini tidak melibatkan mana-mana subjek manusia atau haiwan.

Kenyataan Persetujuan Termaklum

Artikel ini tidak melibatkan mana-mana subjek manusia dan, oleh itu, persetujuan termaklum tidak terpakai.

Pengisytiharan Kepentingan Bercanggah

Pengarang mengisytiharkan potensi konflik kepentingan berikut berkaitan penyelidikan, kepengarangan dan/atau penerbitan artikel ini: Dr. Lerman ialah penasihat kepada AstraZeneca, CureSpec, Biosains Rama-Rama, Beren Therapeutics dan Ribocure Pharmaceuticals. Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Pembiayaan

Pengarang mendedahkan penerimaan sokongan kewangan berikut untuk penyelidikan, kepengarangan dan/atau penerbitan artikel ini: Karya ini sebahagiannya disokong oleh nombor geran NIH: DK120292, DK122734, HL158691 dan AG062104.

Rujukan

Lu T, Yang B, Wang R, Qin C. Xenotransplantation: status semasa dalam penyelidikan praklinikal. Imunol hadapan. 2020;10:3060.

2. Maeda A, Kogata S, Toyama C, Lo PC, Okamatsu C, Yamamoto R, Masahata K, Kamiyama M, Eguchi H, Watanabe M, Nagashima H, et al. Tindak balas imun selular semula jadi dalam xenotransplantasi. Imunol hadapan. 2022;13:858604.

3. Pentadbiran Makanan dan Dadah AS. Xenotransplantasi. 2021. Diakses pada 21 Jun 2022. https://www.fda.gov/vaccinesblood-biologics/xenotransplantation

4. Cooper DKC, Gaston R, Eckhoff D, Ladowski J, Yamamoto T, Wang L, Iwase H, Hara H, Tector M, Tector AJ. Xenotransplantation—Status dan prospek semasa. Br Med Bull. 2018;125(1): 5–14.

5. Groth CG. Kelebihan potensi pemindahan organ dari babi ke manusia: pandangan Pakar Bedah pemindahan. India J Urol. 2007;23(3): 305–309.

6. Montgomery RA, Stern JM, Lonze BE, Tatapudi VS, Mangiola M, Wu M, Weldon E, Lawson N, Deterville C, Dieter RA, Sullivan B, et al. Keputusan dua kes xenotransplantasi buah pinggang babi-ke-manusia. N Engl J Med. 2022;386(20): 1889–98.

7. Kuehn BM. Pemindahan jantung babi ke manusia yang pertama menandakan satu kejayaan dalam pemindahan xenotransplantasi. Peredaran. 2022;145(25): 1870–71.

8. Zhou M, Lu Y, Zhao C, Zhang J, Cooper DKC, Xie C, Song Z, Gao H, Qu Z, Lin S, Deng Y, et al. Mengedarkan DNA khusus babi sebagai biomarker novel untuk memantau penolakan xenograf. Xenotransplantasi. 2019;26(4): e12522.

9. Chan JL, Mohiuddin MM. Xenotransplantasi jantung. Pemindahan Organ Opin Curr. 2017;22(6): 549–54.

10. Roux FA, Saï P, Deschamps JY. Xenotransfusi, dahulu dan sekarang. Xenotransplantasi. 2007;14(3): 208–16.

11. Snyder C. Richard Sharp Kissam, MD, dan ceroplastik pada manusia. Gerbang Ophthalmol. 1963;70:870–72.

12. Cooper DKC, Ekser B, Tector AJ. Sejarah ringkas xenotransplantasi klinikal. Int J Surg. 2015;23(Pt B): 205–10.

13. Silvetti AN, Kapas C, Byrne RJ, Berrian JH, Fernandez Menendez A. Kajian percubaan awal cantuman kulit embrio lembu. Transplantasi Bull. 1957;4(1): 25–26.

14. Cooper DKC. Sejarah ringkas pemindahan organ silang spesies. Proc. 2012;25(1): 49–57.

15. Wijkstrom M, Iwase H, Paris W, Hara H, Ezzelarab M, Cooper DKC. Xenotransplantasi buah pinggang: kemajuan percubaan dan prospek klinikal. Buah Pinggang Int. 2017;91(4): 790–96.

For more information:1950477648nn@gmail.com