Elin- ja kudossiirrot Petri Koskinen, Antti Nykänen, Jussi Tikkanen, Roope Sihvola, Rainer Krebs ja Karl Lemström Krooninen hyljintäreaktio on johtava kuolinsyy sydämen- ja keuhkonsiirron jälkeen ja merkittävä munuaissiirteen menetykseen johtava tekijä. Kroonisen hyljinnän tärkein ilmentymä on verisuonten seinämän paksuuntuminen eli arterioskleroosi. Muita ilmentymiä ovat parenkyymin sidekudoksen lisääntyminen ja usein aivan verisuonten lähelle paikantuva lievä tulehdusreaktio. Keuhkonsiirroissa kroonisen hyljinnän erityispiirre on pienten ilmateiden tukkeutuminen eli obliteroiva bronkioliitti, maksansiirroissa katoava sappitieoireyhtymä ja munuaisensiirroissa siirteen munuaiskeräsmuutokset. Nykykäsityksen mukaan keskeisenä mekanismina on siirteen jatkuva vaurioituminen ja sitä seuraava korjausreaktio. Alustavien tutkimustulosten mukaan sileälihassolu- ja verisuonikasvutekijöillä on keskeinen asema tässä korjausreaktiossa, joka johtaa verisuonten tukkeutumiseen ja siirteen menetykseen. Kroonisen hyljinnän hoitoon ei ole toimivaa täsmähoitoa. Krooninen hyljintä on merkittävin elinsiirtojen pitkäaikaistuloksia heikentävä tekijä. Sydämensiirroissa kroonisen hyljinnän esiintyvyys on 3 5 vuoden kuluttua siirrosta noin 42 % sepelvaltimoiden varjoainekuvausten perusteella arvioituna. Kaikissa menetetyissä sydänsiirteissä kroonisen hyljinnän merkit ovat todettavissa jo vuoden kuluttua siirrosta (Johnson ym. 1989, Taylor ym. 2003). Krooninen hyljintäreaktio on johtava kuolinsyy sekä sydämenettä keuhkonsiirtopotilailla ensimmäisen vuoden jälkeen. Myös munuaisensiirtopotilailla krooninen hyljintä on merkittävä siirteen menetykseen ja dialyysihoitoon johtava tekijä. Kuitenkin ennustetaan, että Suomessa vuoden toimineista munuaissiirteistä joka toinen toimii vielä yli 20 vuoden kuluttua siirrosta. Kroonisen hyljinnän lisäksi toinen merkittävä elinsiirtojen tuloksia huonontava tekijä on kardiovaskulaarikuolleisuus, jota lisäävät mm. munuaissiirteen vajaatoiminta ja hyljinnänestolääkkeet. Yritettäessä parantaa elinsiirtojen pitkäaikaisennustetta huomio on kohdistettava sekä kroonisen hyljinnän että kardiovaskulaarisairauksien riskitekijöihin ja patogeneesiin. Kroonisen hyljinnän tärkein ilmentymä on verisuonten seinämän paksuuntuminen eli arterioskleroosi. Sen tunnuspiirteitä sydänsiirteessä ovat verisuonten seinämän tulehdusreaktio, endoteelisolujen toimintahäiriö, sileälihassolujen kertyminen suonen sisäkerrokseen eli intimaan ja tämän paksuuntuminen. Intiman paksuuntuminen on konsentrista ja käsittää koko sepelvaltimopuuston aina pienimpiä haaroja myöten toisin kuin tavanomaisessa ateroskleroosissa. Lisäksi intima paksuuntuu sydänsiirteessä paljon nopeammin kuin tavallisessa sepelvaltimotaudissa. Kroonisen hyljinnän tyypillisiä ilmentymiä verisuonimuutosten ohella ovat parenkyymin sidekudoksen lisääntyminen eli fibroosi ja usein aivan verisuonten lähelle paikantuva lievä tulehdusreaktio. Tässä katsauksessa keskitymme sydänsiirteen sepelvaltimotaudin kehittymiseen, mutta samat verisuonia ahtauttavat mekanismit ovat muidenkin elinsiirteiden kroonisen hyljinnän taustalla Duodecim 2004;120:1401 9 1401
Taulukko 1. Kroonisen hyljinnän ilmeneminen ja yleisyys elinsiirroissa. Elin Tulehdus Verisuoni- Fibroosi Elinkohtaiset Esiintyvyys muutokset muutokset 5 v siirrosta (%) Keuhko +++ ++ ++ tukkeava bronkioliitti 50 60 Sydän ++ ++ ++ kardiomyopatia 40 50 Munuainen ++ ++ ++ glomerulopatia, tubulusatrofia 20 30 Maksa + ++ ++ katoava sappitie -oireyhtymä 5 10 (Pucci ym. 1990, Libby ja Pober 2001). Keuhkonsiirroissa kroonisen hyljinnän erityispiirre on pienten ilmateiden tukkeutuminen eli obliteroiva bronkioliitti, maksansiirroissa katoava sappitieoireyhtymä ja munuaisensiirroissa siirteen munuaiskeräs- ja tubulusmuutokset (taulukko 1). Kroonisen hyljinnän riskitekijät Kroonisen hyljinnän riskitekijät voidaan jakaa immunologisiin ja ei-immunologisiin. Tärkein immunologinen riskitekijä on akuutti hyljintäreaktio, jonka riski kasvaa, jos siirteen ja vastaanottajan kudosyhteensopivuus on huono, vastaanottajan veressä on runsaasti HLA-vastaaineita tai immunosuppressio on heikko. Ei-immunologisiin riskitekijöihin luetaan luovuttajan aivokuolemamekanismit, iskemia-reperfuusiovaurio, sytomegalovirusinfektio ja klassisen sepelvaltimotaudin riskitekijät verenpaine, diabetes, kolesteroli ja tupakointi (Tullius ja Tilney 1995). Kroonisen hyljinnän patogeneesi Kroonisen hyljinnän mekanismia ei edelleenkään tunneta tarkasti, sillä tilan syntyyn kuuluu satojen vaikuttajageenien aktivoituminen. Nykykäsityksen mukaan keskeisenä mekanismina on siirteen jatkuva vaurioituminen ja sitä seuraava korjausreaktio (response-to-injury) (Häyry ym. 1993). Sydänsiirteen verisuonten endoteeli aktivoituu luovuttajan aivokuoleman aiheuttaman sytokiinimyrskyn seurauksena jo ennen siirtoa, jonka jälkeen verisuonet vaurioituvat iskemia-reperfuusion ja hyljintäreaktion vaikutuksesta (Tullius ja Tilney 1995). Vaurioitunut endoteelisolukko ilmentää pinnallaan adheesiomolekyylejä ja isännälle vieraita antigeeneja houkutellen paikalle tulehdussoluja, kuten T-soluja ja makrofageja. Tulehdussolut hyökkäävät vieraaksi tunnistamaansa kudosta vastaan ja tuhoavat sitä (akuutti hyljintäreaktio). Tämän lisävaurion seurauksena endoteelisolut aktivoituvat ilmentämään lisää vieraita antigeeneja ja adheesiomolekyylejä, mistä seuraa noidankehä ja siirteen jatkuva vaurioituminen (Häyry ym. 1993). Vaurio johtaa paranemisprosessiin, jossa tulehdus- ja endoteelisolut erittävät sytokiineja ja kasvutekijöitä houkutellen sileälihassoluja suonen intimaan (kuva 1). Siellä sileälihassolut aktivoituvat, jakaantuvat ja erittävät kasvutekijöitä ja solunulkoista väliainetta, mikä johtaa intiman paksuuntumiseen (Libby ja Pober 2001). Aiemmin uskottiin intiman sileälihassolujen olevan peräisin valtimon media- eli keskikerroksesta. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että vastaanottajan luuydinperäiset kantasolut ja mahdollisesti muutkin solut voivat kulkeutua verisuonen seinämään ja osallistua intiman paksuuntumiseen (Hillebrands ym. 2003). Monet sytokiinit (tuumorinekroositekijä alfa ja interleukiini 1β) sekä kasvutekijät (verihiutalekasvutekijä PDGF), endoteelikasvutekijä (VEGF) ja angiopoietiini (Ang1), joita syntyy siirteen tulehdus- tai muissa soluissa, houkuttelevat kantasoluja luuytimestä verenkiertoon (Hattori ym. 2001). Kantasolut voivat kulkeutua verenkierron kautta siirteeseen ja lopulta vaurioituneen suonen seinämän läpi ja muodostavat uudissuonia, osallistuvat endoteelivaurion korjaukseen tai muuttuvat sileälihassoluiksi paksuntaen verisuonen seinämää. 1402 P. Koskinen ym.
Kuva 1. A) Seinämärakenteeltaan normaali sydänlihaksen sisäinen valtimo. B) Kroonisen hyljinnän aikana endoteelisolukerros vaurioituu immunologisin mekanismein ilmentäessään pinnallaan isäntäelimistölle vieraita kudos- ja muita antigeeneja tai iskemiareperfuusiovaurion, tulehduksen tms. vaikutuksesta. C) Vaurioitunut endoteelisolukko houkuttelee paikalle tulehdussoluja, kuten makrofageja ja T-soluja. D) Tulehdussolut erittävät monia vaikuttajamolekyylejä, kemo- ja sytokiineja, jotka aktivoivat endoteelisoluja ilmentämään vielä voimakkaammin vieraita antigeeneja ja solu-soluvälittäjäaineita, jotka ovat tarpeellisia tulehdussolujen liikenteessä suonen seinämän läpi. E) Aktivoituneet tulehdussolut ja endoteelisolut kykenevät erittämään tulehduksenvälittäjäaineita ja kasvutekijöitä, jotka johtavat sileälihassolujen kertymiseen suonen intimakerrokseen. F) Seurauksena on seinämästään konsentrisesti paksuuntunut valtimo. ET-1 = endoteliini 1, TNF-α = tuumorinekroositekijä alfa, VEGF = endoteelikasvutekijä, PDGF = verihiutalekasvutekijä 1403
Kroonisen hyljinnän lääkehoito Parenkyymielinsiirroissa hyljinnän eston peruslääkitys koostuu usein kolmen lääkkeen yhdistelmästä: kalsineuriinin estäjästä (syklosporiini, takrolimuusi), puriinin estäjästä (atsatiopriini, mykofenolaattimofetiili) ja glukokortikoideista. Kalsineuriinin estäjät salpaavat IL-2 -aktivaatiotien ja estävät T-solujen aktivaatiota ja jakautumista. Puriinin estäjät puolestaan salpaavat T- ja B-lymfosyyttien toimintaa. Taulukossa 2 on tiivistettyä tutkimustietoa eri lääkkeistä, jotka vähentävät verisuonimuutoksia kroonisessa hyljinnässä. Koe-eläinmalleissa riittävä immunosuppressio estää verisuonimuutosten kehittymisen (Koskinen ym. 1995), mutta immunosuppressiivisten lääkkeiden haittavaikutukset sekä niiden käyttöön liittyvä infektio- ja syöpäriski rajoittavat näiden käyttöä hoidossa, eikä käytettävissä ole toimivaa lääkeyhdistelmää kroonisen hyljinnän ehkäisemiseksi elinsiirtopotilailla. Uudemmat hyljinnänestolääkkeet sirolimuusi ja everolimuusi estävät immunosuppressiivisten vaikutustensa lisäksi myös sileälihassolujen proliferaatiota. Alustavissa tutkimuksissa sirolimuusilla ja everolimuusilla on hidastettu sydänsiirteen arterioskleroosin kehittymistä (Eisen ym. 2003, Mancini ym. 2003). Yhtenä mekanismina saattaa olla sileälihassoluproliferaation (Marx ym. 1995) tai kasvutekijöiden välityksellä tapahtuva esto (Guba ym. 2002). Muista lääkkeistä tavanomaiset sepelvaltimotautia ehkäisevät lääkkeet, kuten verenpainelääkkeet ja statiinit, ovat osoittautuneet tehokkaiksi myös sydänsiirteiden verisuonimuutosten estossa (taulukko 2). On kuitenkin huomattava, että statiinihoidolla voitiin vähentää merkittävästi myös keuhkonsiirtopotilaiden kuolleisuutta ja tukkeavaa bronkioliittia (Johnson ym. 2003). Fluvastatiinihoito on vähentänyt sydäntapahtumia munuaisensiirtopotilailla, ja alustavan tutkimuksen mukaan se saattaa myös parantaa munuaissiirteiden toimintaa (Holdaas ym. 2003, Konstadinidou ym. 2003). Eläinkokeissa statiinien kroonista hyljintää vähentävä vaikutus on ollut ainakin osin lipidipitoisuuksista riippumaton, joten statiinien ns. pleiotrooppisilla ominaisuuksilla (immunosuppressio, endoteelin toiminnan paraneminen, kantasolujen mobilisaatio) voi olla korostunut merkitys elinsiirtopotilailla. Myös mikrobilääkitys voi vähentää siirteen vauriota ja kroonisen hyljinnän kehittymistä. Esimerkiksi gansikloviiriprofylaksia vähentää sydänsiirteen sepelvaltimotautia potilailla, jotka ovat sytomegalovirusseropositiivisia tai saavat siirteen seropositiiviselta luovuttajalta (Grattan ym. 1989). Kroonisen hyljinnän koe-eläinmallit Kroonisen hyljinnän kliinistä tutkimusta vaikeuttavat pienet potilasmäärät ja pitkä aika, joka kuuluu kroonisen hyljinnän kehittymiseen. Lisäksi potilaat saavat usein lukuisia muita lääkkeitä immunosuppressiivisten lääkkeiden lisäksi, mikä entisestään vaikeuttaa tutkimuksia. Tämän vuoksi koe-eläinmallit ovat olleet keskeisessä asemassa kroonisen hyljinnän tutkimisessa. Olemme laboratoriossamme kehittäneet hiiren, rotan ja kaniinin sydämensiirtomallit (Koskinen ym. 1995, Lemström ym. 2002), joissa tehdään heterotooppinen sydämensiirto kahden kudostyypiltään erilaisen kannan välillä. Hoitamattomissa eläimissä sydänsiirre tuhoutuu akuutin hyljintäreaktion seurauksena viiden päivän kuluessa. Antamalla riittävän pieniannoksista syklosporiinihoitoa voidaan estää siirteen tuhoutuminen hallitsemattoman akuutin hyljintäreaktion vaikutuksesta, mutta sydänsiirteeseen kehittyy kroonisen hyljinnän merkit kahden kuukauden kuluessa siirrosta. Tällaisten sydänsiirteiden koronaaripuuston suonet ovat seinämiltään huomattavasti paksuuntuneet ja osittain tukkeutuneet kokonaan pienimpiä sydänlihaksen sisäisiä haaroja myöten. Paksuuntuneet verisuonten seinämät ilmentävät adheesiomolekyylejä, kuten P-selektiiniä ja VCAM-1:tä, ja ohjaavat tulehdussoluja, kuten makrofageja, CD4+- ja CD8+-T-lymfosyyttejä sekä syöttösoluja suonen seinämän läpi siirteeseen. Nämä tulehdussolut tuottavat monia sytokiineja ja kasvutekijöitä, jotka säätelevät sileälihassolujen jakaantumista verisuonen paksuuntuvassa seinämässä. Toisaalta suuriannoksinen syklosporiinihoito estää kaikki suonimuutokset rottamallis- 1404 P. Koskinen ym.
Taulukko 2. Kliiniset ja kokeelliset lääketutkimukset kroonisen hyljinnän verisuonimuutosten estämiseksi. Lääke Vaikutus Viite (kokeelliset tutkimukset kursivoituna) Immunosuppressantit Syklosporiini vähentää muutoksia rotassa Koskinen ym. 1995 veren pienet lääkepitoisuudet altistavat muutoksille Gamba ym. 1997 Everolimuusi vähentää muutoksia verrattuna atsatiopriiniin Eisen ym. 2003 Mykofenolaattimofetiili vähentää muutoksia rotan aortansiirtomallissa Räisänen-Sokolowski ym. 1995 Sirolimuusi vähentää muutoksia Goggins ym. 1996, Poston ym. 1999, Mancini ym. 2003 Muut ACE:n estäjät vähentää muutoksia Paul 2000 Angiotensiini II -reseptorin vähentää muutoksia Furukawa ym. 1996 salpaajat Kalsiuminestäjät vähentää muutoksia Atkinson ym. 1993, Schroeder ym. 1993 Gansikloviiri vähentää CMV-infektion kiihdyttämiä muutoksia rotassa, Lemström ym. 1997, Valantine ym. 1999 vähentää muutosten kehittymistä Gansikloviiri ja CMV-hyper- vähentää muutoksia tehokkaammin kuin pelkkä gan- Valantine ym. 2001 immunoglobuliini sikloviirihoito Statiinit (pravastatiini, vähentävät kuolleisuutta ja muutosten kehittymistä Kobashigawa ym. 1995, Wenke ym. 2003 simvastatiini) Imatinibi vähentää muutoksia rotalla ja kaniinilla Sihvola ym. 1999 ja 2003 samme, mikä viittaa akuutin hyljintäreaktion keskeiseen asemaan kroonisen hyljinnän kehittymisessä (Koskinen ja Lemström 1997, Koskinen ym. 2001, Lemström ym. 2002). Verisuonikasvutekijät ovat nousseet mielenkiinnon kohteeksi kroonisen hyljinnän ja sydänsiirteen arterioskleroosin kehittymisessä. Näiden kasvutekijöiden rooli kroonisessa hyljinnässä on ollut huonosti tunnettu. Havainnot restenoosin kehittymisestä ovat osoittaneet, että verisuonikasvutekijät suojaavat ja nopeuttavat verisuonten endotelisaatiota ja vähentävät ateroskleroosin kehittymistä (Asahara ym. 1995). Toisaalta verisuonikasvutekijöiden verisuonten läpäisevyyttä lisäävät ja tulehdussoluja houkuttelevat vaikutukset voivat lisätä arterioskleroosia kroonisessa hyljinnässä (Lemström ym. 2002). Verihiutalekasvutekijä PDGF on merkittävä sileälihassolujen jakaantumista välittävä kasvutekijä, jolla on myös angiogeenisia ominaisuuksia. PDGF:n ja sen reseptorien on kuvattu lisääntyneen suonen seinämän pallolaajennusvaurion jälkeen ja klassisessa ateroskleroosissa (Heldin ja Westermark 1999). Sydämensiirteen sekä kliinisessä että kokeellisessa kroonisessa hyljinnässä PDGF:ää esiintyy runsaasti sepelsuonten paksuuntuneissa seinämissä, erityisesti sileälihassoluista koostuvassa mediakerroksessa sekä sileälihassoluista ja tulehdussoluista koostuvassa intimakerroksessa (Zhao ym. 1995, Lemström ja Koskinen 1997). PDGF-signaaliaktivaatiotien salpaaminen tyrosiinikinaasin estäjällä imatinibilla estää sileälihassolujen kasvun ja migraation täysin. Kokeellisissa rotan ja kaniinin sydämensiirtomalleissa imatinibi on vähentänyt merkittävästi sydänsiirteen valtimoiden intiman paksuuntumista. Mielenkiintoista on, että imatinibi on vähentänyt myös vastaanottajan omien sepelvaltimoiden suonimuutoksia kolesterolidieetin aikana (Sihvola ym. 1999, ja 2003). Endoteelikasvutekijä VEGF VEGF säätelee sikiökautista verisuonten muodostusta ja on tavallisesti tarkan ohjauksen alainen (erinomainen katsaus: Lauren ja Alitalo 2000). Kehittyneessä verisuonessa se säätelee suonen läpäisevyyttä, supistumista, endoteelisolujen jakautumista ja apoptoosia, lisää adhee- 1405
siomolekyylien ilmentymistä endoteelisolujen pinnalla sekä houkuttelee tulehdussoluja suonen seinämään. Voimakkaimmin VEGF:n tuotantoa lisäävät hapenpuute ja endoteelivaurio (Brasen ym. 2001, Ferrara ym. 2003). VEGF:ää tuottavat verihiutaleet sekä sileälihas-, tulehdus-, endoteeli-, epiteeli- ja tuumorisolut. Sydämensiirtopotilailla seerumin VEGF-pitoisuus on suurentunut akuutin hyljintäreaktion aikana (Abramson ym. 2002), ja sydänsiirteessä VEGF:n määrä korreloi tulehdussolujen määrään (Reinders Jr. ym. 2003). Kokeellisissa sydämensiirtomalleissa akuutti hyljintäreaktio indusoi VEGF:n tuotantoa sydänlihas- ja tulehdussoluissa ja verisuonen seinämän VEGF-ekspressio korreloi intiman paksuuntumiseen (Lemström ym. 2002). VEGF:n vaikutuksen estäminen VEGFreseptorityrosiinikinaasin estäjällä (PTK787) on hidastanut sydänsiirteen verisuonten tukkeutumista rotalla. Toisaalta VEGF:n yli-ilmentäminen adenovirusvektorivälitteisesti on lisännyt suonimuutoksia kaniinissa (Lemström ym. 2002). Monissa tutkimuksissa, jotka ovat kohdistuneet pallolaajennukseen ja verisuonten mekaaniseen vaurioon VEGF on estänyt verisuonen seinämän paksuuntumista edistämällä endoteelisolujen elpymistä (Asahara ym. 1995). Miksi sitten VEGF on lisännyt kokeellisessa sydänsiirtomallissa arterioskleroosia? Vaikka VEGF ei suoraan aiheuta sileälihassolujen proliferaatiota, se voi lisätä sileälihassolujen migraatiota (Wang ja Keiser 1998, Grosskreutz ym. 1999). Se saattaa myös lisätä makrofagien hakeutumista sydänsiirteeseen (Barleon ym. 1996) ja endoteeli- ja sileälihassolujen kantamuotojen kulkeutumista luuytimestä siirteeseen (Hattori ym. 2001). VEGF on proinflammatorinen ja lisää adheesiomolekyylien kuten ICAM-1:n, VCAM-1:n ja E-selektiinin ilmentymistä endoteelisoluissa (Kim ym. 2001). Elinsiirron yhteydessä VEGF:n haitalliset vaikutukset siis näyttäisivät kumoavan sen hyödylliset vaikutukset. YDINASIAT Angiopoietiinit 1 ja 2 Angiopoietiinit 1 ja 2 ovat verisuonikasvutekijöitä, jotka säätelevät verisuonten kehittymistä ja kypsymistä ja ovat toistensa vastavaikuttajia. Verisuonten muodostuksessa Ang1 toimii kehittyvien suonten kypsymistä välittävänä tekijänä, kun taas Ang2 johtaa suonten regressioon. Ang1 vähentää verisuonten permeabiliteettia ja toisin kuin VEGF on vaikutukseltaan anti-inflammatorinen (Jones ym. 2001, Yancopoulos ym. 2000). Rotan sydämensiirtomallissa Ang2:n ja reseptorin Tie2:n ilmentyminen on lisääntynyt pienissä kapillaaritason suonissa. Adenovirusvektorivälitteisen Ang1-geeninsiirron on todettu suojaavan suonten tukkeutumiselta ja vähentävän sydänlihaksen tulehdusta ja fibroosia. Hyljinnän tulehdusvaste näyttää lisäävän Ang2:n ilmentymistä pienissä kapillaarisuonissa, joiden kautta tulehdussolut pääsevät kudokseen, kun taas Ang1 näyttäisi vähentävän suonten läpäisevyyttä ja tulehdusta (Nykänen ym. 2003). Lopuksi Krooninen hyljintä on tärkein elinsiirtojen pitkäaikaistuloksia heikentävä tekijä. Sen patobiologiaa ei tunneta tarkasti, ja siten sen estämiseen ei ole myöskään täsmähoitoa. Sydänsiirteessä kroonisen hyljinnän tärkein ilmentymä on suonten seinämän intimakerroksen sileälihassolujen kertymisestä johtuva konsentrinen paksuuntuminen, arterioskleroosi, joka käsittää Krooninen hyljintä tukkeuttavine verisuonimuutoksineen on merkittävin elinsiirtojen pitkäaikaistuloksia heikentävä tekijä. Nykykäsityksen mukaan keskeisenä mekanismina on siirteen jatkuva vaurioituminen ja sitä seuraava korjausreaktio, missä sileälihassolu- ja verisuonikasvutekijöillä on keskeinen asema. Kroonisen hyljinnän hoitoon ei ole toimivaa täsmähoitoa, mutta sen solu- ja molekyylitason tapahtumien selvittäminen voi avata uusia ulottuvuuksia esimerkiksi verisuonikasvutekijähoitojen muodossa. 1406 P. Koskinen ym.
Iskemiareperfuusiovaurio Alloimmuunivaste Sytomegalovirusinfektio Endoteelisoluvaurio / -aktivaatio MØ VEGFR-1 PDGFR-α/β VEGFR-1/2 VCAM-1 P-selektiini Ang2/Tie2 + VEGF Neovaskularisaatio +PDGF-B PC MHC luokan II SMC + VEGF EC VEGFR-2/CD34 IL-1 TNF-α PDGF (VEGF) + PDGF-B VERI Verisuoni INTIMA Kemotaksis +PDGF PDGF-B migraatio / proliferaatio IEL PDGFR-β SMC VEGFR-1 + PDGF-B MEDIA EEL Perivaskulaarinen tulehdus MØ PDGFR-α + IL-1 INF-α PDGF PDGF-A PC bfgf ADVENTITIA Tulehdussoluliikenne Kardiomyosyytti + VEGF / VEGFR-2 vuotava venuli VEGF Ang2/Tie2 + Ang1 -stabilisaatio Postkapillaarinen venuli Syöttösolu SYDÄNLIHAS Iskemiareperfuusiovaurio Alloimmuunivaste Kuva 2. Kroonisen hyljinnän etiologia on monitekijäinen. Keskeinen mekanismi on siirteen verisuonten tulehdusreaktio, joka johtuu isäntäelimistön valkosolujen hyökkäyksestä siirrettyä vierasta kudosta vastaan. Vaurion seurauksena endoteelisolut aktivoituvat erittämään tulehduksenvälittäjäaineita ja kasvutekijöitä, jotka puolestaan saavat aikaan suonen seinämän sileälihasssolujen aktivoitumisen, lisääntymisen ja kertymisen suonen intimakerrokseen. Siirteen vastaanottajan luuydinperäiset verisuonikantasolut voivat myös vaikuttaa verisuonen seinämän paksuuntumiseen. Verisuonikasvutekijät VEGF ja Ang1 mobilisoivat näitä kantasoluja luuytimestä verenkiertoon, mistä ne voivat edelleen hakeutua siirteeseen. VEGF mobilisoi VEGFR-2/CD34-kaksoispositiivisia verisuonikantasoluja luuytimestä verenkiertoon. Näiden solujen erilaistumista endoteelisoluiksi säätelee VEGF ja erilaistumista sileälihassoluiksi PDGF. VEGFR-1:n kautta välittyvät signaalit voivat lisäksi mobilisoida makrofageja luuytimestä siirteeseen. Siinä nämä tulehdussolut tuottavat monia välittäjäaineita, jotka suosivat angiogeneesiä ja arterioskleroosia. Krooniselle hyljinnälle ominaisen inflammaation aikana tulehdussolut siirtyvät verisuonista kudokseen kapillaarisuonten läpi. Myös tätä läpäisevyyttä verisuonikasvutekijät säätelevät muitten paikallisesti syntyneiden sytokiinien lisäksi. Ang = angiopoietiini, bfgf = fibroblastikasvutekijä, EC = endoteelisolu, EEL = lamina elastica externa, IL = interleukiini, IEL = lamina elastica interna, MØ = monosyytti-makrofagi, PDGF = verihiutalekasvutekijä, SMC = sileälihassolu, TNF = tuumorinekroositekijä, VCAM = adheesiomolekyyli, VEGF = endoteelikasvutekijä, VEGFR = endoteelikasvutekijäreseptori, PC = kantasolu, MHC = kudostyyppi. 1407
koko sepelvaltimopuuston pienimpiä haaroja myöten. Sileälihassolut voivat vaeltaa paksunevaan intimaan suonen mediakerroksesta tai olla peräisin verenkierrosta (kuva 2). Hematopoieettisten ja vaskulaaristen kantasolujen kulkeutumista verenkierrosta siirteeseen säätelevät verisuonikasvutekijät, joiden tuotanto lisääntyy siirteessä iskemia-reperfuusiovaurion ja hyljinnän tulehdusvasteen seurauksena. Kokeellisissa tutkimuksissa VEGF on lisännyt sydänsiirteen arterioskleroosia houkuttelemalla sileälihassoluja ja makrofageja siirteeseen. VEGF toimii myös angiogeneettisesti lisäten uudissuonten muodostusta siirteen paksunevien suonten seinämissä, tukien siten jatkuvaa soluproliferaatiota ja mahdollistaen tulehdussolujen tulon paikalle. Toisaalta VEGF:n endogeeninen vastavaikuttaja angiopoietiini 1 suojaa arterioskleroosilta sydänsiirteen kroonisessa hyljinnässä vähentämällä tulehdussoluvastetta siirteessä ja ehkäisemällä tai korjaamalla suonen seinämän endoteelisoluvaurioita. Estämällä verisuonikasvutekijöiden reseptoreiden toiminta on sydänsiirteen arterioskleroosia pystytty vähentämään dramaattisesti. Kroonisen hyljinnän aikaisten solu- ja molekyylitason tapahtumien selvittäminen luo uudet mahdollisuudet kehittää täsmälääkkeitä kyseisen sairauden ehkäisyyn ja hoitoon. On kuitenkin muistettava, että pelkästään verisuonen seinämässä aktivoituu satoja geenejä kroonisen hyljinnän kehittyessä ja haasteena on löytää keskeiset geenit ja aineet, joihin vaikuttamalla voitaisiin estää kroonisen hyljinnän ja arterioskleroosin synty. Verisuonikasvutekijät saattavat olla yksi tällainen kohde. Kirjallisuutta Abramson LP, Pahl E, Huang L, ym. Serum vascular endothelial growth factor as a surveillance marker for cellular rejection in pediatric cardiac transplantation. Transplantation 2002;73:153 6. Asahara T, Bauters C, Pastore C, ym. Local delivery of vascular endothelial growth factor accelerates reendothelialization and attenuates intimal hyperplasia in balloon-injured rat carotid artery. Circulation 1995;91:2793 801. Atkinson JB, Wudel JH, Hoff SJ, Stewart JR, Frist WH. Amiodipine reduces graft coronary artery disease in rat heterotopic cardiac allografts. J Heart Lung Transplant 1993;12:1036 43. Barleon B, Sozzani S, Zhou D, Weich HA, Mantovani A, Marme D. Migration of human monocytes in response to vascular endothelial growth factor (VEGF) is mediated via the VEGF receptor flt-1. Blood 1996;87:3336 43. Brasen JH, Kivelä A, Roser K, ym. Angiogenesis, vascular endothelial growth factor and platelet-derived growth factor-bb expression, iron deposition, and oxidation-specific epitopes in stented human coronary arteries. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2001;21:1720 6. Eisen HJ, Tuzcu EM, Dorent R, ym. Everolimus for the prevention of allograft rejection and vasculopathy in cardiac-transplant recipients. N Engl J Med 2003;349:847 58. Ferrara N, Gerber HP ja LeCouter J. The biology of VEGF and its receptors. Nat Med 2003;9:669 76. Furukawa Y, Matsumori A, Hirozane T, Sasayama S. Angiotensin II receptor antagonist TCV-116 reduces graft coronary artery disease and preserves graft status in a murine model. A comparative study with captopril. Circulation 1996;93:333 9. Gamba A, Mamprin F, Fiocchi R, ym. The risk of coronary artery disease after heart transplantation is increased in patients receiving lowdose cyclosporine, regardless of blood cyclosporine levels. Clin Cardiol 1997;20:767 72. Goggins WC, Fisher RA, Cohen DS, Tawes JW, Grimes MM. Effect of single-dose rapamycin-based immunosuppression on the development of cardiac allograft vasculopathy. J Heart Lung Transplant 1996;15:790 5. Grattan MT, Moreno-Cabral CE, Starnes VA, Oyer PE, Stinson EB, Shumway NE. Cytomegalovirus infection is associated with cardiac allograft rejection and atherosclerosis. JAMA 1989;261:3561 66. Grosskreutz CL, Anand-Apte B, Duplaa C, ym. Vascular endothelial growth factor-induced migration of vascular smooth muscle cells in vitro. Microvasc Res 1999;58:128 36. Guba M, von Breitenbuch P, Steinbauer M, ym. Rapamycin inhibits primary and metastatic tumor growth by antiangiogenesis: involvement of vascular endothelial growth factor. Nat Med 2002;8:128 35. Hattori K, Dias S, Heissig B, ym. Vascular endothelial growth factor and angiopoietin-1 stimulate postnatal hematopoiesis by recruitment of vasculogenic and hematopoietic stem cells. J Exp Med 2001; 193:1005 14. Häyry P, Isoniemi H, Yilmaz S, ym. Chronic allograft rejection. Immunol Rev 1993;134:33 81. Heldin CH, Westermark B. Mechanism of action and in vivo role of platelet-derived growth factor. Physiol Rev 1999;79:1283 316. Hillebrands J-L, Klatter FA, Rozing J. Origin of vascular smooth muscle cells and the role of circulating stem cells in transplant arteriosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2003;23:380 7. Holdaas H, Fellström B, Jardine AG, ym. Effect of fluvastatin on cardiac outcomes in renal transplant recipients: a multicentre, randomised, placebo-controlled trial. Lancet 2003;361:2024 31. Johnson BA, Iacono AT, Zeevi A, McCurry KR, Duncan SR. Statin use is associated with improved function and survival of lung allografts. Am J Respir Crit Care Med 2003;167:1271 8. Johnson DE, Gao SZ, Schroeder JS, DeCampli WM, Billingham ME. The spectrum of coronary artery pathologic findings in human cardiac allografts. J Heart Transplant 1989;8:349 59. Jones N, Iljin K, Dumont DJ, Alitalo K. Tie receptors: new modulators of angiogenic and lymphangiogenic responses. Nat Rev Mol Cell Biol 2001;2:257 67. Kim I, Moon SO, Park SK, Chae SW, Koh GY. Angiopoietin-1 reduces VEGF-stimulated leukocyte adhesion to endothelial cells by reducing ICAM-1, VCAM-1, and E-selectin expression. Circ Res 2001; 89:477 9. Kobashigawa JA, Katznelson S, Laks H, ym. Effect of pravastatin on outcomes after cardiac transplantation. N Engl J Med 1995; 333:621 7. Konstadinidou I, Boletis JN, Perrea D, ym. Beneficial effects of fluvastatin on progressive renal allograft dysfunction. Transplant Proc 2003;35:1364 7. Koskinen PK, Kovanen PT, Lindstedt KA, Lemström KB. Mast cells in acute and chronic rejection of rat cardiac allografts a major source of basic fibroblast growth factor. Transplantation 2001; 71:1741 7. Koskinen PK ja Lemström KB. Adhesion molecule P-selectin and vascular cell adhesion molecule-1 in enhanced heart allograft arteriosclerosis in the rat. Circulation 1997;95:191 6. Koskinen PK, Lemström KB, Häyry PJ. How cyclosporine modifies histological and molecular events in the vascular wall during chronic rejection of rat cardiac allografts. Am J Pathol 1995;146:972 80. Lauren J, Alitalo K. Syöpäkasvaimet kuriin verisuonihoidolla? Duodecim 2000;116:705 11. Lemström KB, Koskinen PK. Expression and localization of platelet-derived growth factor ligand and receptor protein during acute and chronic rejection of rat cardiac allografts. Circulation 1997;96: 1240 9. Lemström KB, Krebs R, Nykänen AI, ym. Vascular endothelial growth factor enhances cardiac allograft arteriosclerosis. Circulation 2002;105:2524 30. Lemström K, Sihvola R, Bruggeman C, Häyry P, Koskinen P. Cytomegalovirus infection-enhanced cardiac allograft vasculopathy is abolished by DHPG prophylaxis in the rat. Circulation 1997;95:2614 6. Libby P, Pober JS. Chronic rejection. Immunity 2001;14:387 97. 1408 P. Koskinen ym.
Mancini D, Pinney S, Burkhoff D, ym. Use of rapamycin slows progression of cardiac transplantation vasculopathy. Circulation 2003;108: 48 53. Marx SO, Jayaraman T, Go LO, Marks AR. Rapamycin-FKBP inhibits cell cycle regulators of proliferation in vascular smooth muscle cells. Circ Res 1995;76:412 7. Nykänen AI, Krebs R, Saaristo A, ym. Angiopoietin-1 protects against the development of cardiac allograft arteriosclerosis. Circulation 2003;107:1308 14. Paul LC. Calcium channel blockers and angiotensin-converting enzyme inhibitors in the prevention of graft vasculopathy. J Heart Lung Transplant 2000;19:409 13. Poston RS, Billingham M, Hoyt EG, ym. Rapamycin reverses chronic graft vascular disease in a novel cardiac allograft model. Circulation. 1999;100:67 74. Pucci AM, Forbes RD, Billingham ME. Pathologic features in long-term cardiac allografts. J Heart Transplant 1990;9:339 45. Räisänen-Sokolowski A, Vuoristo P, Myllärniemi M, Yilmaz S, Kallio E, Häyry P. Mycophenolate mofetil (MMF, RS-61443) inhibits inflammation and smooth muscle cell proliferation in rat aortic allografts. Transpl Immunol 1995;3:342 51. Reinders Jr. M, Fang JC, Wong W, Ganz P, Briscoe DM. Expression patterns of vascular endothelial growth factor in human cardiac allografts: association with rejection. Transplantation 2003;76: 224 30. Schroeder JS, Gao SZ, Alderman EL, ym. A preliminary study of diltiazem in the prevention of coronary artery disease in heart-transplant recipients. N Engl J Med 1993;328:164 70. Sihvola R, Koskinen P, Myllärniemi M, ym. Prevention of cardiac allograft arteriosclerosis by protein tyrosine kinase inhibitor selective for platelet-derived growth factor receptor. Circulation 1999;99: 2295 301. Sihvola RK, Tikkanen JM, Krebs R, ym. Platelet-derived growth factor receptor inhibition reduces allograft arteriosclerosis of heart and aorta in cholesterol-fed rabbits. Transplantation 2003;75:334 9. Taylor DO, Edwards LB, Mohacsi PJ, ym. The registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: twentieth official adult heart transplant report 2003. J Heart Lung Transplant 2003;22:616 24. Tullius SG, Tilney NL. Both alloantigen dependent and independent factors influence chronic allograft rejection. Transplantation 1995; 59:313 8. Valantine HA, Gao SZ, Menon SG, ym. Impact of prophylactic immediate posttransplant ganciclovir on development of transplant atherosclerosis: a post hoc analysis of a randomized, placebocontrolled study. Circulation 1999;100:61 6. Valantine HA, Luikart H, Doyle R, ym. Impact of cytomegalovirus hyperimmune globulin on outcome after cardiothoracic transplantation: a comparative study of combined prophylaxis with CMV hyperimmune globulin plus ganciclovir versus ganciclovir alone. Transplantation 2001;72:1647 52. Wang H, Keiser JA. Vascular endothelial growth factor upregulates the expression of matrix metalloproteinases in vascular smooth muscle cells: role of flt-1. Circ Res 1998;83:832 40. Wenke K, Meiser B, Thiery J, ym. Simvastatin initiated early after heart transplantation: 8-year prospective experience. Circulation 2003;107:93 7. Yancopoulos GD, Davis S, Gale NW, Rudge JS, Wiegand SJ, Holash J. Vascular-specific growth factors and blood vessel formation. Nature 2000;407:242 8. Zhao XM, Frist WH, Yeoh TK, Miller GG. Confirmation of alternatively spliced platelet-derived growth factor-a chain and correlation with expression of PDGF receptor-alpha in human cardiac allografts. Transplantation 1995;59:605 11. PETRI KOSKINEN, dosentti, erikoislääkäri, tutkija petri.koskinen@helsinki.fi HUS:n nefrologian klinikka PL 263 00029 HUS KARL LEMSTRÖM, dosentti, erikoislääkäri, tutkija HUS:n sydän- ja rintaelinkirurgian klinikka PL 340, 00029 HUS ANTTI NYKÄNEN, LL, tutkija ROOPE SIHVOLA, LT, tutkija JUSSI TIKKANEN, LT, tutkija RAINER KREBS, FM, tutkija Helsingin yliopiston kliinisteoreettinen laitos, transplantaatiolaboratorio PL 21, 00014 Helsingin yliopisto