Dr. Zeynep Arzu Yegin, Dr. Gülsan Türköz Sucak. Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi, Hematoloji Bilim Dalı, Ankara, Türkiye e-posta:

Transkript

1 TÜRK HEMATOLOJİ DERNEĞİ 2014: 4 2 Dr. Zeynep Arzu Yegin, Dr. Gülsan Türköz Sucak Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi, Hematoloji Bilim Dalı, Ankara, Türkiye e-posta: aysucak@gazi.edu.tr Anahtar Sözcükler Mezenkimal kök hücre, İmmünmodülasyon, İnflamasyon, Sitokin, Mikroçevre MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON ÖZET Mezenkimal kök hücreler, kemik iliği stromasında perivasküler niş alanında yerleşen, kendini yenileme özelliğinin yanı sıra mezoderm kökenli osteoblast, kondroblast ve adiposit gibi somatik hücrelere farklılaşma yeteneğine sahip, morfolojik olarak iğ şeklinde, fibroblast benzeri hücrelerdir. Başta kemik iliği olmak üzere, yağ dokusu, amniyon sıvısı, göbek kordonu, plasenta, diş pulpası, cilt, tendon ve iskelet kası gibi birçok farklı dokudan ayrıştırılabilir. Mezenkimal kök hücreler, hücresel denge, yaşlanma, doku hasarının onarımı ve inflamasyon gibi birçok fizyolojik ve patolojik süreçte rol oynar. İn vitro ve in vivo ortamda gerçekleşen doğal ve adaptif immün yanıt sürecinde proinflamatuar ve anti-inflamatuar etki gösterebilen hücrelerdir. Mezenkimal kök hücrelerin hasarlı bölgeye yerleşme (homing), farklı hücrelere dönüşebilme ve salgıladıkları çözünür biyolojik maddeler ile doku yenilenmesini uyarabilme potansiyelleri; myokard infarktüsü, siroz ve böbrek yetmezliği gibi hastalıklarda doku hasarını tedavi etmek amacıyla kullanılmalarını gündeme getirmiştir. İmmünmodülatör ve immünsupresif etkileri ise cilt, kornea, kemik iliği ve kalp nakli sırasında graft reddinin engellenmesi ve graft versus host hastalığı gibi alloimmün hastalıkların ve tip I diabetes mellitus, sistemik lupus eritematozus, multiple skleroz ve inflamatuar barsak hastalıkları gibi otoimmun hastalıkların tedavisinde kullanılmalarına ilişkin çalışmalara hız kazandırmıştır. Mezenkimal kök hücreler majör histokompatibilite kompleksi- 334

2 MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON 335 II moleküllerini yüzeylerinde barındırmamaları nedeniyle bazı immün imtiyazlara sahiptir. İmmün yanıt üzerindeki etkileri hücre-hücre etkileşimi ve parakrin yolla gerçekleşmektedir. Adaptif immün yanıttaki etkileri, T ve B lenfositler, doğal öldürücü hücreler, monosit/makrofajlar, dendritik hücreler ve nötrofiller ile etkileşimlerinin bir sonucudur. Mezenkimal kök hücrelerin in vitro immünmodülatör etkileri ve klinik uygulama sonuçları çelişkilidir. Bu çelişkili sonuçların giderilmesi; mezenkimal kök hücrelerin izolasyon ve kültür tekniklerinin geliştirilmesi, üretimleri ile ilgili standardizasyonun sağlanması, moleküler etki mekanizmalarının ve mezenkimal kök hücremikroçevre etkileşiminin aydınlatılması ile mümkün olacaktır. MEZENKİMAL KÖK HÜCRE TANIMI VE TEMEL ÖZELLİKLERİ Mezenkimal kök hücreler (MKH), kemik iliği stromasında perivasküler niş alanında yerleşen, kendini yenileme ve mezoderm kökenli osteoblast, kondroblast ve adiposit gibi somatik hücrelere farklılaşma yeteneği bulunan, morfolojik olarak iğ şeklinde ve fibroblast benzeri hücrelerdir. Başta kemik iliği olmak üzere, yağ dokusu, amniyon sıvısı, göbek kordon kanı, plasenta, diş pulpası, cilt, tendon ve iskelet kası gibi birçok farklı dokudan ayrıştırılabilir. Farklı dokulardan ayrıştırılan MKH lerin moleküler fenotipleri ve farklılaşma süreçleri de birbirinden farklıdır (1-17). Mezenkimal kök hücrelerin immünfenotipik özellikleri Uluslararası Hücresel Tedavi Derneği tanı ölçütlerine göre belirlenmiştir (3-5,11,14,17): 1. Standart hücre kültürlerinde plastik kültür kabına yapışabilme özelliği olan hücrelerdir. 2. Hücrelerin en az %95 inde CD73, CD90 ve CD105 ifadelenmesi mevcuttur ancak MKH ler CD34, CD45, CD14/CD11b, CD19/CD79a ve HLA II negatiftir. 3. İn vitro ortamda adipojenik, osteojenik ve kondrojenik hücre dizilerine farklılaşma yetenekleri bulunmaktadır. Mezenkimal kök hücreler, hücresel denge, yaşlanma, doku hasarının onarımı ve inflamasyon gibi birçok fizyolojik ve patolojik süreçte rol oynar (6,18). İn vitro ve in vivo ortamda gerçekleşen doğal ve adaptif immün yanıt sürecinde pro-inflamatuar ve anti-inflamatuar etki gösterebilen hücrelerdir (9). TÜRK HEMATOLOJİ DERNEĞİ MEZENKİMAL KÖK HÜCRE, DOKU HASARI VE İNFLAMASYON Doku hasarı gelişmesi sonucu oluşan apopitotik ve nekrotik hücrelerden salınan uyarıcı moleküllere yanıt olarak öncelikle nötrofil ve makrofajların, ardından CD4+/CD8+ T ve B lenfositlerin aktivasyonu gerçekleşir. Hasara yanıt olarak fagositler tarafından tümör nekroz faktörü (TNF)-α, interlökin (IL)-1β, serbest radikaller, kemokinler ve lökotrienler salgılanır. İmmün sistem hücrelerinin ve inflamatuar sitokinlerin yanısıra, endotel hücreleri ve fibroblastların da mikroçevreyi yeniden düzenlemesiyle MKH lerin

3 :4 2 mobilizasyonu ve farklılaşması uyarılır. MKH ler hasarlı dokuya ulaştıklarında TNF-α, IL-1β ve interferon (IFN)-γ gibi pro-inflamatuar sitokinler, toksinler ve hipoksi tarafından uyarılır. Takiben, epidermal büyüme faktörü (EGF), fibroblast büyüme faktörü (FGF), platelet kaynaklı büyüme faktörü (PDGF), transforme edici büyüme faktörü (TGF)-β, vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF), hepatosit büyüme faktörü (HGF), insülin benzeri büyüme faktörü (IGF)-1, anjiopoetin (Ang)-1, keratinosit büyüme faktörü (KGF) ve stromal hücre kökenli faktör (SDF)-1 gibi büyüme faktörleri salgılanır. Bu büyüme faktörleri ise endotel hücreleri, fibroblastlar ve progenitör hücrelerin büyüme ve gelişmesini uyararak doku tamiri ve rejenerasyon sürecini başlatır. Bununla birlikte MKH ler, bu parakrin aracılarla endotel hücresi ve hücre dışı matriks proliferasyonunun artmasına, endotel geçirgenliğinin azalmasına ve lökosit/endotel ilişkisinin bozulmasına neden olur (6). Mezenkimal kök hücreler, doku hasarının sınırlanmasını ve onarım sürecini farklı yolaklar üzerinden gerçekleştirir. İnflamatuar ve immün tepkimeleri düzenleyen genlerin ifadelenmesini arttırmak, progenitör hücrelerin proliferasyonu ve farklılaşması için uygun bir mikroçevre oluşturmak, mitokondri ya da mikrorna gibi moleküllerin transferini sağlamak görevleri arasındadır (18). MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON Mezenkimal kök hücrelerin immünmodülatör etkileri farklı mekanizmalar aracılığıyla oluşur. Doğal immün aracı moleküllerin ve dendritik hücrelerin büyüme, göç ve sekresyon özelliklerinin değiştirilmesi, düzenleyici T lenfositlerin (Treg) uyarılması, T ve B lenfosit yanıtının baskılanması MKH lerin immünmodülatör etkilerinden başlıcalarıdır (5,6,15,19,20) (Tablo 1). Mezenkimal kök hücreler immünmodülatör etkilerini doğal ve adaptif immün yanıtta görev yapan T ve B lenfositler, doğal öldürücü (NK) hücreler, monosit/makrofajlar, dendritik hücreler ve nötrofiller gibi diğer hücrelerle etkileşerek veya salgıladıkları çözünür moleküller aracılığı ile göstermektedir (10,11,13,14,17,20-24). Parakrin etki, çözünür immünmodülatör moleküllerin [IL-6, IL-10, indolamin 2,3 dioksijenaz (IDO), TGF-β, prostaglandin E2 (PgE2), HGF, nitrik oksit (NO), hem oksijenaz (HO)-1, TNF-alfa ile uyarılan gen/protein 6 (TSG-6)] salınmasıyla oluşur. Hücre-hücre etkileşiminde ise majör histokompatibilite kompleksi (MHC) I antijenlerinin düşük ya da orta düzeyde ifade edildiği ve MHC II antijenlerinin ifade edilmediği bir immün tolerans durumu oluşturulur (3,16,25). Mezenkimal kök hücrelerin immünmodülatör etkilerinin oluşumunda bazı hücresel proteinlerin de rol oynadığı bilinmektedir (4,8,11,13,14,16,19,21-24). Bu aracı moleküllerin en önemlilerinden biri sayılan IDO, immünmodülatör ve immünsupresif etki göstermekte ve MKH lerin parakrin etkisinin oluşmasında aracı olarak görev yapmaktadır. İndolamin 2,3 dioksijenazın gebelik sırasındaki immün toleransın gelişmesinde, enfeksiyon, otoimmünite ve kanser oluşumunda rol oynadığı bilinmektedir. IFN-γ tarafından uyarılan

4 MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON 337 Tablo 1. Mezenkimal kök hücrelerin immunmodülatör etkileri (22) T Lenfositler B Lenfositler NK Lenfositler Dendritik Hücreler MKH Etkileri T lenfosit proliferasyonunu baskılar Sitokin sekresyon profilini değiştirir B lenfosit proliferasyonunu baskılar B lenfosit farklılaşmasını inhibe eder NK lenfosit proliferasyonunu inhibe eder Sitotoksik aktiviteyi ve sitokin üretimi engeller Monositlerin dendritik hücrelere farklılaşmasını engeller Sitokin sekresyon profilini değiştirir Dendritik hücre olgunlaşmasını ve aktivasyonunu engeller Etki Mekanizması PgE2, TGF-b, HGF ve IDO üretimi PgE2 ve IDO üretimi PgE2, TGF-b ve IDO üretimi PgE2, TGF-b, IL-6, IL- 10 ve HGF üretimi Treg Treg leri uyarır TGF-b ve IL-10 üretimi HGF: Hepatosit büyüme faktörü, IDO: İndolamin 2,3 dioksijenaz, IL: İnterlökin, NK: Doğal öldürücü, PgE2: Prostoglandin E2, TGF-b: Transforme edici büyüme faktörü-b, Treg: Düzenleyici T lenfosit TÜRK HEMATOLOJİ DERNEĞİ IDO, insan T ve B lenfosit inhibisyonunda rol alır. Nitrik oksit, T lenfositlerinin gelişimini inhibe ederek immünsupresif etki oluşturur ve birincil ve ikincil immün yanıt oluşumunda görev yapar (4,13,14,24). Prostoglandin E2, inflamasyon ve kanser gelişiminde kritik role sahip olup, temel olarak NK hücre inhibisyonunda görev yapar. IL-2 üretimini ve T lenfosit proliferasyonunu inhibe ederek immünsupresif etki gösterir (4,14,16,23). IL-6, makrofajlar, dendritik hücreler, T lenfositler, endotel hücreleri ve hepatositler tarafından sentezlenen Th2 kaynaklı bir sitokindir. İnflamatuar yanıtın oluşmasında, B lenfositlerin terminal farklılaşmasında, endotel ve lenfosit proliferasyonunda görev yapar. Fare MKH lerinin in vitro IL-6 salgıladıkları ve T lenfosit proliferasyonunun bu şekilde baskılandığı gösterilmiştir. Mezenkimal kök hücreler tarafından salgılanan IL-6 kemik iliği monositlerinin dendritik hücrelere dönüşümünü de kısmen inhibe etmektedir. TGF-β, farklılaşma, büyüme ve onkogenezde rol alır ve makrofaj ve lenfositlerden pro-inflamatuar sitokin salınımını engeller. IL-10 bağımlı olarak uyarılan HLA-G5 molekülü ise insanlarda Treg klonunun genişlemesinden sorumlu tutulmaktadır (4,13,16,21,23). Mezenkimal kök hücrelerde immünmodülatör yönelimi belirleyen ve düzenleyen Toll benzeri reseptör (TLR) 2, 3, 4, 7 ve 9 un ifade edildiği gösterilmiştir (3). Mezenkimal kök hücreler özgün TLR uyarısının ardından farklı immünmodülatör etkilere sahip iki ayrı fenotipe dönüşebilir. TLR-4 ile uyarılan MKH ler (MKH1) pro-inflamatuar bir profil sergilerken, TLR-3 ile uyarılan MKH ler (MKH2) anti-inflamatuar sinyaller oluşturur (9). Doğal immünitede makrofajların rolü önemlidir. M1 fenotipindeki makrofajlar pro-inflamatuar sitokinler salgılayarak lokal inflamasyonu arttırırken,

5 :4 2 M2 fenotipindeki makrofajlar IL-10, TGF-β1 gibi sitokinler salgılayarak ve IL-1, IL-6, TNF-α ve IFN-γ gibi sitokinlerin salınımını azaltarak antiinflamatuar etki gösterir ve doku yenilenmesini hızlandırır. Bu durumda MKH polarizasyonunun yanı sıra makrofaj polarizasyonu da mikroçevredeki inflamatuar dengeyi düzenlemektedir. Bu dengenin sürdürülmesinde farelerde NO sentetaz, insanlarda ise IDO önemli rol oynamaktadır (9,17,26,27). Adaptif immün sistem antijene özgüdür ve immünolojik hafızanın oluşumunu sağlar. Mezenkimal kök hücreler TGF-β, HGF, PgE2, IDO, NO ve HO salgılayarak in vitro T lenfosit proliferasyonunu baskılar (9,13,16). CD4+ ve CD8+ T lenfositlerin aktivasyonunu engeller. Ortamda TNF-α ve IFN-γ gibi proinflamatuar sitokinlerin bulunması durumunda ise Treg aktivitesini arttırır. Mezenkimal kök hücreler CD4+ T lenfositlerle kültür edildiğinde, HLA-G5 aktivasyonu üzerinden T hücre farklılaşmasını Treg (CD4+, FoxP3+, CD25+) yönünde uyarır. Mezenkimal kök hücreler, IDO, PgE2 ve HLA-G üzerinden IFN-γ üretimini, NK hücre aktivitesini ve dendritik hücre döngüsünü inhibe eder (3,13,15,16,20-23). Aktive T lenfositleri G0/G1 fazında tutarak hücre döngüsünü durdurur ve bu hücrelerdeki IL-2 ve IFN-γ üretimini inhibe eder. Sitotoksik T lenfosit aracılı sitotoksisiteyi engeller ve Treg oluşumunu uyarır. Ayrıca NK ve γδ T lenfositlerin proliferasyonunu, sitotoksisitesini ve IFN-γ üretimini etkiler. Dendritik hücrelerin farklılaşmasını ve olgunlaşmasını inhibe ederek antijen sunucu hücrelere dönüşmelerini engeller (10,11,13,16,17,20-24). Mezenkimal kök hücreler B lenfosit aracılı immün yanıtta da düzenleyici role sahiptir. B lenfositler ve MKH ler birlikte kültür edildiğinde B lenfosit proliferasyonunun ve antikor yapımının baskılandığı görülmüştür. B lenfositlerin kemotaktik aktivitesi CXCR4 ve CXCR5 inhibisyonu ile düzenlenir (3,16,21-23). Uyarılmamış durumdaki MKH ler aktive B lenfositlerin sağkalım ve proliferasyonunu uyarırken, IFN-γ ile uyarılan MKH ler B lenfositleri inhibe etmektedir. Mezenkimal kök hücrelerin B lenfosit farklılaşması üzerine etkileri net olarak bilinmemektedir (11,16,21-23). Yeterli düzeyde pro-inflamatuar uyarıya maruz kalan MKH ler antiinflamatuar etkiye sahip M2 makrofajların aktivasyonunu sağlayarak etkin bir immünsupresif yanıt oluşturabilir. Mezenkimal kök hücrelerin TNF-α, IFN-γ ve lipopolisakkaritler tarafından uyarılması ile siklooksijenaz 2 (COX2) ve IDO düzeyi artar, böylelikle M2 makrofaj aktivasyonu ile ortamdaki antiinflamatuar etki baskın hale gelir. Mezenkimal kök hücrelerin makrofaj polarizasyonu üzerindeki bu etkisi Treg oluşumunu arttırır. Mezenkimal kök hücrelerin tarafından salgılanan TGF-β Treg leri doğrudan uyarır (9,16,26). Treg ler yardımcı T lenfositlerin bir alt grubu olarak bilinir. T lenfosit aracılı immün yanıtı baskılar. İki alt tipi vardır; doğal Treg ler (timüs kökenli, FoxP3+, konak antijenlerine özgün) ve adaptif ya da uyarılmış Treg ler (CD4+, CD25-, FoxP3-). Mezenkimal kök hücreler inflamatuar özellikteki efektör T lenfositler ve anti-inflamatuar özellikteki Treg ler arasındaki dengeyi düzenler. Bu denge monositlerin M2 tipi makrofajlara dönüşümü ile yakından ilişkilidir (9,16,20). İnflamasyonun erken fazında MKH ler nötrofil aktivasyonunu ve göçünü arttırarak doğal immün yanıtı desteklerken, geç fazlarda inhibitör özellik kazanarak hücre göçünü azaltır ve dokuları oksidatif hasardan korur (9). Mezenkimal kök hücrelerin inhibitör etkileri mikroçevrenin inflamatuar

6 MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON 339 özellikleriyle yakından ilişkilidir. Öncelikle MKH lerin Th1 tipi sitokinler aracılığıyla kimlik kazanmaları gerekmektedir. Akut inflamasyonda M1 fenotipindeki makrofajlar, MKH leri uyararak T, B, NK ve dendritik hücrelerin inhibisyonunu sağlar. Mezenkimal kök hücrelerin immünsupresif özellikleri, bir pro-inflamatuar sitokin olan IFN-γ ile uyarılmaları sonucu baskın hale gelir. Diğer yandan kronik inflamasyonda Th2 sitokinleri tarafından uyarılan M2 fenotipindeki makrofajlar tarafından kimliklendirilen MKH ler fibrotik süreci hızlandırır. Eğer mikroçevredeki inflamasyon hafif düzeyde ya da kronikse, bu durum MKH lerin terapötik etkinliğinin azalmasına neden olabilir (13,14,20,22). Nitekim fare graft versus host hastalığı (GVHH) modellerinde MKH lerin hastalığın başlamasından sonra verilmesi ile daha etkili sonuçlar alındığı gösterilmiştir (28,29). Hücre dışı matriks proteinlerinin de MKH fenotipini etkileyebileceği gösterilmiştir (20). Mezenkimal kök hücrelerin kollajen tip I/II ve osteopontin gibi proteinleri salgıladığı bilinmektedir. Hücre dışı matriks bileşenlerinin durumu immün toleransın belirlenmesinde, inflamasyon ve otoimmunitenin düzenlenmesinde kritik role sahiptir (30). TÜRK HEMATOLOJİ DERNEĞİ MEZENKİMAL KÖK HÜCRELERİN ANTİ- İNFLAMATUAR ETKİLERİ VE DENEYSEL MODELLER Bleomisin ile indüklenmiş akciğer hasarının oluşturulduğu bir fare modelinde intravenöz (IV) olarak infüze edilen kemik iliği kaynaklı MKH lerin bleomisine karşı gelişen inflamatuar yanıtı azalttığı ve fibrozis gelişimini engellediği gösterilmiştir (18). Aktive olan MKH lerin salgıladıkları IL-1 reseptör antagonisti (IL-1ra) üzerinden etki gösterdiği ve bu etkinin MKH ler bleomisinle eş zamanlı uygulandığında belirginleştiği görülmüştür. Hücre kültüründe MKH lerden salgılanan IL-1ra nın IL-1α tarafından üretilen TNFα yı inhibe ettiği gösterilmiştir. Sonuç olarak, MKH ler inflamasyonun erken döneminde IL-1ra salgılayarak IL-1 ve TNF-α nın pro-inflamatuar etkilerini antagonize etmektedir (18). İntravenöz uygulanan MKH lerin yüksek oranda akciğerlerde tutulduğu bilinmesine karşın, kalp, pankreas, beyin ve spinal kord gibi distal organ hasarlarının onarımında da yararlı etkileri olduğu öne sürülmektedir. Mezenkimal kök hücrelerin IV infüzyonu sonucu erken inflamatuar yanıtın azaldığı ve myokard infarktüsü (MI) gelişiminin önlendiği gösterilmiştir. İnfüze edilen hücrelerin büyük bölümünün mikroemboli şeklinde akciğerlerde tutulduğu ve yarı ömürlerinin yaklaşık 24 saat olduğu bilinmektedir. Akciğerde tutulan MKH lerin aktive olarak 50 den fazla genin ifadelenmesini arttırdığı gösterilmiştir (18,23). Bu genler içerisinde en dikkate değer olanı TSG-6 dır. İntravenöz yoldan uygulanan rekombinant insan TSG-6 (rhtsg-6) molekülünün de MKH lere benzer etkilere neden olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, MI hücre modelinde, MKH lerin akciğerlerde mikroemboli şeklinde tutulduğu ve TSG-6 salgıladıkları, TSG- 6 nın da erken ve aşırı inflamatuar yanıtı baskılayarak kalp dokusundaki hasarı azalttığı gösterilmiştir. TSG-6 nötrofil ekstravazasyonunu doğrudan ya da makrofajların TLR aracılı aktivasyonu ile sağlar. TSG-6 hayvan

7 :4 2 modellerinde terapötik etkinliği gösterilmiş MKH kaynaklı tek moleküldür (1,11,18,21,22). Mezenkimal kök hücrelerin IV yoldan uygulanması ile ratlarda kornea hasarının neden olduğu inflamasyonun azaldığı gösterilmiştir. Bu hücrelerin nötrofil infiltrasyonunu, pro-inflamatuar sitokin üretimini ve korneada opasite gelişimini baskıladığı görülmüştür. Ortama rhtsg-6 molekülü eklendiğinde MKH lerin anti-inflamatuar etkileri artmaktadır (18). Farelerde oluşturulan bir peritonit modelinde de MKH lerin TSG-6 üzerinden oluşturduğu anti-inflamatuar etki gösterilmiştir. MKH infüzyonu ile TNF-α ve IL-1 gibi pro-inflamatuar sitokin düzeyleri azalmıştır. Aynı zamanda NF-κB aktivasyonu da engellenmiştir. TSG-6 geninin sirna ile yok edilmesinin ardından MKH lerin etkilerinin de ortadan kalktığı görülmüştür. MKH ve rhtsg-6 nın inhibitör etkisinin CD44 üzerinden gerçekleştiği düşünülmektedir (18). Farelerde oluşturulan bir sepsis modelinde infüze edilen MKH lerin TNF-α ve IL-6 düzeylerini azalttığı gösterilmiştir. İnfüzyonun ardından MKH lerin akciğerde tutuldukları ve 24 saat sonra kayboldukları görülmüştür. İlginç olarak makrofajlardan salınan bir anti-inflamatuar sitokin olan IL-10 düzeyinin MKH infüzyonunun ardından 6. ve 12. saatlerde arttığı görülmüştür. MKH ler sentezledikleri NO ile makrofajlardan IL-10 salınımını uyarmaktadır. Yapılan in vivo ve in vitro deneylerde MKH lerde NF-κB nin TLR-4 aracılı aktivasyonu sonucu COX2 ve PgE2 salınımı uyarılmaktadır. PgE2, makrofajların fenotipini değiştirerek IL-10 salınımını arttırır. IL-10 un sepsisli farelerde inflamasyonu azalttığı gösterilmiştir. MKH lerin makrofajları yeniden programlayarak, M1 fenotipindeki pro-inflamatuar makrofajları anti-inflamatuar M2 fenotipine dönüştürdükleri ve inflamasyonu azaltarak doku onarımını uyardığı gösterilmiştir (18). MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE TERAPÖTİK KULLANIMI Mezenkimal kök hücrelerin tedavide kullanımları oldukça popüler bir konudur. Şu anda da konuyla ilgili halen yürümekte olan 197 klinik çalışma olup, bu çalışmalar ağırlıklı olarak MKH in dejeneratif ve immün hastalıklarda kullanımı ile ilgilidir. MKH lerin terapötik olarak kullanıldığı durumlardaki klinik çalışma sonuçları oldukça heterojen ve çelişkilidir. Bunun en önemli nedeni standardizasyon sorunudur. Standardizasyonu etkileyen birçok değişken bulunmaktadır. Bu değişkenlerden bazıları MKH lerin elde edildiği organizmanın türü, donör çeşitliliği, doku kaynağı, kültür şartları, kriyoprezervasyon, hücre saflaştırılması, kültür ekspansiyonu, hücre canlılığı ve proliferasyon kapasitesidir. Uygun donör seçimi ve üretim şartlarının standardizasyonu bunların içerisinde en önemlileridir. Mezenkimal kök hücrelerin klinik etkinliğinin tanımlanabilmesi için in vitro çalışmalarla bir ilgileşim göstermesi gerekmektedir. Bu ise ancak in vitro deneylerin ve klinik çalışmaların uygun koşullarda yapılması ve standardizasyonu ile mümkündür (21). Mezenkimal kök hücreler immün yanıt üzerinde inhibitör etkiye sahiptir, öte yandan immün sistem hücrelerinin de MKH işlevi üzerine farklı etkilerinin

8 MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON 341 olduğu gösterilmiştir. Başta IFN-γ olmak üzere birçok aracı molekül MKH lerin plastisitesini etkilemektedir. Farklı şekillerde uyarılmış immün hücreler de MKH lerin immün polarizasyonunu etkileyebilir. Nitekim doğal MKH lerin immünolojik özellikleri bulundukları stroma ve mikroçevrenin özelliklerine bağlı olarak değişkenlik gösterebilmektedir (21). Farklı hastalıklardaki ve farklı dokulardaki değişken inflamatuar ortamlar, hatta bazı durumlarda aynı hastalığın değişik dönemlerindeki farklı inflamatuar zemin MKH uygulamaları ve deneysel modellerinde değişken sonuçlara yol açabilmektedir (25). Mezenkimal kök hücrelerin terapötik kullanımındaki önemli soru işaretlerinden biri de istenmeyen yan etkilerdir. Mezenkimal kök hücrelerin kanser gelişimine ya da var olan kanserin ilerlemesine neden olup olmadıkları halen yanıt bekleyen bir sorudur. Graft versus host hastalığının MKH ile tedavisinin ardından lösemi riskinde önemli bir artış görülmemesi MKH lerin in vivo ortamda yaşamlarını uzun süre idame ettirememeleri ile ilişkilendirilebilir. Bununla birlikte MKH tedavisinin özellikle kanser öyküsü olan kişilerde kullanımı ile ilgili ileri çalışmalara gereksinim olduğu bir gerçektir (21). Mezenkimal kök hücrelerin anti-inflamatuar etkilerine aracılık eden bazı moleküllerin terapötik alanda kullanılabilecekleri düşünülmekle birlikte, yapılan çalışmalarda etkili sonuçlar alınamamıştır. Örneğin IL-1ra ile yapılan çalışmalarda, bu molekülün az sayıdaki gut hastasında sınırlı etkinliğinin olduğu, osteoartrit ve romatoid artritte ise etkisinin olmadığı görülmüştür. Mezenkimal kök hücreler tarafından salgılanan diğer bazı faktörlerin (NO, IDO, PgE2) kısa yarı ömürleri ve sistemik yan etkileri nedeniyle terapötik kullanımları uygun değildir. TSG-6 nın ise terapötik etkinliğinin kanıtlanması için ileri çalışmalara gereksinim vardır (18). Mezenkimal kök hücrelerin anti-inflamatuar özellikleri kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH), inflamatuar barsak hastalığı (İBH), multipl skleroz (MS), amiyotrofik lateral skleroz ve kalp hastalıklarında test edilmiştir (3,6,9,15). Graft versus host hastalığında T hücre bağımlı immüniteyi baskılayarak etkili olduğu gösterilmiştir (2,3,6,9,22,23). Mezenkimal kök hücrelerin terapötik etkinliğinin arttırılabilmesi için pro-inflamatuar bir sürece gereksinimlerinin olması, MKH tedavisinin kronik GvHH dan ziyade akut GvHH da daha etkin olabileceği hipotezini desteklemektedir (9,12,22,31). Sistemik MKH uygulaması allojeneik kök hücre engrafmanını hızlandırmakta ve graft sağkalımını uzatmaktadır. Mezenkimal kök hücrelerin immünsupresif etkisi bir grup otoimmün hastalıkta ve deneysel otoimmün ensefalomyelitte gösterilmiştir (5,6,15,19,20). Deneysel sistemik lupus eritematozus (SLE) modellerinde allojeneik MKH lerin infüzyonu ile otoantikor yapımının azaldığı ve böbrek fonksiyonlarının düzeldiği, aynı şekilde deneysel MS modellerinde MKH uygulaması ile demyelinizasyon ve immün hücre infiltrasyonunun azaldığı gösterilmiştir (32,33). Mezenkimal kök hücre infüzyonu tip I diabetik farelerde adacık hücre harabiyetini azaltmakta ve İBH modellerinde inflamasyonu baskılamaktadır (34,35). Tüm bu modellerde hastalığın kararlı olduğu dönemlere göre aktivitesinin en yoğun olduğu aşamalarda infüze edilen MKH lerin daha etkin olduğu gösterilmiştir. Bu da zemindeki inflamasyonun MKH lerin klinik etkinliğinde önemli rol oynadığını göstermektedir. TÜRK HEMATOLOJİ DERNEĞİ

9 :4 2 Graft versus host hastalığı ile ilgili fare çalışmalarında MKH infüzyonu ile farelerin yaşam süresinin uzadığı, çeşitli doku ve organlardaki immün hücre infiltrasyonun azaldığı gösterilmiştir (36). Klinik çalışmalarda ise MKH lerin GvHH tedavisinde başarılı olduğunu görülmektedir (37,38). Le Blanc ve ark. da aralarında haploidentik kök hücre nakli olmuş hastaların da bulunduğu steroide dirençli GvHH olan 55 hastada in vitro olarak çoğaltılmış MKH lerin 30 hastada tam yanıt, 9 hastada ise klinik düzelme sağladığını göstermişlerdir (39). Mezenkimal kök hücrelerle eş zamanlı kültür ortamına konularak çoğaltılan kordon kanı hücreleri ile gerçekleştirilen kök hücre nakillerinde MKH kullanımının oldukça güvenli olduğu ve engrafmanı hızlandırdığı gösterilmiştir (40). Sonuç olarak; MKH ler önemli immünmodülatör özelliklere sahiptir. Ancak bu özelliklerini gösterebilmeleri zemindeki inflamatuar süreç ile yakından ilişkilidir. MKH ler hücre-hücre etkileşimi ve parakrin yolla inflamatuar yanıtı düzenlerken, birçok hücresel aracı da inflamatuar yanıtın yönlendirilmesine ve doku yenilenmesine katkıda bulunmaktadır. Kusursuz performans sergileyen bu orkestrada MKH ve mikroçevre arasında canlı bir etkileşim akıp gitmekte ve mikroçevre MKH lerin immünmodülatör etkisini her aşamada yeniden şekillendirmektedir. Kaynaklar 1. Ennis WJ, Sui A, Bartholomew A. Stem cells and healing: Impact on inflammation. Adv Wound Care (New Rochelle) 2013;2: Zaher W, Harkness L, Jafari A, Kassem M. An update of human mesenchymal stem cell biology and their clinical uses. Arch Toxicol 2014;88: Lotfinejad P, Shamsasenjan K, Movassaghpour A, Majidi J, Baradaran B. Immunomodulatory nature and site specific affinity of mesenchymal stem cells: A hope in cell therapy. Adv Pharm Bull 2014;4: Hong IS, Lee HY, Kang KS. Mesenchymal stem cells and cancer: Friends or enemies? Mutat Res Fundam Mol Mech Mutagen Knaan-Shanzer S. Concise review: The immune status of mesenchymal stem cells and its relevance for therapeutic application. Stem Cells 2014;32: Ma S, Xie N, Li W, Yuan B, Shi Y, Wang Y. Immunobiology of mesenchymal stem cells. Cell Death Differ 2014;21: DiMarino AM, Caplan AI, Bonfield TL. Mesenchymal stem cells in tissue repair. Front Immunol 2013;4: Soleymaninejadian E, Pramanik K, Samadian E. Immunomodulatory properties of mesenchymal stem cells: Cytokines and factors. Am J Rep Immunol 2012;67: Bernardo ME, Fibbe WE. Mesenchymal stem cells: Sensors and switchers of inflammation. Cell Stem Cell 2013;13: MacFarlane RJ, Graham SM, Davies PSE, Korres N, Tsouchnica H, Heliotis M, Mantalaris A, Tsiridis E. Anti-inflammatory role and immunomodulation of mesenchymal stem cells in systemic joint diseases: Potential for treatment. Expert Opin Ther Targets 2013;17: Li Z, Jiang CM, An S, Cheng Q, Huang YF, Wang YT, Gou YC, Xiao L, Yu WJ, Wang J. Immunomodulatory properties of dental tissue derived mesenchymal stem cells. Oral Dis 2014;20:25-34.

10 MEZENKİMAL KÖK HÜCRE VE İMMÜNMODÜLASYON Bieback K, Wuchter P, Besser D, Franke W, Backer M, Ott M, Pacher M, Ma N, Stamm C, Klüter H, Müller A, Ho AD; START-MSC consortium. Mesenchymal stromal cells: Science and f(r)iction. J Mol Med (Berl) 2012;90: Yagi H, Soto-Gutierrez A, Parekkadan B, Kitagawa Y, Tompkins RG, Kobayashi N, Yarmush ML. Mesenchymal stem cells: Mechanisms of immunomodulation and homing. Cell Transplant 2010;19: Hoogduijn MJ, Popp F, Verbeek R, Masoodi M, Nicolaou A, Baan C, Dahlke MH. The immunmodulatory properties of mesenchymal stem cells and their use for immunotherapy. Int Immunopharmacol 2010;10: Weil BR, Manukyan MC, Herrmann JL, Abarbanell AM, Poynter JA, Wang Y, Meldrum DR. The immunomodulatory properties of mesenchymal stem cells: Implications for surgical disease. J Surg Res 2011;167: Ben-Ami E, Berrih-Aknin S, Miller A. Mesenchymal stem cells as an immunomodulatory therapeutic strategy for autoimmune diseases. Autoimmun Rev 2011;10: Marigo I, Dazzi F. The immunomodulatory properties of mesenchymal stem cells. Semin Immunopathol 2011;33: Prockop DJ, Oh JY. Mesenchymal stem/stromal cells: Role as guardians of inflammation. Mol Ther 2012;20: Tanabe S. Role of mesenchymal stem cells in cell life and their signaling. World J Stem Cells 2014;6: Duffy MM, Ritter T, Ceredig R, Griffin MD. Mesenchymal stem cell effects on T cell effector pathways. Stem Cell Res Ther 2011;2: Menard C, Tarte K. Immunoregulatory properties of clinical grade mesenchymal stromal cells: Evidence, uncertainties and clinical application. Stem Cell Res Ther 2013;4: Kim N, Im KI, Lim JY, Jeon EJ, Nam YS, Kim EJ, Cho SG. Mesenchymal stem cells for the treatment and prevention of graft versus host disease: Experiments and practice. Ann Hematol 2013;92: Hao L, Sun H, Wang J, Wang T, Wang M, Zou Z. Mesenchymal stromal cells for cell therapy: Besides supporting hematopoiesis. Int J Hematol 2012;95: Salem HK, Thiermann C. Mesenchymal stromal cells: Current understanding and clinical status. Stem Cells 2010;28: Ren G, Chen X, Dong F, Li W, Ren X, Zhang Y, Shi Y. Concise review: Mesenchymal stem cells and translational medicine: Emerging issues. Stem Cells Trans Med 2012;1: Dazzi F, Lopes L, Weng L. Mesenchymal stromal cells: A key player in innate tolerance. Immunology 2012;137: Dazzi F, Krampera M. Mesenchymal stem cells and autoimmune diseases. Best Pract Res Clin Haematol 2011;24: Polchert D, Sobinsky J, Douglas G, Kidd M, Moadsiri A, Reina E, Genrich K, Mehrotra S, Setty S, Smith B, Bartholomew A. IFN gamma activation of mesenchymal stem cells for treatment and prevention of graft versus host disease. Eur J Immunol 2008;38: Ren G, Zhang L, Zhao X, Xu G, Zhang Y, Roberts AI, Zhao RC, Shi Y. Mesenchymal stem cell mediated immunosuppression occurs via concerted action of chemokines and nitric oxide. Cell Stem Cell 2008;2: TÜRK HEMATOLOJİ DERNEĞİ

11 : Aronin CEP, Tuan RS. Therapeutic potential of the immunmodulatory activities of adult mesenchymal stem cells. Birth Defects Res C Embryo Today 2010;90: Wang J, Liao L, Tan J. Mesenchymal stem cell based experimental and clinical trials: Current status and open questions. Expert Opin Biol Ther 2011;11: Sun L, Akiyama K, Zhang H, Yamaza T, Hou Y, Zhao S, Xu T, Le A, Shi S. Mesenchymal stem cell transplantation reverses multiorgan dysfunction in systemic lupus erythrmatosus mice and humans. Stem Cells 2009;27: Rafei M, Campeau PM, Aguilar-Mahecha A, Buchanan M, Williams P, Birman E, Yuan S, Young YK, Boivin MN, Forner K, Basik M, Galipeau J. Mesenchymal stromal cells ameliorate experimental autoimmune encephalomyelitis by inhibiting CD4 Th17 T cells in a CC chemokine ligand 2-dependent manner. J Immunol 2009;182: Fiorina P, Jurewicz M, Augello A, Vergani A, Dada S, La Rosa S, Selig M, Godwin J, Law K, Placidi C, Smith RN, Capella C, Rodig S, Adra CN, Atkinson M, Sayegh MH, Abdi R. Immunomodulatory function of bone marrow derived mesenchymal stem cells in experimental autoimmune type 1 diabetes. J Immunol 2009;183: Sanchez L, Gutierrez-Aranda I, Ligero G, Rubio R, Munoz-Lopez M, Garcia-Perez JL, Ramos V, Real PJ, Bueno C, Rodriguez R, Delgado M, Menendez P. Enrichment of human ESC-derived multipotent mesenchymal stem cells with immunosuppressive and anti-inflammatory properties capable to protect against experimental inflammatory bowel disease. Stem Cells 2011;29: Keman NA, Bartsch G, Ash RC, Beatty PG, Champlin R, Filipovich A, Gajewski J, Hansen JA, Henslee-Downey J, McCullough J, et al. Analysis of 462 transplantations from unrelated donors facilitated by the National Marrow Donor Program. N Eng J Med 1993;328: Müller I, Kordowich S, Holzwarth C, Isensee G, Lang P, Neunhoeffer F, Dominici M, Greil J, Handgretinger R. Application of multipotent mesenchymal stromal cells in pediatric patients following allogeneic stem cell transplantation. Blood Cells Mol Dis 2008;40: Prasad VK, Lucas KG, Kleiner GI, Talano JA, Jacobsohn D, Broadwater G, Monroy R, Kurtzberg J. Efficacy and safety of ex vivo cultured adult mesenchymal stem cells (ProchymalTM)in pediatric patients with severe refractory acute graft versus host disease in a compassionate use study. Biol Blood Marrow Transplant 2011;17: Le Blanc K, Frassoni F, Ball L, Locatelli F, Roelofs H, Lewis I, Sundberg B, Bernardo ME, Remberger M, Dini G, Egeler RM, Bacigalupo A, Fibbe W, Ringdén O; Developmental Committee of the European Group for Blood and Marrow Transplantation. Mesenchymal stem cells for treatment of steroid resistant severe acute graft versus host disease : A phase II study. Lancet 2008;371: De Lima M, McNiece I, Robinson SN, Munsell M, Eapen M, Horowitz M, Alousi A, Saliba R, McMannis JD, Kaur I, Kebriaei P, Parmar S, Popat U, Hosing C, Champlin R, Bollard C, Molldrem JJ, Jones RB, Nieto Y, Andersson BS, Shah N, Oran B, Cooper LJ, Worth L, Qazilbash MH, Korbling M, Rondon G, Ciurea S, Bosque D, Maewal I, Simmons PJ, Shpall EJ. Cord blood engraftment with ex vivo mesenchymal cell coculture. N Eng J Med 2012;367: