研究揭示了移植排斥和新药开发目标的新见解

辛辛那提——想象一下，有一天，尿液测试可以准确地告知医生肾移植患者出现器官排斥的原因，并建议专门解决该问题的最佳药物。

得益于一系列出色的单细胞分析，这一天离现实又近了一步，这些分析确定了迄今为止肾移植排斥反应最具体的细胞特征。该研究结果于2023 年 5 月 25 日详细发表在JCI 临床研究杂志上。

该研究结果反映了辛辛那提儿童医院和辛辛那提大学医学院专家领导的八年团队合作，以及圣母大学和诺华研究人员的贡献。

辛辛那提儿童医院免疫学研究生项目和医学科学家培训项目的医学博士/博士生 Tiffany Shi 是第一作者。资深合著者包括辛辛那提儿童医院免疫生物学部临时主任 David Hildeman 博士和加州大学医学院外科教授兼研究外科教授 E. Steve Woodle 医学博士。希尔德曼和伍德尔共同领导辛辛那提儿童医院移植免疫学中心。

“几十年来，阻止排斥事件的可用治疗方法没有太大变化。这些细胞特征为建立一套全新的抗排斥疗法打开了大门，”希尔德曼说。

“采用精准医学方法来治疗器官排斥有可能显着减少排斥对移植器官造成的威胁，”伍德尔说。“还需要更多的后续研究，但这些发现的影响不仅限于肾移植，还可能适用于肝脏、肺移植等。”

10% 的接受者出现器官排斥反应

肾移植是最常见的器官移植形式;在因糖尿病、感染、损伤和其他因素导致器官衰竭后提供。根据器官共享联合网络 (UNOS) 的数据，2022 年，各地的外科医生进行了 25,498 例肾移植手术。

过去30年来，逐渐的改进使得肾移植的持续时间更长，现在活体捐献肾脏的“半衰期”超过20年，死者捐献器官的“半衰期”接近12年。

“对于老年人来说，这些存活率反映了相当长的时间，”希尔德曼说。“但对于年轻人和儿童来说，需要第二次移植的可能性仍然很高。”

然而，一旦肾移植受者经历急性排斥反应，许多人就会失去移植肾并在 1-3 年内恢复透析。此外，一旦患者的免疫系统排斥一种器官，就更有可能排斥第二次移植。

不幸的是，可用于有效治疗排斥反应的工具——皮质类固醇和抗淋巴细胞球蛋白——60多年来基本上没有变化。多年来积累的证据表明，这些治疗方法不能充分或不完全地治疗排斥反应。

一次一个细胞发现线索

在这项新研究中，研究人员使用强大的单细胞基因组分析技术，精心比较来自遭受急性细胞排斥的移植肾的活检样本。这些研究还比较了常用维持性免疫抑制剂(他克莫司)和两种较新的替代药物(贝拉西普和艾斯卡利单抗)下发生的排斥反应。

该分析非常详细，以至于该团队能够追踪导致排斥损伤的特定细胞群内基因表达的变化，作者将其称为同种异体特异性 CD8 扩增 T 细胞克隆 (CD8 EXP )。

研究人员表示，这项研究首次将单细胞 RNA 分析与单细胞 T 细胞受体 (TCR) 分析相结合来探索急性肾移植排斥反应。

“我们所做的事情的力量来自于能够在单细胞水平上观察细胞。我们可以专门研究那些导致排斥反应的细胞，并且我们可以观察当 T 细胞改变对不同药物的反应时，排斥反应如何随时间变化。”Shi 说。

Woodle 将 CD8 EXP细胞描述为排斥反应中的“矛尖”。

这项工作揭示了三个主要发现：

首先，研究表明，即使急性排斥反应停止，治疗通常也不够彻底，无法消除所有克隆自身以攻击移植物的 T 细胞。在某些情况下，敌对 T 细胞在抗排斥治疗后仍持续存在数月。

这表明，以前认为是完全独立的多次拒绝事件实际上可能是一次更长的闷烧拒绝事件。解决初始治疗中潜伏的克隆 T 细胞可能需要改进的测试技术并采用更一致的实践标准。

其次，研究小组发现了大约 20 种 CD8 EXP T 细胞“克隆型”(可能有数千种)，它们可以自我繁殖，对移植器官发起攻击。根据 T 细胞携带的受体，类型也有所不同。相对较少的克隆型数量让研究人员感到兴奋，因为这将使寻找潜在的新疗法来阻止移植排斥变得更容易。

通过研究这些稀有但有效的细胞，研究小组发现在排斥事件期间发生的独特细胞特征根据所使用的维持免疫抑制药物而变化。所涉及的不同基因提高了使用通常与治疗器官排斥无关的其他药物作为针对特定情况的新武器的可能性。

例如，该团队最近还报告成功使用一种名为依维莫司的 mTOR 抑制剂来帮助未从贝拉西普治疗中受益的患者，但当涉及他克莫司治疗时，该药物似乎没有提供类似的益处。这项工作促成了目前正在进行的一项由 Woodle 领导的临床试验，该试验用贝拉西普和依维莫司治疗患者以维持免疫抑制。

第三，在尿液样本中也可以检测到引起排斥反应的相同 T 细胞类型。

为什么尿液检查很重要

目前，获得移植肾排斥的关键细节需要收集组织活检，这是一种需要前往医院的外科手术。随着时间的推移进行多次活检来跟踪治疗结果不仅费用昂贵，而且对患者来说也存在潜在风险。

然而，尿液测试可以以非侵入性的方式更频繁地收集，并且可能不会带来去医院的不便。除了直接支持患者护理之外，可行的尿液检测还有助于加快评估新的抗排斥治疗方案所需的研究工作。研究还表明，在排斥器官中发现的CD8 EXP T 细胞也存在于尿液中。

希尔德曼说：“这一发现表明，简单的尿液检测可以替代更具侵入性的肾移植活检，从而使患者更安全、更容易地监测排斥治疗的有效性。”

实现实用的临床尿液检测的关键挑战是建立一个可以在 48 小时内产生检测结果的流程，而不是本研究中使用的以研究为重点的流程，后者需要几个月才能完成。

获奖演讲

作为第一作者，施在 6 月 3 日至 7 日在圣地亚哥举行的移植大会年度科学会议 ATC2023 上展示了这项研究的结果。施的演讲获得了“人民选择奖”，这意味着它被 5,000 多名与会者评选为会议的最佳全体演讲。

施还获得了青年研究者奖，辛辛那提儿童医院和加州大学的其他几位研究人员也在此次活动中获得了殊荣。