Renal allograft rejection in chemokine receptor Ccr1-/-, Ccr5-/- and Ccr1-/-/Ccr5-/- mice and impact of Ccr5 deficiency on macrophage polarization

Abstract

Previous studies showed that loss of the chemokine receptor Ccr1 or Ccr5 has a beneficial effect on survival of cardiac, carotid, corneal and islet allografts in mice. Additionally, human renal allograft recipients homozygous for a null allele of CCR5 (CCR5delta32) experience significantly prolonged allograft survival. To analyze the mechanisms underlying reduced allograft rejection in Ccr1-/- and Ccr5-/- recipient mice, a renal transplantation model was utilized, that allowed the study of the acute (7d) and the clinically more important phase of chronic (42d) allograft rejection. Ccr1-/-/Ccr5-/- mice were included to analyze whether loss of both receptors is accompanied by additional improvements. Reduced graft fibrosis, leukocyte infiltration and improved histopathology were observed in all knock-out groups, but additional improvements in Ccr1-/-/Ccr5-/- recipients were limited to certain aspects at 42d. Ccr1-/- and Ccr5-/- recipients showed significantly diminished mRNA levels of Th1-associated cytokines and chemokines at 7d. Expression of these genes was restored to wildtype levels in Ccr1-/-/Ccr5-/- recipients at 7d explaining the few additional improvements in Ccr1-/-/Ccr5-/- recipients. Ccr1-/- recipients showed Th17-shifted immune responses, while Ccr5-/- recipients exhibited dramatically increased alternative macrophage activation (AMA) at 42d which might explain the beneficial effects on long-term allograft survival observed in CCR5delta32/delta32 human transplant recipients. AMA was also observed in unchallenged spleens and elicited peritoneal macrophage of Ccr5-/- mice indicating a general role for CCR5 in macrophage polarization. Results of bone marrow-derived macrophages suggest that strain differences influence macrophage polarization and that BALB/c allografts favor the induction of AMA in Ccr5-/- macrophage. In conclusion, Ccr1 or Ccr5 deficiency in recipients has beneficial effects on renal allograft rejection though the underlying mechanisms may be different and might lead to the observed ambiguous effects in Ccr1-/-/Ccr5-/- recipients. Furthermore, no indication for redundant functions of CCR1 and CCR5 was found during renal allograft rejection.

In vorangehenden Studien konnte gezeigt werden, dass sich der Verlust der Chemokinrezeptoren Ccr1 oder Ccr5 positiv auf das Überlaben von Herz-, Karotiden-, Hornhaut- und Inselzelltransplantaten in Mäusen auswirkt. Außerdem zeigen Nierentransplantationspatienten mit homozygotem CCR5delta32 Genotyp (humaner CCR5-„knockout“) ein signifikant verlängertes Transplantatüberleben. Um die Mechanismen zu untersuchen, die der verminderten Transplantatabstoßungsreaktion in Ccr1- und Ccr5-defizienten Empfängermäusen zu Grunde liegen, wurde ein Nierentransplantationsmodell genutzt, das sowohl die Analyse der akuten (7d nach Transplantation) als auch der klinisch wichtigeren Phase der chronischen (42d nach Transplantation) Abstoßungsreaktion erlaubt. Doppelt-defiziente Mäuse (Ccr1-/-/Ccr5-/-) wurden in die Studie aufgenommen, um die Frage zu beantworten, ob der gleichzeitige Verlust beider Rezeptoren zu zusätzlichen Verbesserungen des Transplantatzustandes im Vergleich zu Ccr1- und Ccr5-defizienten Empfängern führt. In allen Knockout-Gruppen wurden reduzierte Transplantatfibrose, verringerte Leukozyteninfiltration und Verbesserungen in der Histopathologie der Transplantate beobachtet. Allerdings waren zusätzliche Verbesserungen in Ccr1-/-/Ccr5-/- Empfängern auf einige wenige Aspekte bei 42d beschränkt. Ccr1-/- und Ccr5-/- Empfängertiere zeigten signifikant verringerte mRNA-Spiegel von Th1-assoziierten Zytokinen und Chemokinen während der akuten Phase der Abstoßungsreaktion im Vergleich zu Wildtyp Empfängern. Im Gegensatz zu diesen Befunden blieb die Expression dieser Gene in Ccr1-/-/Ccr5-/- Empfängern verglichen mit Wildtyp Empfängern bei 7d unverändert, wodurch der geringe Umfang zusätzlicher Verbesserungen durch den Verlust beider Rezeptoren erklärt werden könnte. Während Ccr1-/- Empfänger Th17-polarisierte Immunreaktionen zeigten, wurde 42 Tage nach Transplantation in Ccr5-/- Empfängertieren ein dramatischer Anstieg alternativ aktivierter Makrophagen beobachtet. Dieser Befund könnte die beobachtete Verlängerung des Transplantatüberlebens in CCR5delta32/delta32 Patienten erklären. Milzen naiver Ccr5-defizienter Mäuse und Peritonealmakrophagen aus Ccr5-/- Mäusen zeigten ebenfalls erhöhte alternative Aktivierung von Makrophagen, was auf eine generelle Funktion von CCR5 während der Makrophagenpolarisierung hindeutet. Untersuchungen von Knochenmark-abgeleiteten Makrophagen legen den Schluss nahe, dass Stammunterschiede die Makrophagenpolarisierung beeinflussen und, dass BALB/c Transplantate die alternativen Aktivierung von Ccr5-/- Makrophagen begünstigen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass sich sowohl der Verlust von Ccr1 als auch von Ccr5 in den Empfängern von Nierentransplantaten positiv auf den Transplantatzustand auswirkt, obwohl die zu Grunde liegenden Mechanismen wahrscheinlich unterschiedlicher Natur sind, was zu den beobachteten geringen zusätzlichen Effekten bei gleichzeitigem Verlust beider Rezeptoren führen könnte. Desweiteren konnten keine Anzeichen für redundante Funktionen von CCR1 und CCR5 während der Abstoßung von Nierentransplantaten nachgewiesen werden.