Protokoll for desensibilisering av flere legemidler for hjertetransplantasjonskandidater

Transplantasjonskandidater med HLA-alloantistoffer har høy risiko for antistoffmediert avstøtning (AMR), graftsvikt og akutt avstøtning (1,2). Ved hjertetransplantasjon fører disse komplikasjonene til døden. Den 50 % beregnede panelreaktive antistoffet, CPRA, terskelen er valgt fra en konsensuserklæring fra International Society of Heart and Lung Transplantation (3). Denne verdien er riktignok vilkårlig, men representerer en konsensus om akseptert mening blant erfarne og anerkjente hjertetransplantasjonssentre.

Alloantistoffene som hindrer disse pasientene fra å bli transplantert er et resultat av det adaptive immunsystemet og immunologisk hukommelse. Immunologisk hukommelse er definert som immunsystemets evne til å gi en raskere, sterkere og mer spesifikk respons på en andre eksponering av et antigen, når antigenet ble fullstendig eliminert fra organismen etter den tidligere eksponeringen.

Det er tre hovedcellelinjer involvert i immunologisk hukommelse: minne T-celler, minne B-celler og plasmaceller, som alle kan overleve når antigenet er eliminert (4). B-celler kan montere responser på både små løselige antigener og store antigener (5). Når en B-celle blir aktivert, kan den bli en kortvarig plasmacelle og produsere immunglobulin M, (IgM), antistoffer, eller den kan gå inn i et kimsenter hvor den kan gjennomgå somatisk hypermutasjon med affinitetsmodning og isotypebytte. B-cellen kan da differensiere seg til en plasmacelle med lang levetid og konkurrere om en benmargsnisje eller kan bli en minne-B-celle (4-8).

Minne T-celler kan vare livet ut og kan resirkulere mellom de sekundære lymfoide organene (SLO) som sentrale minne T-celler (TCM) eller i det perifere vevet som effektorminne T-celler (TEM) (4,9). Når de møter deres beslektede antigen, kan de raskt proliferere og differensiere til effektor-T-celler.

Minne B-celler prolifererer sakte og resirkulerer i SLO-ene, varer der i flere tiår, og minne B-celler til vaccinia (kopper) har vist seg å overleve i mer enn 50 år (9). De identifiseres vanligvis ved tilstedeværelsen av CD27 og ved en andre antigen utfordring; minne B-cellene kan raskt proliferere og deretter differensiere til nye plasmaceller (10). Dette fenomenet gir et redundant system eller "array" for å fylle opp plasmaceller som produserer antistoff for et gitt antigen.

Plasmaceller er svært differensierte og spesifikke celler som aktivt kan produsere alloantistoff. Det er to populasjoner av plasmaceller, kortlivede og langlivede (8). Langlivede plasmaceller kan vare livet ut og kan vises innen mindre enn 1 uke etter antigenstimulering (6,7). I kjernebiopsier av nyretransplanterte er B-celler, minne-B-celler, plasmablaster og plasmaceller alle blitt identifisert under akutte avstøtninger (11). Plasmacellene er endedifferensiert og kan derfor ikke formere seg. I benmargen er det et begrenset antall overlevelsesnisjer (109) avhengig av antall stromaceller som er tilstede for å støtte dem. Plasmaceller som ikke finner et fristed i margen eller mister et fristed varer bare noen få dager, sannsynligvis på grunn av de intense metabolske kravene til en celle som kan produsere mellom 10 000 og 20 000 kopier av antistoff per sekund (12). Plasmaceller antas for tiden å være uten en negativ tilbakemeldingssløyfe for å undertrykke antistoffsyntesen. Plasmaceller har vist seg å ha en FcγRIIB-reseptor koblet til et immunoreseptor-tyrosinbasert inhibitorisk motiv (ITIM) (13). FcγRIIB-reseptoren er en lavaffinitetsreseptor og kan ikke binde monomert immunglobulin G, (IgG). Homeostasen til immunglobulin antas å være hovedsakelig ansvaret til endotelcellen (14). Når et antistoff er produsert, kan endotelceller eliminere sirkulerende antistoff ved lysosomal nedbrytning eller resirkulering av antistoffet gjennom en Fc-reseptor neonatal, (FcRn) avhengig mekanisme tilbake til plasmaet.

En vellykket plan for å eliminere minnet om et gitt antigenisk møte må adressere de tre separate systemene eller "arrays". Eliminering av immunologisk hukommelse slik at skadelige antistoffer kan fjernes og deretter opprette nye gunstige antistoffer ville være et betydelig fremskritt innen transplantasjon og autoimmunitet. En gjennomgang av medisinene brukt i IND 110875 vil belyse hvorfor denne protokollen kan være vellykket der alle andre har mislyktes.

Kanin-antitymocytt-globulin, RATG, har anti-T-celleegenskaper, og spesielt aktivitet mot minne-T-celleoverflateantigener, og forårsaker derved komplementmediert T-celledød i perifert blod og apoptose i milten og lymfeknuter (15). RATG har antistoffer mot CD27, CD38, HLA-DR og har vist anti-minne B-celleegenskaper in vitro og in vivo (15-17). Kombinasjonen av rATG og rituximab reduserte CD27-positive B-celler fra milten hos pasienter i en desensibiliseringsstudie som ellers var mislykket, var en signifikant observasjon (16).

Rituximab, et anti-CD20 monoklonalt antistoff, har sterk aktivitet mot B-celler og tømmer B-celler i sirkulasjonen i 5-7 måneder. Men ettersom B-celler differensierer til plasmaceller, nedreguleres CD20-overflatemarkøren, med samtidig tap av sensitivitet for rituximab (18). Rituximab har blitt brukt ved en rekke autoimmune sykdommer (19,20). Mange antistoffer påvirkes ikke, mens andre reduseres i en periode. Kortlivede plasmaceller kan reduseres siden det ikke er en klar tilførsel av B-celler for å erstatte dem etter deres korte tredagers halveringstid. I en studie i systemisk lupus erytematose (SLE) ved bruk av rituximab; flowcytometri og autoantistoffspesifisitetsstudier viste at antistoffer mot Ro52 og La44 og meslinger ikke ble redusert, men antistoffer mot dsDNA og C1q ble redusert (19). Den totale mengden immunglobulin endret seg ikke. Plasmaceller påvirkes ikke av anti-CD20, så antistoffproduksjonen fra langlivede plasmaceller fortsetter med uforminsket styrke. Minne B-celler er CD 27+ og har et variabelt uttrykk for CD20. En studie med desensibiliserende nyretransplantasjonskandidater viste at rituximab ikke reduserte antallet CD27+ minne B-celler eller plasmaceller i milten (16). Hos (SLE) pasienter behandlet med rituximab var cellene som returnerte etter uttømming stort sett naive B-celler og plasmablastene var 2,3 ganger høyere enn ved baseline (19). Mens minne B-celler som sirkulerer i blodet var lavere etter rituximab-behandling, ser det ut til at minne-B-cellene i milten er upåvirket og kan deretter transformeres til plasmablaster som deretter kan skille ut løselig antistoff. Denne observasjonen forklarer hvorfor noen antistoffer vil forsvinne, i det minste midlertidig med rituximab mens andre ikke vil. Hvis antistoffet hovedsakelig kommer fra kortlivede plasmaceller eller plasmablaster, vil rituximab mer sannsynlig ha en effekt; disse antistoffene produseres av celler med kort halveringstid og er avhengig av kontinuerlig proliferasjon av B-celler. Antistoffer produsert av langlivede plasmaceller påvirkes ikke av rituximab. Rituximab påvirker ikke minne B-celler i milten, så de kan raskt reformere plasmablaster og plasmaceller for å rekonstituere cellelinjene som produserer visse kloner av antistoffer. Siden minne B-celler kan bli antistoff-utskillende plasmaceller, er det fordelaktig å fjerne dem før transplantasjon hos den høysensibiliserte pasienten.

Kombinasjonen av rATG og rituximab ble vist hos mennesker å redusere minne B-celler i milten (16). Dette funnet har ennå ikke blitt inkorporert i en desensibiliseringsprotokoll eller i en protokoll for autoimmune terapier fra vår gjennomgang av litteraturen. Ingen annen terapi reduserer effektivt minne B-celler hos mennesker, og den representerer et nytt aspekt ved IND 110875.

Ingen midler tidligere brukt i transplantasjon, inkludert rATG og rituximab, har evnen til å hemme modne plasmaceller når de først finner tilflukt i benmargen, og har derfor liten effekt på å redusere antistoffproduksjonen. Bortezomib, en proteasomhemmer som brukes i behandling av multippelt myelom, har imidlertid evnen til å tømme plasmaceller via mange mekanismer.

Proteasomhemming representerer en ny behandlingsstrategi fordi den gir et middel for utarming av plasmaceller i benmargen (21,22). Bortezomib er godkjent for bruk i behandling av multippelt myelom og myelomcellenes følsomhet overfor proteasomhemmere er proporsjonal med deres immunoglobulinsyntesehastigheter (22). Plasmaceller er kjent for å ha høye immunoglobulinsyntesehastigheter, og behandling med bortezomib utarmet både kort- og langlivede plasmaceller med mer enn 60 % i milten og 95 % i benmargen etter 48 timers behandling i BALB/c-musemodellen . Bortezomib aktiverte den utfoldede proteinresponsen (UPR) dokumentert ved økninger i uttrykket av chaperonene BiP og Chop som er markører for UPR. Forfatterne konkluderte også med at den sene hemmingen av den anti-apoptotiske transkripsjonsfaktoren NF-KB også bidro til celledød. I en lupus nephritis musemodell (NZB/W F1 mus) behandlet med bortezomib, reduserte dsDNA-spesifikke antistoffer til området for ikke-autoimmune mus. Totale serum-IgG-, IgG2a-, IgG3-, IgM- og IgA-konsentrasjoner ble alle sterkt redusert, men konsentrasjonene av IgG1 og IgG2 ble ikke endret eller bare litt endret (21). Totale IgG-konsentrasjoner ble ikke redusert med mer enn 50 %. Forfatterne bemerket at nydannede plasmaceller kunne komme tilbake innen 48 timer etter bortezomib-injeksjon. Disse funnene støtter konklusjonen om at bortezomib kan drepe plasmaceller, og ha en helsebringende klinisk effekt, men minne B-celler er ikke utarmet og plasmaceller kan raskt gjenopprette og produsere uønsket antistoff. Bortezomibs evne til å drepe ikke-maligne plasmaceller representerer et viktig funn med potensiell terapeutisk effekt ved transplantasjon og autoimmune sykdommer, men er i seg selv ute av stand til langvarig reduksjon av antistoff. Det kliniske funnet av variable reduksjoner i antistoffnivåer med bortezomib kan forklares ut fra disse funnene i den grunnleggende vitenskapelige litteraturen.

Bortezomib har blitt brukt som en redningsstrategi for behandling av refraktær antistoffmediert avvisning (23-25). En in vitro-studie viste at bortezomib var i stand til å indusere apoptose i plasmaceller aspirert fra nyretransplanterte, mens rATG, rituximab og IVIG ikke klarte å forårsake apoptose (25). Behandling med bortezomib i konsentrasjoner som blokkerte antistoffproduksjon in vitro ble vist å redusere 20S-proteasom-kymotrypsinlignende peptidaseaktiviteten signifikant. To pasienter tok benmargsbiopsier under akutt humoral avvisning, en uke etter bortezomib og ett år senere, noe som viste at det totale antallet plasmacelle-allospesifisiteter sank i likhet med den totale prosentandelen av plasmaceller (25). Ikke alle antistoffer ble redusert av bortezomib hos disse to pasientene og de totale IgG-nivåene var uendret, likevel viste denne studien at bortezomib kunne redusere plasmaceller i benmargen.

Bortezomib er indisert for multippelt myelom hvor de ondartede plasmacellene er svært aggressive når det gjelder å produsere antistoff. Jo mer produktiv myelomcellelinjen er for å lage antistoffer, desto mer mottakelig for proteasomhemming (22). Ovennevnte litteratur om ikke-maligne plasmaceller avslører også at de er mottakelige for proteasomhemming med bortezomib, men i en rekke studier ble ikke visse immunglobulinfraksjoner redusert og de totale mengdene av immunglobulin var uendret. Plasmaceller er kanskje ikke like metabolsk aktive som deres ondartede motstykker. Det er noen bevis for at plasmaceller kan være i stand til å redusere immunglobulinsyntesen, og dette vil igjen gjøre dem mindre utsatt for proteasomal hemming (26). En ny undersøkelse av immunglobulinhomeostase avslører en potensiell behandling for å øke følsomheten for bortezomib.

Immunoglobulinhomeostase oppleves i stor grad å være resultatet av plasmacelleproduksjon og deretter FcRn-mediert resirkulering i endotelcellene. Antistoff som ikke kombineres med FcRn i endosomet til endotelcellen blir deretter degradert mens antistoff som kombineres resirkuleres tilbake til det interstitielle rommet (27). Konseptet om at IgG ikke har en negativ tilbakekoblingssløyfe til plasmacellen støttes av data fra forsøksdyret og mennesker (28,29). Klinikere observerer imidlertid pasienter som "rebounder" etter plasmaferese med nivåer av antistoff som var like høye eller høyere enn før plasmaferese, og dette førte til konklusjonen at det var en negativ tilbakekoblingssløyfe (30,31). Rebound-fenomenet ble bortforklart som retur av antistoff fra periferien og økt resirkulering av FcRn-reseptorer (28). Reguleringen av proteinsyntesen i plasmacellen har fått ny oppmerksomhet og styres av et komplekst system av tilbakemeldingssløyfer som involverer endoplasmatisk retikulumstress og mTOR-signalering (32).

Nyere undersøkelser av mekanismen til intravenøs immunglobulin, IVIG, gir ytterligere innsikt i mulig forklaring på en negativ tilbakekoblingssløyfe til plasmaceller. IVIG i den kliniske litteraturen antas å virke på en rekke veier, inkludert anti-idiotypiske antistoffer, hemming av cytokin-genaktivering, anti-T-cellereseptoraktivitet, anti-CD4-aktivitet, stimulering av cytokinreseptorantagonister, hemming av komplementaktivitet og Fc-mediert interaksjoner med antigenpresenterende celler for å blokkere T-celleaktivering (33). Nyere arbeid avslører at disse mekanismene muligens er feilaktige. Studier på barn med ITP i 1993 viste at infusjon av Fc-fragmenter ga de antiinflammatoriske egenskapene (34). De antiinflammatoriske egenskapene til IVIG kan nå tilskrives Fc-sialylering av IgG (35-37). Immunoglobuliner er glykoproteiner og en enkelt N-bundet glykan finnes ved Asn297 i Fc-domenet. Dette kovalent koblede komplekse glykanet er sammensatt av et biantennært heptapolysakkarid som inneholder N-acetylglukosamin og mannose og to terminale sialinsyrerester (35). Ytterligere modifikasjoner av denne karbohydratstrukturen er vanlige og over 30 forskjellige glykaner er identifisert på dette ene stedet og glykosylering av IgG er obligatorisk for FcγR-binding. Den totale antiinflammatoriske aktiviteten til IVIG avhenger av sialyleringen av IgG Fc-fragmentene, og dette representerer bare 5 % av IgG-massen. Den lille mengden sialylert IgG i IVIG forklarer hvorfor store doser kreves for dets antiinflammatoriske effekter, mens mye lavere doser kreves for å behandle hypogammaglobulinemi. Plasmaferese, ved å redusere sialylert IgG, kan føre til oppregulering av antistoffsyntese i plasmaceller og gjøre dem mer mottakelige for bortezomib.

Indekspasienten behandlet med en protokoll som ligner på denne, pasienten hadde effektiv sletting (< 5000MFI) av alle antistoffene detektert av LABScreen, inkludert klasse II-antistoffene som før dette hadde vært vanskelig å fjerne. Ved å bruke de mye strengere kriteriene < 1000 MFI, hadde indekspasienten bare ett gjenværende antistoff over 1000 ved slutten av 3 sykluser av bortezomib-behandlingsfasen. Pasienten var unik blant kasusrapportene om terapier for antistoffmediert avvisnings- og desensibiliseringsterapi ved at alle pasientens antistoffer gikk dramatisk ned og den totale mengden løselig antistoff sank til det punktet hvor pasienten trengte IVIG for erstatningsterapi. Hvis dette resultatet er reproduserbart og protokollen har tilstrekkelig sikkerhet, kan disse resultatene ha viktige konsekvenser innen transplantasjon og autoimmun sykdom. Autoantistoff-medierte sykdommer kan nå ha potensiale for kur hvis det immunologiske minnet til de inciterende epitopene blir slettet.

Det er umulig å studere disse medikamentene i den vanlige metoden for ett medikament om gangen gitt den overflødige naturen til immunologisk hukommelse. Den potensielle risikoen ved protokollen er bare akseptabel på grunn av behovet for å utvikle en effektiv terapi for en livstruende situasjon. Denne protokollen er i tråd med kriteriene som er belyst av FDA i den nylige New England Journal of Medicine-artikkelen, "Development of Novel Combination Therapies" (38). Artikkelen beskriver hovedsakelig kombinasjonsbehandlinger for kreftforsøk; De tematiske komponentene i dokumentet gjelder imidlertid for IND 110875.