如今，接受器官移植的患者需要反复进行手术活检，以测试其一生中的急性细胞排斥反应 (ACR)。但随着一种有前景的生物标志物的发现，ACR 的血液检测可能即将到来。
当患者的免疫细胞(称为 T 细胞)开始攻击移植器官时，就会发生 ACR。然而，在观察血液样本中的 T 细胞时，研究人员未能发现器官排斥过程中出现的任何显着差异。现在，耶鲁大学的一个研究小组发现，T 细胞的外泌体在 ACR 过程中发生了显着改变。外泌体是细胞释放的细胞外囊泡，使细胞能够相互通讯。研究人员在 2024 年 3 月号的《美国移植杂志》上发表了他们的研究结果。
“我们开发了一种新型生物标志物平台，有望通过血液样本可靠地检测排斥反应，”外科(心脏)副教授、该研究的首席研究员Prashanth Vallabhajosyula 医学博士、理学硕士说道。 “随着我们继续在临床环境中进行更多研究，我们希望这个生物标志物平台最终将取代手术活检。”
器官排斥只能通过侵入性活检来检测
为了保护我们的身体免受病原体侵害，我们的免疫系统能够区分自我和非自我。因此，移植的器官始终面临着被受体免疫系统排斥的风险。这个过程由两种类型的免疫细胞介导——T细胞和B细胞。 T 细胞是最常见的排斥反应的原因，临床医生将其称为急性细胞排斥反应 (ACR)。
为了防止这种情况发生，器官移植受者必须终生服用免疫抑制药物。然而，即使这些患者服用免疫抑制剂，突破性的排斥反应仍然可能发生。因此，器官移植患者需要接受医生的长期监测。
手术活检允许临床医生对组织进行物理检查以发现 ACR 迹象。这些检查对于指导适当的患者护理至关重要。如果活检发现排斥反应，临床医生将立即升级患者的免疫抑制治疗。然后，患者将需要进行后续活检以确保增加的治疗有效。
作为一名心脏外科医生，Vallabhajosyula 亲眼目睹了虽然这些活检是患者护理的重要组成部分，但它们也会严重影响生活质量。 Vallabhajosyula 说，活检可能会导致严重的并发症。例如，心脏活检可能导致心律失常、心脏压塞和心脏瓣膜损伤等并发症。 “就心脏而言，如果发生排斥反应，可能会对心脏造成损害并影响其功能。在某些情况下，这可能是生死攸关的问题，”他说。 “因此，在过去 60 多年里，我们一直在进行心脏移植，心脏界大力推动开发血液检测来取代活检。”
T 细胞外泌体是 ACR 的潜在生物标志物
在他的实验室中，Vallabhajosyula 的团队研究外泌体，外泌体作为货物携带和运输材料，包括在细胞间通讯中发挥功能的蛋白质和 RNA。 “外泌体无处不在——它们存在于所有生物体液中，”他说。 “我们相信细胞通过这些小信息包相互交流。”
亲本细胞可以修改其外泌体携带的内容。虽然 ACR 不会改变血液中的 T 细胞本身，但 Vallabhajosyula 的团队想知道循环 T 细胞外泌体及其货物是否会被 ACR 改变。 “外泌体在癌症诊断方面已被广泛研究，但在移植诊断领域却做得很少，”他说。
然而，研究 T 细胞外泌体面临重大挑战：血液样本中含有来自体内每种细胞类型的外泌体。 “血液中有太多噪音，”Vallabhajosyula 解释道。为了克服这个问题，他的实验室开发了一种方法来富集生物样本中的 T 细胞外泌体，使他的团队能够以无与伦比的方式了解 ACR 期间其货物的变化。
在最新的研究中，研究人员从心脏移植小鼠模型中采集了血液样本，并分离出了所有的外泌体。然后，他们使用抗体缀合珠技术(其中附着在磁珠上的抗体与目标分子结合)来分离 T 细胞外泌体。这使他们能够量化这种特定的外泌体群体并研究其中的货物。他们使用定量逆转录聚合酶链反应 (RT-qPCR) 技术来鉴定 RNA，并使用蛋白质印迹技术来鉴定蛋白质。
研究小组发现，接受 ACR 的小鼠模型中 T 细胞外泌体的含量存在显着差异。
出于好奇，研究人员在心脏移植患者身上重复了他们的方法。他们获取了血液样本和心脏活检样本。再次，在活检显示 ACR 的患者中，他们发现从血液中获得的 T 细胞外泌体也发生了显着改变。 “我们相信，我们第一次拥有了一个能够灵敏地检测器官移植中 T 细胞介导的排斥反应的平台，”Vallabhajosyula 说。
该研究还揭示了 ACR 的潜在病理生理学。当 T 细胞排斥移植器官时，它们会前往器官部位并通过称为细胞凋亡的过程逐个细胞地杀死它。研究人员发现外泌体的作用类似。 “我们发现 T 细胞释放的外泌体也可以介导移植组织的损伤，”Vallabhajosyula 说。 “这让我们相信 T 细胞外泌体在排斥过程本身中也发挥着重要作用。”
未来的研究可能会带来改变生活的血液诊断测试
该团队目前正在对更多的心脏移植受者进行进一步研究，以更好地了解他们新发现的生物标志物与活检相比的可靠性。他们还将这些发现应用于肺移植患者，肺活检仍然是排斥反应监测的金标准。
Vallabhajosyula 希望这项工作能够为用能够检测 ACR 的血液检测取代手术活检铺平道路。这不仅可以改善患者的生活质量，还有可能挽救更多的生命。
此外，临床医生没有办法为患者滴定(校准)免疫抑制药物。 “每个人都接受相同的高剂量，”Vallabhajosyula 说。然而，这种疗法也有其自身的风险——免疫系统受到抑制的患者更容易受到感染和患癌症。可靠的血液检测可以让临床医生根据每个患者的情况滴定免疫抑制，以最大程度地降低免疫抑制治疗的风险。
Vallabhajosyula 表示，这一愿景可能在未来十年内成为现实。 “我想象未来心脏移植患者可以每月去一次当地的[诊断]实验室，”他说。 “他们不必去导管实验室对移植的心脏进行活检。他们只需去当地实验室，提供血液样本，然后回家，临床医生就会收到有关移植心脏整体免疫健康状况的分子信息。”