Advances in the characterization of rejection-related lesions in kidney transplant pathology

Abstract

El trasplantament renal és el tractament d’elecció per a la majoria dels pacients amb malaltia renal avançada que requereixen tractament renal substitutiu, ja que ofereix una supervivència i qualitat de vida superiors en comparació amb la diàlisi. No obstant, la supervivència a llarg termini de l’empelt continua veient-se limitada pel dany immunològic crònic. Tot i que l’avaluació histopatològica convencional continua essent l’estàndard de referència per a establir el diagnòstic de les biòpsies renals, no sempre permet capturar la complexitat de les lesions mediades per mecanismes immunològics especialment en biòpsies amb fenotips incomplets. Aquesta tesi doctoral explora el perfil clínic, immunològic i molecular de dos d’aquests fenotips: la inflamació micorvascular (MVI) en absència d’anticossos anti-HLA específics del donant i de depòsit de C4d, i l’endarteritis (lesions v) aïllada.

El primer estudi va incloure 221 receptors de trasplantament renal amb biòpsies classificades com a rebuig mediat per anticossos (ABMR), MVI aïllada o troballes histològiques normals. Mitjançant una anàlisi combinada d’immunofenotipat de poblacions limfocitàries en sang perifèrica per citometria de flux i immunohistoquímica de l’empelt, es va demostrar que la MVI aïllada presenta una infiltració citotòxica intensa composta per cèl·lules T CD8+ als glomèruls i una baixa presència de cèl·lules plasmàtiques en comparació amb l’ABMR. En canvi, la infiltració de cèl·lules NK va ser similar en ambdós grups. A més, es va observar un descens en el recompte perifèric de cèl·lules T en la MVI aïllada respecte als controls, mentre que el recompte de cèl·lules NK estava disminuït tant en la MVI com en l’ABMR. Aquests resultats suggereixen un mecanisme de lesió endotelial citotòxica potencialment independent d’anticossos.

El segon estudi va analitzar 92 biòpsies renals amb endarteritis, comparant lesions v aïllades amb altres tipus de rebuig amb afectació vascular, estratificades segons el temps d’aparició post-trasplantament. Es va observar una divergència clínica clara: les lesions v aïllades precoces (≤1 mes post-trasplantament) s’associen amb una funció retardada de l’empelt, alta incidència de no funció primària i baixa supervivència a l’any post-trasplantament. En canvi, les lesions v aïllades tardanes (>1 mes) s’associaren amb una evolució clínica favorable. L’anàlisi transcriptòmic mitjançant el panell NanoString Human Organ transplant (B-HOT) mostrà una baixa expressió de gens relacionats amb el rebuig mediat per cèl·lules T i ABMR en els grups amb lesions v aïllades. A més, les lesions d’endarteritis aïllada precoces mostraren una sobreexpressió de transcrits relacionats amb el dany tissular i la reparació —com SERPINA3 i ADAMTS1— en comparació amb les lesions tardanes, la qual cosa dóna suport a la hipòtesi d’un mecanisme d'acció mediat per d’any d’isquèmia-reperfussió en aquests tipus de lesions.

En conjunt, aquests resultats qüestionen l’ús de la histologia com a única eina diagnòstica per al rebuig i posen de manifest les limitacions de l’enfocament dicotòmic de la classificació de Banff per reflectir l’heterogeneïtat del dany al·loimmunitari. La integració de l’immunofenotipat i la transcriptòmica permet un enfocament diagnòstic més precís i amb base biològica. Aquest marc multidimensional té el potencial de millorar l’estratificació del risc, guiar decisions terapèutiques individualitzades i, en darrer terme, optimitzar els resultats del trasplantament renal.

El trasplante renal es el tratamiento de elección para la mayoría de los pacientes con enfermedad renal avanzada que requieren tratamiento renal sustitutivo, ya que ofrece una supervivencia y calidad de vida superiores en comparación con la diálisis. Sin embargo, la supervivencia a largo plazo del injerto sigue viéndose limitada por el daño inmunológico crónico. Aunque la evaluación histopatológica convencional continúa siendo el estándar de referencia para establecer el diagnóstico de las biopsias renales, no siempre permite capturar la complejidad de las lesiones mediadas por mecanismos inmunológicos, especialmente en biopsias con fenotipos incompletos. Esta tesis doctoral explora el perfil clínico, inmunológico y molecular de dos de estos fenotipos: la inflamación microvascular (MVI) en ausencia de anticuerpos anti-HLA donante-específicos y de depósito de C4d, y la endarteritis (lesiones v) aislada.

El primer estudio incluyó a 221 receptores de trasplante renal con biopsias clasificadas como rechazo mediado por anticuerpos (ABMR), MVI aislada o hallazgos histológicos normales. Mediante un análisis combinado de inmunofenotipado de poblaciones linfocitarias en sangre periférica por citometría de flujo e inmunohistoquímica del injerto, se demostró que la MVI aislada presenta una infiltración citotóxica intensa de células T CD8+ en los glomérulos y una baja presencia de células plasmáticas en comparación con el ABMR. En cambio, la infiltración de células NK fue similar en ambos grupos. Además, se observó un descenso en el recuento periférico de células T en la MVI aislada respecto a los controles, mientras que el recuento de células NK estaba disminuido tanto en MVI como en ABMR. Estos hallazgos sugieren un mecanismo de lesión endotelial citotóxica potencialmente independiente de anticuerpos.

El segundo estudio analizó 92 biopsias renales con endarteritis comparando lesiones v aisladas con otros tipos de rechazo con afectación vascular, estratificadas según el tiempo de aparición postrasplante. Se observó una divergencia clínica clara: las lesiones v aisladas precoces (≤ 1 mes pos-trasplante) se asociaron con función retrasada del injerto, alta incidencia de no función primaria y baja supervivencia al año pos-trasplante. En cambio, las lesiones v aisladas tardías (> 1 mes) se asociaron con una evolución clínica favorable. El análisis transcriptómico mediante el panel NanoString Banff Human Organ Transplant (B-HOT) mostró una baja expresión de genes relacionados con el rechazo mediado por células T y ABMR en los grupos de lesiones v aisladas. Además, las lesiones de endarteritis aislada precoces mostraron una sobreexpresión de transcritos relacionados con el daño tisular y reparación —como SERPINA3 y ADAMTS1— comparado con las lesiones tardías, lo que apoya la hipótesis de un mecanismo de acción mediado por daño de isquemia-reperfusión en este tipo de lesiones.

En conjunto, estos hallazgos cuestionan el uso de la histología como única herramienta diagnóstica para el rechazo y ponen de manifiesto las limitaciones del enfoque dicotómico de la clasificación de Banff para reflejar la heterogeneidad del daño aloinmune. La integración del inmunofenotipado y la transcriptómica permite un enfoque diagnóstico más preciso y con base biológica. Este marco multidimensional tiene el potencial de mejorar la estratificación del riesgo, guiar decisiones terapéuticas individualizadas y, en última instancia, optimizar los resultados del trasplante renal.

Kidney transplantation (KT) is the treatment of choice for most patients with kidney failure who require kidney replacement therapy, offering superior survival and quality of life compared to dialysis. However, long-term allograft survival is still hindered by chronic alloimmune injury. While conventional histopathological assessment remains the gold standard of allograft evaluation, it does not always capture the full spectrum and complexity of immune-mediated damage, particularly in biopsies exhibiting incomplete phenotypes. This doctoral thesis explores the clinical, immunological, and molecular landscape of two such phenotypes: microvascular inflammation (MVI) in the absence of donor-specific anti-HLA antibodies and C4d deposition and isolated endarteritis (v-lesions).

The first study included 221 KT recipients with biopsies categorized into antibody-mediated rejection (ABMR), isolated MVI, and normal diagnoses. Through a comprehensive analysis combining peripheral blood immunophenotyping by flow cytometry and intragraft immunohistochemistry, it was shown that isolated MVI is characterized by intense cytotoxic infiltration of CD8+ T cells in glomeruli and low plasma cell involvement compared to ABMR. In contrast, NK cell infiltration was similar in both groups. Moreover, peripheral T cell counts were decreased in isolated MVI compared to controls, while NK cell counts were reduced in both MVI and ABMR groups. These features suggest that a cytotoxic, potentially antibody-independent immune mechanism is responsible for damage in MVI.

The second study focused on 92 kidney allograft biopsies with endarteritis, comparing isolated v-lesions to other types of rejection with vascular involvement, stratified by timing after KT. A clear divergence was observed: early isolated v-lesions (≤1 month post-transplant) were strongly associated with delayed graft function, high rates of primary nonfunction, and poor 1-year graft survival. In contrast, late isolated vlesions (>1 month) showed excellent outcomes. Transcriptomic profiling using the NanoString Banff Human Organ Transplant (B-HOT) panel revealed low expression of T-cell mediated rejection and ABMR gene signatures in isolated v+ groups. Moreover, early isolated v-lesions displayed upregulation of injury- and repair-related transcripts —such as SERPINA3 and ADAMTS1— compared to the late isolated v+ group, supporting a hypothesis of ischemia-reperfusion injury rather than classic alloimmune rejection.

Together, these findings challenge the traditional reliance on histology to define rejection and underscore the limitations of the current dichotomized Banff classification in capturing the full spectrum of alloimmune injury. Integrating immunophenotyping and transcriptomics offers a more nuanced and biologically informed diagnostic approach. This multidimensional framework may improve risk stratification, guide individualized treatment decisions, and ultimately improve graft outcomes.