Cox-2, tenascin, CRP, and ingraft chimerism in a model of post-transplant obliterative bronchiolitis

Chronic rejection in the form of obliterative bronchiolitis (OB) is the major cause of death 5 years after lung transplantation. The exact mechanism of OB remains unclear. This study focused on the role of cyclo-oxygenase (COX) -2, tenascin, and C-reactive protein (CRP) expression, and the occurrence of ingraft chimerism (= cells from two genetically distinct individuals in a same individual) in post-transplant OB development. In our porcine model, OB developed invariably in allografts, while autografts stayed patent. The histological changes were similar to those seen in human OB. In order to delay or prevent obliteration, animals were medicated according to certain protocol. In the beginning of the bronchial allograft reaction, COX-2 induction occurred in airway epithelial cells prior to luminal obliteration. COX-2 expression in macrophages and fibroblasts paralleled the onset of inflammation and fibroblast proliferation. This study demonstrated for the first time, that COX-2 expression is associated with the early stage of post- transplant obliterative airway disease. Tenascin expression in the respiratory epithelium appeared to be predictive of histologic features observed in human OB, and influx of immune cells. Expression in the bronchial wall and in the early obliterative lesions coincided with the onset of onset of fibroblast and inflammatory cell proliferation in the early stage of OB and was predictive of further influx of inflammatory and immune cells. CRP expression in the bronchial wall coincided with the remodelling process. High grade of bronchial wall CRP staining intensity predicted inflammation, accelerated fibroproliferation, and luminal obliteration, which are all features of OB. In the early obliterative plaque, majority of cells expressed CRP, but in mature, collagen-rich plaque, expression declined. Local CRP expression might be a response to inflammation and it might promote the development of OB. Early appearance of chimeric (= recipient-derived) cells in the graft airway epithelium predicted epithelial cell injury and obliteration of the bronchial lumen, which both are features of OB. Chimeric cells appeared in the airway epithelium after repair following transplantation-induced ischemic injury. Ingraft chimerism might be a mechanism to repair alloimmune-mediated tissue injury and to protect allografts from rejection after transplantation. The results of this study indicate, that COX-2, tenascin, CRP, and ingraft chimerism have a role in OB development. These findings increase the understanding of the mechanisms of OB, which may be beneficial in further development of diagnostic options.

Merkittävin keuhkonsiirron tuloksia rajoittava tekijä on krooninen hyljintäreaktio, joka ilmenee keuhkossa pieniä ilmateitä tukkeuttavana sidekudoskasvuna, obliteroivana bronkioliittina (OB). Sen synnyssä keskeinen tekijä on immunologisesti aktiivisten tulehdussolujen aiheuttama hengitystie-epiteelivaurio. Intensiivisestä tutkimuksesta huolimatta tähän komplikaatioon ei ole olemassa parantavaa hoitoa. Väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia proteiinien COX-2, tenaskiini ja CRP ilmentymistä kokeellisessa OB:ssä. Näitä proteiineja oli aikaisemmin havaittu sairaustiloissa, joissa vallitsee tulehdus ja kiihtynyt sidekudoskasvu. OB:ssä niitä ei ollut aiemmin tutkittu. Lisäksi tutkimme kimerismiä, eli vastaanottajan solujen vaeltamista siirteeseen. Tarkoituksena oli selvittää, korjautuuko siirteen tuhoutunut epiteelisolukko vastaanottajan omilla soluilla, ja lisääkö kimerismi siirteen siedettävyyttä. Tutkimuksessa käytettiin ryhmämme aikaisemmin kehittämää koe-eläinmallia, jossa sian vatsanahkaan istutetaan pieniä ääreiskeuhkoputken paloja. Tässä mallissa sialta toiselle istutettuihin siirrännäisiin kehittyy obliteraatio, joka vastaa histologialtaan ihmisen OB:a. Lääkityksellä obliteraatiota pystytään hidastamaan ja tarvittaessa estämään kokonaan. COX-2 eritys liittyi obliteraation varhaisvaiheeseen. COX-2 värjäytyminen hengitystie-epiteelissä edelsi obliteratiivisten muutosten kehittymistä, ja se ajoittui aktiivisen tulehduksen ja sidekudoskasvun vaiheeseen. Tenaskiinin värjäytyminen epiteelissä ennusti obliteratiivisten muutosten kehittymistä. Keuhkoputken seinämässä ja varhaisessa sidekudostulpassa se puolestaan ennusti lisääntyvää inflammaatiota. CRP värjäytyi keuhkoputken seinämässä ja varhaisessa sidekudostulpassa aktiivisen kudosmuovautumisen aikana. Sidekudostulpan kypsyessä CRP eritys väheni. Paikallinen CRP eritys saattaa olla vaste tulehdukselle ja se saattaa edesauttaa OB:n kehittymistä. Kimerismi ennusti epiteelivauriota ja pienten ilmateiden tukkeutumista. Kimerismiä havaittiin vaurioituneessa epiteelissä, mikä viittaa siihen, että kimerismi saattaa olla mekanismi joka korjaa hyljjintäreaktioon liittyvää kudosvauriota ja suojaa siirrännäistä hyljinnän aiheuttamalta tuhoutumiselta. Tutkimus osoitti, että proteiineilla COX-2, tenaskiini, ja CRP on aktiivinen rooli OB:n synnyssä, ja että ainakin osa siirrännäisen hengitystie-epiteelistä näyttää korjautuvan vastaanottajan kimeerisillä soluilla.