Multi-Drug Desensitization Protocol voor kandidaten voor harttransplantatie

Kandidaten voor transplantatie met HLA-allo-antilichamen lopen een hoog risico op antilichaamgemedieerde afstoting (AMR), transplantaatfalen en acute afstoting (1,2). Bij harttransplantatie leiden deze complicaties tot de dood. De 50% berekende drempel voor reactief antilichaam, CPRA, wordt gekozen uit een consensusverklaring van de International Society of Heart and Lung Transplantation (3). Deze waarde is weliswaar arbitrair, maar vertegenwoordigt een consensus van aanvaarde mening onder ervaren en gerenommeerde harttransplantatiecentra.

De allo-antilichamen die voorkomen dat deze patiënten worden getransplanteerd, zijn het resultaat van het adaptieve immuunsysteem en het immunologische geheugen. Immunologisch geheugen wordt gedefinieerd als het vermogen van het immuunsysteem om sneller, sterker en specifieker te reageren op een tweede blootstelling aan een antigeen, wanneer het antigeen na de eerdere blootstelling volledig uit het organisme was geëlimineerd.

Er zijn drie belangrijke cellijnen die betrokken zijn bij het immunologisch geheugen: geheugen-T-cellen, geheugen-B-cellen en plasmacellen, die allemaal kunnen overleven zodra het antigeen is geëlimineerd (4). B-cellen kunnen reageren op zowel kleine oplosbare antigenen als grote antigenen (5). Zodra een B-cel geactiveerd wordt, kan het een kortlevende plasmacel worden en immunoglobuline M (IgM), antilichamen produceren, of het kan een kiemcentrum binnengaan waar het somatische hypermutatie kan ondergaan met affiniteitsrijping en isotype-omschakeling. De B-cel kan dan differentiëren tot een langlevende plasmacel en strijden om een ​​beenmergniche of kan een geheugen-B-cel worden (4-8).

Geheugen-T-cellen kunnen een leven lang meegaan en kunnen recirculeren tussen de secundaire lymfoïde organen (SLO) als centrale geheugen-T-cellen (TCM) of in de perifere weefsels als effector-geheugen-T-cellen (TEM) (4,9). Wanneer ze hun verwante antigeen tegenkomen, kunnen ze snel prolifereren en differentiëren tot effector-T-cellen.

Geheugen-B-cellen prolifereren langzaam en recirculeren in de SLO's, gaan daar tientallen jaren mee en er is vastgesteld dat geheugen-B-cellen tot vaccinia (pokken) meer dan 50 jaar overleven (9). Ze worden gewoonlijk geïdentificeerd door de aanwezigheid van CD27 en na een tweede antigene provocatie; de geheugen-B-cellen kunnen snel prolifereren en vervolgens differentiëren tot nieuwe plasmacellen (10). Dit fenomeen biedt een redundant systeem of "array" om plasmacellen aan te vullen die antilichamen produceren voor een bepaald antigeen.

Plasmacellen zijn sterk gedifferentieerde en specifieke cellen die actief antilichamen kunnen produceren. Er zijn twee populaties plasmacellen, kortlevende en langlevende (8). Langlevende plasmacellen kunnen levenslang meegaan en kunnen verschijnen binnen minder dan 1 week na antigene stimulatie (6,7). In kernbiopten van ontvangers van een niertransplantaat zijn B-cellen, B-geheugencellen, plasmablasten en plasmacellen allemaal geïdentificeerd tijdens acute afstoting (11). De plasmacellen zijn eindgedifferentieerd en kunnen daarom niet prolifereren. In het beenmerg is er een eindig aantal overlevingsniches (109), afhankelijk van het aantal aanwezige stromacellen om ze te ondersteunen. Plasmacellen die geen toevluchtsoord in het merg vinden of hun toevluchtsoord verliezen, gaan slechts een paar dagen mee, waarschijnlijk als gevolg van de intense metabole eisen van een cel die tussen de 10.000 en 20.000 kopieën antilichaam per seconde kan produceren (12). Momenteel wordt aangenomen dat plasmacellen geen negatieve feedbacklus hebben om hun antilichaamsynthese te onderdrukken. Van plasmacellen is aangetoond dat ze een FcγRIIB-receptor hebben gekoppeld aan een op immunoreceptor-tyrosine gebaseerd remmend motief (ITIM) (13). De FcγRIIB-receptor is een receptor met lage affiniteit en kan monomeer immunoglobuline G (IgG) niet binden. Aangenomen wordt dat de homeostase van immunoglobuline voornamelijk de verantwoordelijkheid is van de endotheelcel (14). Zodra een antilichaam is geproduceerd, kunnen endotheelcellen circulerend antilichaam elimineren door lysosomale afbraak of het antilichaam recyclen via een Fc-receptor neonatale (FcRn) afhankelijk mechanisme terug in het plasma.

Een succesvol plan om de herinnering aan een bepaalde antigene ontmoeting te elimineren, moet de drie afzonderlijke systemen of "arrays" aanpakken. De eliminatie van het immunologisch geheugen, zodat schadelijke antilichamen kunnen worden verwijderd en vervolgens nieuwe gunstige antilichamen kunnen worden gecreëerd, zou een aanzienlijke vooruitgang zijn op het gebied van transplantatie en auto-immuniteit. Een overzicht van de medicijnen die in IND 110875 worden gebruikt, zal duidelijk maken waarom dit protocol succesvol kan zijn waar alle andere hebben gefaald.

Konijnen-antithymocytglobuline, RATG, heeft anti-T-cel eigenschappen, en in het bijzonder activiteit tegen geheugen-T-cel-oppervlakte-antigenen, waardoor complement-gemedieerde T-celdood in perifeer bloed en apoptose in de milt en lymfeklieren wordt veroorzaakt (15). RATG heeft antilichamen tegen CD27, CD38, HLA-DR en heeft in vitro en in vivo anti-geheugen-B-celeigenschappen aangetoond (15-17). De combinatie van rATG en rituximab verlaagde CD27-positieve B-cellen uit de milt bij patiënten in een desensibilisatiestudie die anders niet succesvol was, was een significante observatie (16).

Rituximab, een anti-CD20 monoklonaal antilichaam, heeft een sterke activiteit tegen B-cellen en put B-cellen in de bloedsomloop gedurende 5-7 maanden uit. Maar naarmate B-cellen differentiëren tot plasmacellen, wordt de CD20-oppervlaktemarker naar beneden gereguleerd, met een bijkomend verlies van gevoeligheid voor rituximab (18). Rituximab is gebruikt bij verschillende auto-immuunziekten (19,20). Veel antilichamen worden niet beïnvloed, terwijl andere gedurende een bepaalde periode afnemen. Plasmacellen met een korte levensduur kunnen afnemen omdat er geen kant-en-klare voorraad B-cellen is om ze te vervangen na hun korte halfwaardetijd van drie dagen. In een onderzoek naar systemische lupus erythematosis (SLE) met rituximab; flowcytometrie en auto-antilichaamspecificiteitsstudies onthulden dat antilichamen tegen Ro52 en La44 en mazelen niet waren verminderd, maar antilichamen tegen dsDNA en C1q wel waren afgenomen (19). De totale hoeveelheid immunoglobuline veranderde niet. Plasmacellen worden niet beïnvloed door anti-CD20, dus de productie van antilichamen uit langlevende plasmacellen gaat onverminderd door. Geheugen B-cellen zijn CD 27+ en hebben een variabele expressie van CD20. Een onderzoek naar desensibilisatie van niertransplantatiekandidaten toonde aan dat rituximab het aantal CD27+ geheugen-B-cellen of plasmacellen in de milt niet verminderde (16). Bij (SLE)-patiënten die met rituximab werden behandeld, waren de cellen die terugkeerden na depletie grotendeels naïeve B-cellen en waren de plasmablasten 2,3 keer hoger dan bij baseline (19). Terwijl de geheugen-B-cellen die in het bloed circuleren lager waren na rituximab-therapie, lijken de geheugen-B-cellen in de milt onaangetast te zijn en kunnen ze vervolgens transformeren in plasmablasten die vervolgens oplosbaar antilichaam kunnen afscheiden. Deze observatie verklaart waarom sommige antilichamen zullen verdwijnen, in ieder geval tijdelijk met rituximab, en andere niet. Als het antilichaam voornamelijk afkomstig is van kortlevende plasmacellen of plasmablasten, zal rituximab waarschijnlijker effect hebben; deze antilichamen worden geproduceerd door cellen met een korte halfwaardetijd en zijn afhankelijk van continue proliferatie van B-cellen. Antilichamen geproduceerd door langlevende plasmacellen worden niet beïnvloed door rituximab. Rituximab heeft geen invloed op geheugen-B-cellen in de milt, dus ze kunnen snel plasmablasten en plasmacellen hervormen om de cellijnen te reconstrueren die bepaalde klonen van antilichamen produceren. Aangezien geheugen-B-cellen antilichaam-uitscheidende plasmacellen kunnen worden, is het voordelig om ze te verwijderen vóór transplantatie bij de zeer gesensibiliseerde patiënt.

Bij de mens is aangetoond dat de combinatie van rATG en rituximab geheugen-B-cellen in de milt vermindert (16). Deze bevinding is nog niet opgenomen in een desensibilisatieprotocol of in een protocol voor auto-immuuntherapieën uit ons literatuuronderzoek. Geen enkele andere therapie vermindert effectief geheugen B-cellen in de mens en het vertegenwoordigt een nieuw aspect van IND 110875.

Geen van de eerder bij transplantatie gebruikte middelen, waaronder rATG en rituximab, hebben het vermogen volwassen plasmacellen te remmen zodra ze hun toevlucht hebben gevonden in het beenmerg, en hebben daarom weinig effect op het verminderen van de productie van antilichamen. Bortezomib, een proteasoomremmer die wordt gebruikt bij de behandeling van multipel myeloom, heeft echter het vermogen om plasmacellen via vele mechanismen uit te putten.

Proteasoomremming vertegenwoordigt een nieuwe behandelingsstrategie omdat het een middel biedt om plasmacellen in het beenmerg uit te putten (21,22). Bortezomib is goedgekeurd voor gebruik bij de behandeling van multipel myeloom en de gevoeligheid van myeloomcellen voor proteasoomremmers is evenredig met hun immunoglobulinesynthesesnelheid (22). Van plasmacellen is bekend dat ze hoge snelheden van immunoglobulinesynthese hebben en behandeling met bortezomib leidde tot een depletie van zowel kortlevende als langlevende plasmacellen met meer dan 60% in de milt en 95% in het beenmerg na 48 uur behandeling in het BALB/c-muismodel . Bortezomib activeerde de Unfolded Protein Response (UPR), gedocumenteerd door een toename in de expressie van de chaperonnes BiP en Chop, die markers zijn voor UPR. De auteurs concludeerden ook dat de late remming van de anti-apoptotische transcriptiefactor NF-KB ook bijdroeg aan celdood. In een muismodel met lupus-nefritis (NZB/W F1-muizen) behandeld met bortezomib, daalden de dsDNA-specifieke antilichamen tot het bereik van niet-auto-immuunmuizen. De totale serum IgG-, IgG2a-, IgG3-, IgM- en IgA-concentraties waren allemaal sterk verlaagd, maar de concentraties van IgG1 en IgG2 waren niet of slechts in geringe mate veranderd (21). De totale IgG-concentraties werden niet met meer dan 50% verlaagd. De auteurs merkten op dat nieuw gevormde plasmacellen 48 uur na injectie met bortezomib konden terugkeren. Deze bevindingen ondersteunen de conclusie dat bortezomib plasmacellen kan doden en een heilzaam klinisch effect heeft, maar geheugen-B-cellen worden niet uitgeput en plasmacellen kunnen zich snel herstellen en ongewenste antilichamen produceren. Het vermogen van bortezomib om niet-kwaadaardige plasmacellen te doden vertegenwoordigt een belangrijke bevinding met potentiële therapeutische werkzaamheid bij transplantatie en auto-immuunziekten, maar is op zichzelf niet in staat tot langdurige vermindering van antilichamen. De klinische bevinding van variabele verlagingen van antilichaamniveaus met bortezomib kan worden verklaard uit deze bevindingen in de wetenschappelijke basisliteratuur.

Bortezomib is gebruikt als reddingsstrategie voor de behandeling van refractaire antilichaam-gemedieerde afstoting (23-25). Een in-vitro-onderzoek onthulde dat bortezomib apoptose kon induceren in plasmacellen die werden afgezogen bij ontvangers van een niertransplantatie, terwijl rATG, rituximab en IVIG allemaal geen apoptose veroorzaakten (25). Behandeling met bortezomib in concentraties die de productie van antilichamen in vitro blokkeerden, bleek de 20S proteasoom chymotrypsine-achtige peptidase-activiteit significant te verminderen. Twee patiënten ondergingen beenmergbiopten tijdens acute humorale afstoting, een week na bortezomib en een jaar later, waaruit bleek dat het totale aantal allospecificiteiten van plasmacellen afnam, evenals het totale percentage plasmacellen (25). Niet alle antilichamen werden bij deze twee patiënten door bortezomib verminderd en de totale IgG-spiegels bleven onveranderd, maar deze studie toonde wel aan dat bortezomib de plasmacellen in het beenmerg kon verlagen.

Bortezomib is geïndiceerd voor multipel myeloom waarbij de kwaadaardige plasmacellen zeer agressief zijn in het produceren van antilichamen. Hoe productiever de myeloomcellijn is voor het maken van antilichamen, hoe gevoeliger voor proteasoomremming (22). Uit bovenstaande literatuur over niet-kwaadaardige plasmacellen blijkt ook dat ze gevoelig zijn voor proteasoomremming met bortezomib, maar in een aantal onderzoeken namen bepaalde immunoglobulinefracties niet af en bleven de totale hoeveelheden immunoglobuline ongewijzigd. Misschien zijn plasmacellen niet zo metabolisch actief als hun kwaadaardige tegenhangers. Er zijn aanwijzingen dat plasmacellen mogelijk hun immunoglobulinesynthese kunnen verminderen en dit zou ze op hun beurt minder vatbaar maken voor proteasomale remming (26). Een heronderzoek van immunoglobulinehomeostase onthult een mogelijke therapie om de gevoeligheid voor bortezomib te verhogen.

Immunoglobulinehomeostase wordt grotendeels gevoeld als het resultaat van plasmacelproductie en vervolgens door FcRn gemedieerde recycling in de endotheelcellen. Antilichaam dat niet combineert met FcRn in het endosoom van de endotheelcel wordt vervolgens afgebroken, terwijl antilichaam dat wel combineert, wordt teruggevoerd naar de interstitiële ruimte (27). Het concept dat IgG geen negatieve terugkoppeling naar de plasmacel heeft, wordt ondersteund door gegevens bij proefdieren en mensen (28,29). Artsen observeren echter patiënten die "rebounden" na plasmaferese met niveaus van antilichaam die net zo hoog of hoger waren dan vóór plasmaferese en dit leidde tot de conclusie dat er een negatieve feedbacklus was (30,31). Het rebound-fenomeen werd weggeredeneerd als de terugkeer van antilichaam uit de periferie en toegenomen recycling door FcRn-receptoren (28). De regulatie van eiwitsynthese in de plasmacel heeft nieuwe aandacht gekregen en wordt gecontroleerd door een complex systeem van feedbacklussen waarbij de endoplasmatisch reticulumstress en mTOR-signalering betrokken zijn (32).

Recent onderzoek naar het werkingsmechanisme van intraveneus immunoglobuline, IVIG, biedt meer inzicht in mogelijke verklaringen voor een negatieve terugkoppeling naar plasmacellen. In de klinische literatuur wordt aangenomen dat IVIG werkt via een aantal routes, waaronder anti-idiotypische antilichamen, remming van cytokine-genactivering, anti-T-celreceptoractiviteit, anti-CD4-activiteit, stimulatie van cytokinereceptorantagonisten, remming van complementactiviteit en Fc-gemedieerde interacties met antigeenpresenterende cellen om T-celactivering te blokkeren (33). Recent werk laat zien dat deze mechanismen mogelijk onjuist zijn. Studies bij kinderen met ITP in 1993 onthulden dat infusie van Fc-fragmenten de ontstekingsremmende eigenschappen verschafte (34). De ontstekingsremmende eigenschappen van IVIG kunnen nu worden toegeschreven aan Fc-sialylering van IgG (35-37). Immunoglobulinen zijn glycoproteïnen en een enkele N-gekoppelde glycaan wordt gevonden op Asn297 in het Fc-domein. Dit covalent gekoppelde complexe glycaan is samengesteld uit een biantennair heptapolysaccharide dat N-acetylglucosamine en mannose bevat en twee terminale siaalzuurresiduen (35). Verdere modificaties van deze koolhydraatstructuur komen vaak voor en er zijn meer dan 30 verschillende glycanen geïdentificeerd op deze ene plaats en glycosylering van IgG is verplicht voor FcγR-binding. De totale ontstekingsremmende activiteit van IVIG hangt af van de sialylering van de IgG Fc-fragmenten en dit vertegenwoordigt slechts 5% van de IgG-pool. De kleine hoeveelheid gesialyleerd IgG in IVIG verklaart waarom grote doses nodig zijn vanwege de ontstekingsremmende effecten, terwijl veel lagere doses nodig zijn om hypogammaglobulinemie te behandelen. Plasmaferese kan, door het verminderen van gesialyleerd IgG, leiden tot een opwaartse regulatie van de antilichaamsynthese in plasmacellen, waardoor ze vatbaarder worden voor bortezomib.

De indexpatiënt die werd behandeld met een protocol dat vergelijkbaar is met dit protocol, had bij de patiënt een effectieve deletie (< 5000MFI) van al hun antilichamen gedetecteerd door LABScreen, inclusief de Klasse II-antilichamen die daarvoor moeilijk te verwijderen waren. Gebruikmakend van de veel strengere criteria van < 1000 MFI, had de indexpatiënt slechts één antilichaam over van meer dan 1000 aan het einde van 3 cycli van de behandelingsfase met bortezomib. De patiënt was uniek onder de casusrapporten van therapieën voor antilichaam-gemedieerde afstoting en desensibilisatietherapie doordat alle antilichamen van de patiënt dramatisch afnamen en de totale hoeveelheid oplosbaar antilichaam afnam tot het punt waarop de patiënt IVIG nodig had voor vervangingstherapie. Als dit resultaat reproduceerbaar is en het protocol voldoende veilig is, kunnen deze resultaten belangrijke gevolgen hebben op het gebied van transplantatie en auto-immuunziekten. Auto-antilichaam-gemedieerde ziekten kunnen nu mogelijk worden genezen als het immunologische geheugen van de opwekkende epitopen wordt gewist.

Het is onmogelijk om deze medicijnen te bestuderen met de gebruikelijke één-drug-per-keer-methodologie, gezien de redundante aard van immunologisch geheugen. Het potentiële risico van het protocol is alleen acceptabel vanwege de noodzaak om een ​​effectieve therapie te ontwikkelen voor een levensbedreigende situatie. Dit protocol is in overeenstemming met de criteria die door de FDA zijn toegelicht in het recente artikel in de New England Journal of Medicine, "Development of Novel Combination Therapies" (38). Het artikel beschrijft vooral combinatietherapieën voor kankeronderzoek; de thematische onderdelen van het document zijn echter van toepassing op IND 110875.