TransplantasjonsimmunologiHLA-antigenerHLA-antistofferHLA-matching

vedTorbjørn Leivestad

pensjonert overlege fraImmunologisk Institutt (IMMI)

Cosmas & Damian Det var enklere den gang kirurger var helgener og sykepleierne hadde englevinger!

Legenden om den første transplantasjon

Transplantasjonshistorie (nyre)• 1902: Ullmann (Wien): Hund• 1902: Ullmann (Wien): Gris til menneske• 1933: Voronoy (Sovjet): Menneske• 1954: Murray (Boston): Menneske (eneggede tvillinger)

• 1956: Efskind (RH): Første nyre-tx i Norden• 1963: Første vellykkede nyretx i Norge (Ullevål sh.)• 1969: Organisert nyretx-progam i Norge. • 1969: Scandiatransplant - organutveksling.

Verdens første vellykkedenyretransplantasjon ble utført 23.12 1954 av Merrill, Murray og Harrison på Peter Bent Brigham Hospital, Boston

Giver og mottaker var eneggede tvillinger!

(Murray fikk Nobelprisen imedisin i 1991)

Ole Jacob Malm transplanterer en hudlapp fra pas. på sin underarm. Hudlappen blir avstøtt.

Deretter transplanteres en hudlapp fra mor og far. Dag. 0

Avstøtt hudlapp fra pas.

Resultatet på dag 9: Morens hudlapp avstøtes først, den ligner mest på sønnens!

→ Mor og pasient var likere hverandre enn far og pasient (HLA vevstypet senere: Ingen påvisbar HLA uforlikelighet mellom mor og pasient)

(med de metoder som da fantes)

MALM’S KONKLUSJON:

Induksjonsfase

CD8+T

CD4+T

B

Res.APC

Plasma-celle

TxAPC

CD4+T

Makro-fag Fc

C

IL2

IL2

IL4

IFN

B

B

T

T

T

CD4+T CD8+

T

AktiveringProliferasjon

Effektorfase

Humoral immunrespons

Cellulær immunrespons

Immunrespons ved organtransplantasjon

10

Aktørene - 1

T-celler (T-lymfocytter)

Dannes i benmarg

Modnes i thymus (derfor T-celler)

Sirkulerer i blod og lymfe

Overvåker celleoverflater med spesifikk reseptor

Kan drepe celler

Kan hjelpe B-celler

Produserer cytokiner (IL2, IL4, TNF, IFN m.fl.)

Aktørene - 2

B-celler (B-lymfocytter)

Dannes i benmargenModnes i lymfoid vev (Bursa Fabricius hos fugl)

Avhengige av T-cellehjelp (bl.a. IL4)

Produserer antistoff (immunglobulin)

Har immunglobulin i cellemembranen

Overvåker både celleroverflater og ekstracellulært

Kan bli plasmaceller (som lever og produserer lenge!)

TMHC

TCR

APC

B

Anti-gen

Ig-receptor

T celler overvåkerdet intra-cellulæremiljø

B cellerovervåkerdetekstra-cellulæremiljø

Overvåkningsfunksjonen

THLATCR

APC

B

Anti-gen

Ig-reseptor

HLA-molekyler sitter på celleoverflatene HLA-molekyler presenterer peptider (fra

cellens indre) for T-celler

”T-celle skolen” (i thymus)

Dreper T-celler med reseptor som binder seg til:

• egne HLAmolekyler

• egne HLAmolekyler med egne peptider

Lar T-celler dø hvis de:

• ikke har noen affinitet til egne HLA-molekyler

Sender ut i sirkulasjon celler som:

• har litt affinitet til egne HLA-molekyler

• og kan reagere på eget HLA med fremmed peptid

Litt ”barnelærdom”om antigener og antistoffer

• Antigen: ”stoff” som det kan dannes antistoff mot -”-: ”stoff” som antistoff kan bindes til

Oftest protein/peptid, evt karbohydrat

f.eks: HLA-molekyler, blodgruppemolekyler

• Antistoff: globulin produsert som svar på antigen

Produseres av B-celler og plasmaceller

Noen Ig. binder komplement når de binder seg til overflate med antigener – dreper målceller.

Opprinnelig HLA-typing: Serologi

Basert på testing av sera fra multipara og transfunderte (J Dausset, JJ van Rood, R Payne, mfl. & E Thorsby)

Lette etter serum som reagerte med noen og ikke alle

Lette etter personer hvis celler bandt noen og ikke alle

Planlagt immunisering -> sera som ytterligere delte opp (MH, Li, FJH, Ups etc)

Store internasjonale workshops: definerte og satte navn på nye HLA-antigener

Dvs: sirkeldefinisjon av antigen og antistoff -> system

A

AB

B

AB

2-microglobulin

ACB

DR

DQ

DP

HLAklasseII-gener

HLAklasseI-gener

HLA klasse I-molekyler

HLA klasse II-molekyler

HLAklasseIII-gener

TNFC2HSPC4

ro

mos

om n

r. 6

Peptid-bindendegrop

Peptid-bindendegrop

Cellemembran

HLA-molekylene sitter på celleoverflatene, HLA-genene er i kromosom nr 6 (korte arm).

HLA-typing; teknikker

Serologisk teknikk

Typer overflatemolekyler ved hjelp av antistoffer.

Forutsetter levende celler. Arbeidskrevende.

Begrenset oppløselighet, begrensede typesera.

Genomisk teknikk

Typer overflatemolekyler via deres DNA-kode

Ikke avhengig av levende celler. Kan automatiseres.

Stor oppløselighet, men problem med tvetydigheter.

Til begge ønskes ACD-blod

Om HLA-antistoff og HLA-molekyl:Er det så enkelt som dette ?

HLA-A1 HLA-A2 HLA-A3

anti-HLA-A1

A 1

A 2

A 3

B 8

anti-HLA-A1

Nei !Hvert HLA molekyl har mange epitoper

Antistoff-spesifisitet for ”epitoper”, ikke for hele HLA-mol. Derfor kan immunisering mot ett HLA gi antistoff mot mange HLA-typer!

Epitoper kan være felles for få eller mange HLA-molekyler.

Men det gir også muligheter:

Donor: B18

Pasient: B7

Tenk dere: vi har en pasient som trenger ny nyre, og han har mulig donor som bare har ett fremmed HLA:

Dette ser jo ikke så lovende ut – her er jo en masse fremmede epitoper på det fremmed HLA-molekylet og rikelig med immuniseringsmuligheter

Men det gir også muligheter:

Donor m.m

B18

Patient: B7

B52

A33

Alle epitopene på det fremmede HLA-molekylene finnes på et eller flere av pasientens egne HLA-molekyler: “Akseptabel mismatch”

Antistoffer og organtransplantasjon

ABO-antistoffer:

Unngå uforlik (A og B kan få O, AB kan få alt, O bare O)

HLA-antistoffer:

Screening for HLA-antistoff hos pasientene

Unngå uforlikelige HLA-antigener hos donor

Crossmatch (pas. serum mot donors lymfocytter)

T celle memory:

Unngå gjentatt mismatch

”Crossmatch” = serologisk forlikelighetstest

Crossmatch: pasient mot giver, ”en-til-en”

Donors celler (levende!) utsettes for pasientens serum med tilsatt komplement

• Donors T-lymfocytter (HLA-A, -B, -C)

• Donors B-lymfocytter (HLA-A,-B,-C,-DR,-DQ,-DP)

Resultat:

Celler drepes: Positiv crossmatch – NEI !

Celler drepes ikke: Negativ crossmatch – OK!

Screening vs Crossmatch

Crossmatch: pasient mot giver, ”en-til-en”

Screening = ”Crossmatch mot mange”

med samme eller med forskjellige teknikker:

CDC (levende celler) – ”Gullstandard”

PRA: CDC-basert, PRA% = andel av potensielle donores som vil gi positiv crossmatch!

Solid phase (rensede HLA-antigener): Luminex

A1

A2

B7

B8

Cw3

Cw6

Hvis antistoff bindes til denne cellen:

Hvilket / hvilke HLA molekyler bandt det seg til?

A2

A2

A2

A2

A2

A2

Da kan man finne ut hvilke kuler som har bundet antistoff, dvs. hvilke antistoffspesifisiteter er i serum

Luminex-kule, med kun en type HLA-molekyler pr. kule, og hvor alle kuler kan identifiseres på annen måte

PAS: A2; B44, 51 (Bw4)

B1 A1 B1 A1 B1 B3 B4 B5 A B C A

126 81 476 851 276 506 23 34 43 13 18 3

HLA-komplekset;kromosom 6

Alleler (mars 2007) Genloci

2-m

DP DQ DR B C A Serie

HLA molekyler Svært mange allele varianter = svært polymorfe

Alle kjerneholdige celler APC: DC, MΦ, B

Klasse IKlasse II

Hvordan finner vi en HLA forlikelig giver?

• Det er lettest i familien: 25% av alle søsken har arvet nøyaktig de samme HLA vevstypene fra sine foreldre= HLA identiske.Utnyttes ved nyre- og stamcelletransplantasjoner

• Det er mye vanskeligere å finne en HLA forlikelig ubeslektet giver:- det er tusenvis av forskjellige HLA vevstyper i befolkningen!

MorFarA3,B12,DR4,DQ3

A9,B18,DR8,DQ4

A1,B8,DR3,DQ2

A2,B7,DR2,DQ6

A1,B8,DR3,DQ2

A3,B12,DR4,DQ3

A1,B8,DR3,DQ2

A9,B18,DR8,DQ4

A2,B7,DR2,DQ6

A2,B7,DR2,DQ6

A3,B12,DR4,DQ3

A9,B18,DR8,DQ4

Barn 1(Ola)

Barn 3 og 5(Nils og Hans)

Barn 2(Kari)

Barn 4(Trine)

HLA-Haplotyper

En HLA-haplotype = det sett av HLA-egenskaper som arves samlet. Vi snakker bare om haplotyper innen biologisk slektskap!

HLA genene nedarves samlet i familien - i HLA haplotyper

Hvordan finner vi en HLA forlikelig giver?

• Det er lettest i familien: 25% av alle søsken har arvet nøyaktig de samme HLA vevstypene fra sine foreldre= HLA identiske.Utnyttes ved nyre- og stamcelletransplantasjoner

• Det er mye vanskeligere å finne en HLA forlikelig ubeslektet giver:- det er tusenvis av forskjellige HLA vevstyper i befolkningen!

B1 A1 B1 A1 B1 B3 B4 B5 A B C A

126 81 476 851 276 506 23 34 43 13 18 3

HLA-komplekset;kromosom 6

Alleler (mars 2007) Genloci

2-m

DP DQ DR B C A Serie

HLA molekyler Svært mange allele varianter = svært polymorfe

Alle kjerneholdige celler APC: DC, MΦ, B

Klasse IKlasse II

Induksjonsfase

CD8+T

CD4+T

B

Res.APC

Plasma-celle

TxAPC

CD4+T

Makro-fag Fc

C

IL2

IL2

IL4

IFN

B

B

T

T

T

CD4+T CD8+

T

AktiveringProliferasjon

Effektorfase

Humoral immunrespons

Cellulær immunrespons

Immunrespons ved organtransplantasjon

Avstøtning (rejeksjon)

Immunologisk betinget organskade:

Hyperakutt rejeksjon:

Skyldes preformert antistoff (ABO, HLA); innen 1 døgn

Ab. + komplement -> endotelskade + plateaggregasjon

Akutt rejeksjon:

Akutt episode, dager/uker, (ved sene: medikamentsvikt?)

T-celle-mediert, + antistoff (nytt eller ’boostret’)

Kronisk rejeksjon:

Snikende - etter måneder/år. T-celler? Antistoff? Annet??

Hvordan unngå avstøtning (immunologisk angrep):

Cellefritt transplantat (matrix)

Ikke-vaskularisert område (f.eks. cornea)

Genetisk identiske (isotransplantasjon)

Indusere toleranse

Hvordan redusere risiko for avstøtning:

Oppnå best mulig HLA-forlikelighet (unngå HLA-uforlik)

Medikamenter som undertrykker immunrespons

Unngå avstøtning ?

Immunsuppresjon

Uspesifikk - hemmer all immunrespons

Ikke-selektive, hemmer mer enn immunapparatet: bestråling, cytostatica, corticosteroider

Selektive, hemmer fortrinnsvis immunapparatet: Cyclosporin/Tacrolimus, mycofenolat, rapamycin, anti-lymfocytt antistoffer, FTY mfl.

Kombinasjoner for mer effekt med mindre bivirkn.

I prinsippet livslang medikasjon.

Patient and graft survival after first renal transplantation, 2000-2010

0102030405060708090

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Years

% S

urv

ival

LD PS

LD GS

DD PS

DD GS

TL 10.11

1 2 3 4 5 6 7 8

60

70

80

90

100

Survival of first LD renal graftsBy HLA-haplotype match. 2000-2009

Gra

ft S

urv

ival

%

TL 11.10Years

Unrelated N=193

ID-SIBL. N= 77

One Haplo N=468

Two, Relat. N= 56

1 2 3

10

20

30

40

50

Cumulated risk of rejection episodesFirst LD renal graft, by haplotype match. 2000-2009

Months TL 11.10

Unrelated N=193

ID-SIBL. N= 77

One Haplo N=468

Two, Relat. N= 56

Cu

mu

late

d r

isk

%

1 2 3 4 5 6 7 8

60

70

80

90

100

Survival of first renal graftsBy donor source and match. 2000-2009

TL 11.10

DD 0 DR N=616

DD 1-2 DRN=655

ID-SIBL. N= 77

1 Haplo N=468

2 Haplo N=249

Gra

ft S

urv

ival

%

Years

12 24 36 48 60

60

70

80

90

100

Gra

ft S

urv

ival

%Survival of first renal DD grafts.

By HLA-DR match, 2000-2009

1 DR mm N=589

2 DR mm N= 66

0 DR mm N=616

TL 11.10Months

1 2 3

10

20

30

40

50

TL 11.10Months

Cumulated risk of rejection episodesFirst DD-tx , by HLA-DR match. 2000-2009

Cu

mu

late

d r

isk

%

1 DR mm N=589

2 DR mm N= 66

0 DR mm N=616

0 DR vs. 1 DR : p<0.0001

Death

Rejec

Non-func

Vasc.

Urol

Recurrent

Other

Within first year After first year

Cause of renal graft loss. Patients transplanted 1989-2007; Norway.

TL 05.08

Dårlig HLA-match kan føre til:

• Økt risiko for akutt rejeksjon.

• Økt risiko for steroidresistent rejeksjon.

• Større ”immunsuppressiv load”.

• Økt risiko for tapt transplantat.

• Økt behov for re-transplantasjon.

• Økt problem med å finne akseptabelt graft. (PRA, gjentatt mismatch)

• Økt risiko for død.

Minstekrav ?

ABO-forlikelighetmen mulighet for tx etter forbehandling

HLA-forlikelighetJo færre uforlik, jo bedre

Ingen minstekrav

Antistoff mot donor (”DSA”)Negativ CDC-crossmatch – evt etter forbehandling

DSA med negativ CDC-crossmatch: mer immunsuppresjon

Tx-immunologisk utredning

• ABO-typing (x2)

• HLA-typing x2 av pas. og evt. levende giver. Antistoffscreening (’PRA’) ved hver HLA-typing

• PRA-screening hver 3. mnd på venteliste

• Crossmatch mot aktuell LD x 2

• Crossmatch mot CD: inntil 3 mndr. gammelt (lagret) serum, i nytt serum hvis re-tx, tidl. påvist antistoff eller transfusjon

HUSK i allefall dette!

HLA-antigener sitter på celler, derfor må vi til HLA-typing ha ACD-blod (antikoagulert!) dvs. blod med ikke-klumpede celler!

HLA-antistoffer finnes i serum, derfor må vi til screening & crossmatch ha serum/fullblod av pas.

Crossmatch: har pasienten HLA-antistoff mot potensiell donors HLA-antigener?

Altså: Serum fra pasient, ACD-blod fra donor!