Immunogenicity of embryonic stem cells - rejection reaction in allogeneic transplantation

Full Text

Степень иммунной реакции реципиента на вводимые эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и их дериваты является одним из ключевых вопросов, ответ на который определит будущие возможности и особенности их применения в медицине. В настоящее время существуют значительные противоречия во взглядах на способность ЭСК индуцировать специфический иммунный ответ. Исследовано наличие ключевых молекул на поверхности ЭСК, ответственных за взаимодействие с клетками иммунной системы. Было показано, что для ЭСК характерна низкая степень экспрессии антигенов MHC-I и отсутствие экспрессии антигенов MHC-II [1, 2]. Таким образом, ЭСК, как и все другие клетки, экспрессирующие MHC-I, должны распознаваться и уничтожаться аллогенными Т-лимфоцитами в реакции отторжения [3]. С другой стороны, показано, что ЭСК не стимулируют аллогенные Т-лимфоциты в кокультуре и, более того, ингибируют их пролиферацию в смешанной реакции лимфоцитов [1]. Ингибирующий эффект пропорционален количеству ЭСК и, в целом, имеет сходные черты с иммуномодулирующими эффектами костномозговых стромальных/мезенхимальных стволовых клеток [4]. Описанный феномен позволил предположить иммунопривилегированный статус ЭСК, в том числе и при их трансплантации аллогенному реципиенту.

Необходимо отметить, что иммуногенность ЭСК изучалась, главным образом, в опытах in vitro, и представления о характере взаимодействия ЭСК с иммунной системой реципиента до недавнего времени оставались лишь результатом умозаключений. Недавно группа Kofidis Т. исследовала иммунологические аспекты трансплантации ЭСК в опытах in vivo. Авторы не изучали иммуногенность предифференцированных производных ЭСК.

Мышиные ЭСК, меченые маркерным геном GFP, инъецировались интрамиокардиально в зону инфаркта, полученную
в результате предварительной перевязки коронарной артерии. Трансплантация производилась трем группам животных: группа 1 - аллогенные животные, 2 - сингенные мыши (контроль), группа 3 - мыши с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (SCID). Оценка иммунного ответа реципиентов производилась в разные сроки посттрансплантационного периода (1-я, 2-я и 4-я недели). Гистологическими и иммуногистохимическими исследованиями окружающих тканей сердца определялись характер экспрессии молекул MHC, степень инфильтрации лейкоцитами и оценка клеточного состава инфильтрата.

Схема этой части эксперимента представлена на рисунке.

Через 2 недели после трансплантации у всех животных сформировались большие инфильтраты в области введения клеточных трансплантатов, размер которых несколько уменьшался к 4-й неделе. На 4-й неделе посттрансплантационного периода имели место выраженная клеточная дисплазия и ядерный полиморфизм, тем не менее, классической тератомы на данном сроке не наблюдалось. Иммуногистохимическое исследование показало наличие множества Т-лимфоцитов и дендритных клеток (ДК) вокруг и внутри инфильтрата у мышей другой линии (аллогенная трансплантация), их незначительное количество имелось у сингенных мышей и полное отсутствие наблюдалось у SCID-мышей. Т- лимфоциты концентрировались вокруг трансплантата, тогда как ДК располагались, главным образом, внутри него. Часть ДК алллогенной группы животных имела донорское происхождение. Количество клеток исследуемых популяций у аллогенных мышей прогрессивно возрастало от 1-й к 4-й неделям. Экспрессия молекул MHC I класса клетками донора наблюдалась у всех групп животных. При аллогенной трансплантации она была максимально высока на 1-й неделе, значительно возрастала ко 2-й и затем снижалась к 4-й неделе посттрансплантационного периода. Экспрессия молекул MHC II класса клетками донора наблюдалась только у аллогенной группы мышей. В этой же группе обнаруживали выраженный гуморальный ответ в виде аллоантител, титр которых возрастал к 4-й неделе.

Схема эксперимента: 1 - трансфекция ЭСК мыши линии 129sv вектором pEF-1 a-EGFP с получением колонии, экспрессирующей GFP; 2 - перевязка крупного артериального ствола сердца (leftanterior descending artery) мышей c последующим получением экспериментального инфаркта миокарда; 3 - трансплантация трансфецированных ЭСК в область инфаркта миокарда трем линиям мышей (группа 1 — аллогенные мыши линии BALB/c, группа 2 — сингенные мыши линии 129sv, группа 3 — мыши с тяжелым комбинированным иммунодефицитом - SCID); 4 — гистологическое и гистохимическое исследование тканей сердца на 2-й неделе посттрансплантационного периода (мыши первой группы — выраженная инфильтрация Т-лимфоцитами и дендритными клетками, мыши второй группы — единичные лимфоциты в пограничных с инфарктом зонах миокарда, мыши третьей группы — полное отсутствие лимфоцитов и дендритных клеток).

Анализ продукции цитокинов реактивными Т-лимфоцитами селезенки показал существенное возрастание IL-2 и INF-у у алллогенной группы мышей к 4-й неделе посттрансплантационного периода в сравнении с животными контрольной группы.

Таким образом, мышиные ЭСК, трансплантированные аллогенному реципиенту, инициируют выраженное и прогрессирующее иммунное отторжение. Ответ хозяина на вводимые клетки осуществляется посредством клеточных и гуморальных реакций. Реакции клеточного иммунитета реализуются через инфильтрацию клеточного трансплантата и окружающих тканей Т-лимфоцитами и дендритными клетками. Реакции гуморального иммунитета осуществляются посредством выработки специфических к антигенам трансплантированных клеток антител. В спектре цитокинов, секретируемых реактивными лимфоцитами селезенки, преобладают IL-2 и INF-y, что свидетельствует о преобладании реакций клеточного иммунитета (Th-1 тип). В целом, несмотря на отсутствие прямых доказательств наличия аллореактивных Т-лимфоцитов, наблюдаемая картина соответствует стандартной динамике «острого отторжения» аллотрансплантата, обусловленного первичной активацией Т-клеток [5].

Уменьшение размеров зоны занятой клеточным трансплантатом к 4-й неделе посттрансплантационного периода наблюдалось и в других группах животных, что свидетельствует о наличии неиммунных механизмов гибели клеток. Так как в данных экспериментах ЭСК вводились в зону инфаркта, полученного путем перевязки крупного артериального ствола, такая гибель клеток вполне может быть обусловлена ишемическим повреждением.

Инициация иммунных реакций у алллогенной группы мышей показанная в работе, не вызывает сомнений. Поэтому концепция иммунопривилегированности ЭСК не подтверждается в опытах in vivo. Тем не менее, по-видимому, ЭСК, их коммитированные производные и клетки взрослого животного могут значительно различаться по способности индуцировать иммунный ответ реципиента.

Максимальная выраженность проявлений иммунного ответа определялась на 2-4-й неделях посттрансплантационного периода. На эти же сроки приходится максимальная выраженность экспрессии донорскими клетками молекул MHC I класса и маркеров дифференцировки по направлению к органоспецифическим клеткам-предшественникам. На основании совпадения этих позиций авторы предполагают, что недифференцированные ЭСК должны быть менее иммуногенны, чем их предифференцированные производные. С другой стороны, такое совпадение может быть случайным, и динамика иммунного ответа может не зависеть от вышеперечисленных факторов.

Авторы не сравнивали степень иммуногенности недифференцированных ЭСК, их предифференцированных производных и клеток взрослых животных. Подобное сравнение с клетками человека проведено группой Drukker в опытах in vivo [7]. Этой группой было показано, что дифференцированные/предифференцированные производные ЭСК менее иммуногенны, чем клетки взрослого человека [7]. Исследования Kofidis et al. и Drukker et al. значительно отличаются друг от друга, поэтому изучение иммуногенности производных ЭСК in vivo будет являться предметом будущих исследований.

Таким образом, недифференцированные ЭСК способны стимулировать реакцию «хозяин против трансплантата» при введении иммунологически несовместимому (аллогенному) реципиенту. Основным механизмом реакции отторжения является активация Т-лимфоцитов. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные позволяют предположить меньшую иммуногенность недифференцированных/ предифференцированных ЭСК в сравнении с клетками взрослого организма. Важным направлением будущих экспериментов станет исследование способности коммитированных производных ЭСК индуцировать иммунный ответ, так как именно они являются наиболее перспективным клеточным материалом для трансплантаций. Кроме того, в настоящий момент обсуждаются разные стратегии обхода трансплантационного барьера при введении несовместимых ЭСК [8, 9].

About the authors

V. S. Sergeev

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Experimental scheme: 1 - transfection of 129sv mouse ESCs with the pEF-1 a-EGFP vector to obtain a GFP-expressing colony; 2 - ligation of the large arterial trunk of the heart (leftanterior descending artery) of mice with subsequent experimental myocardial infarction; 3 - transplantation of transfected ESCs into the area of myocardial infarction in three lines of mice (group 1 - allogeneic mice of the BALB/c line, group 2 - syngeneic mice of the 129sv line, group 3 - mice with severe combined immunodeficiency - SCID); 4 — histological and histochemical examination of heart tissues on the 2nd week of the post-transplantation period (mice of the first group — pronounced infiltration with T-lymphocytes and dendritic cells, mice of the second group — single lymphocytes in the areas bordering on myocardial infarction, mice of the third group — complete absence of lymphocytes and dendritic cells).

Download (315KB)

Indexing metadata