パートⅠ：正常体温の機械灌流を受けている腎臓移植片の代謝的必要性
Mar 21, 2022
ali.ma@wecistanche.com
パートⅠ：正常体温の機械灌流を受けている腎臓移植片の代謝的必要性
Asel S. Arykbaeva、Dorottya K. de Vries＆etal。
臓器移植における重要な課題は世界的なものですドナー臓器の不足。 差し迫った要求のために、ほとんどの移植センターは、高齢でリスクの高いドナーからの臓器を徐々に受け入れています。 同時に、これらの臓器が機能しない、または移植後に最適に機能しない可能性があるという認識されたリスクのために、多くの移植片が廃棄されます。 移植片の有用性を高め、移植の結果を改善するための1つの戦略は、ドナー臓器のex-situ灌流によるより客観的な品質評価ツールの実装であり、それによって灌流移植片の機能テストと生存率向上のためのウィンドウを作成します。 、'若返り、そして再生。 複数の試験により、腎臓移植片の生息域外低体温灌流が実行可能で安全であり、臨床転帰が改善されることが示されています。 明らかな次のステップは、（準）正常体温マシン灌流（NMP）の導入でした。 NMPの実現可能性はいくつかの試験で証明されていますが、現在の腎臓のNMPプロトコルは、主に短期間のNMPに関する研究である先駆的な概念実証研究を反映しています。 特定の代謝の前提条件は、灌流の特定の目的によってある程度異なる場合があります。 4つのR。 蘇生、若返り、および機能評価を目的としたより短い灌流は、代謝の柔軟性を最適に維持する代謝物を提供するはずです。 修復と若返りを目的としたより長い灌流には、必須アミノ酸やビタミンなどの同化因子の追加の必要性が伴います。 現在のプロトコルはすべて、赤血球または代替酸素運搬体、アルブミンなどの等張液または/およびコロイド溶液、およびエネルギー源としてのグルコースとアミノ酸2-5、10-1による継続的な灌流に基づいています。 .4公開されているプロトコル（灌流液の組成を含む）の詳細な概要を表1.33、9、10に示します。
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これまでのヒト5,12,13腎臓のすべてのNMP研究が乳酸灌流液レベルの蓄積を報告しているという観察に基づいて、現在のNMP条件下では生理学的代謝状態が確立されていないと主張することができます。廃棄された腎臓の使用、移植のために受け入れられた腎臓のNMP中にも乳酸の蓄積が観察されます。したがって、現在のNMP灌流プロトコルは、生存可能な移植片における生理学的代謝状態の誘導に必要な最適条件をまだ必要としません。プロトコルは、いわゆる「限界」腎移植片の蘇生および/または修復に必要な生存率試験または長期灌流の最適条件を模倣します。
腎臓は代謝的に非常に活発な器官であり、心臓と同様の質量エネルギーあたりの要件があり、特定の基質の好みと代謝機能を持っています。 後者の側面は、臓器固有の動静脈濃度の違いによって示される代謝物の取り込みと放出の腎臓固有のパターン、および体の乳酸処理におけるその重要な役割によって明確に示されています5.さらに、腎臓の機能的多様性は、不均一な代謝プロファイルに変換されます特殊な機能サブユニットごとに異なる基質の好みがあります。 結果として、最適なNMPプロトコルは、腎臓の代謝要件に対処し、通常は栄養素を補充して老廃物を処分する身体の恒常性システムの欠如を補う必要があります。
いわゆる「限界」腎移植片の生存率試験または回復のためのNMPには、さらに厳しい要件が伴う場合があります。 これらの「限界」腎臓移植片は、高齢のドナーからの移植片、知覚された高リスクのドナーからの移植片、および/またはかなりの調達ストレス（前尖虚血など）を持続した移植片を含む不均一なグループを構成します。 これらの状態はすべて、回復力の低下に関連しています。そのため、「わずかな」腎臓移植片は、代謝の可塑性の低下を示す可能性があります。同化状態をサポートし、ex-situ移植片再生を目的とした長期NMPの代謝前提条件を満たすには、より適切に調整された灌流プロトコルが必要になる可能性があります。
このレビューの焦点は、腎NMPの代謝的側面の理論的枠組み（すなわち、移植片灌流中に最適な代謝サポートを提供する方法）を提供することです。 レビューからの結論は（部分的に）他の臓器に変換される可能性がありますが、それでも、基質の好みに関しては臓器固有の大きな違いが存在します。 臓器特異的な違い（心筋の好ましい代謝基質としての長鎖酪酸など）の評価は、レビューの範囲を超えて検討されました。 同様に、酸素供給の側面は、レビューの範囲を超えて検討されました。 このレビューは、炭水化物、脂肪酸、アミノ酸の3つの主要な代謝ダスターとともに構成され、微量栄養素の供給に関する考慮事項が続きます。 最後に、NMPのコンテキストで代謝恒常性を監視するためのオプションの実用的な概要が提供されます。 腎臓の代謝生理学の側面に関する参照データは、腎臓に動静脈採血を適用したヒト（生体ドナー）およびブタの研究に大きく依存しています。
炭水化物
一般的に、特に腎臓の場合、現在のNMPプロトコルは、主に灌流グラフトの代謝基質としてグルコースに依存しています。 しかし、ヒトの腎臓での動静脈測定によって決定されるように、腎臓からのグルコースの取り込みまたは放出がないことは、最小限の腎グルコース異化作用を意味する可能性があります（図1'）。 この全体的な観察は、腎炭水化物代謝の特定の複雑で空間的に多様な組織を無視しており、一部の領域は解糖に依存しており、他の領域はグルコースに積極的に関与しています。
22この多様性は、機能的な異形成に続く15。腎臓の不均一性と、細胞の代謝率の幅広い地域的変動、および局所的な酸素分圧の大きな違い。 皮質糸球体は、主に「パッシブ」フィルターとして機能する、十分に酸素化された血管構造を表しています。 一方、延髄細管は、一連の非常に活性で代謝的に要求の厳しいポンプを表しています27,2。しかし、ヘンレループの向流集中メカニズムの必然的な結果として、より深い延髄の側面は深刻な低酸素にさらされます。 したがって、この領域の細胞は解糖系（酢酸生成）であり、無酸素症に対して比較的耐性があると報告されています（図2-）。
乳酸の放出がない、または生理学的条件下での循環からの正味の乳酸の取り込み5,16,18は、より深い髄質で形成された乳酸が臓器内で効率的に除去されることを意味します。 最近の研究では、近位尿細管が乳酸処理の主要部位であることが確認されています。
腎臓の糖新生能力はグルコース非依存性を意味するかもしれませんが、糖新生は同化プロセスであり、したがって移植片に回避可能なエネルギー負荷を課すことを指摘することが重要です。 さらに、グルコースの不十分な利用可能性は、移植片の代謝可塑性（すなわち、代謝能力を維持するために異なる代謝基質を切り替える生理学的能力）を著しく妨害する可能性がある。 結果として、適切なブドウ糖供給の提供は、NMPの重要な必要条件です。 これに関連して、血液（灌流液）グルコースが糸球体限外濾過液にろ過され、その後活発に再吸収されるため、超生理学的グルコース濃度が灌流腎臓内の近位曲尿細管に回避可能な代謝負荷（局所負荷）を課すことを考慮することが重要です。近位曲尿細管。 ブドウ糖の再吸収のこのプロセスは、腎臓の主要なエネルギーを必要とするプロセスの1つです。 したがって、NMP中のエネルギー要件を最小限に抑えるという観点から、灌流液の生理的グルコース濃度は3.5〜5.5 mmol/Lに維持する必要があります。 ナトリウム-グルコース共輸送体2阻害剤などの活性グルコース輸送体に対する医薬品の干渉が原因である可能性があると推測できます。 遠位尿細管によるグルコース再吸収に関連するエネルギー必要量/負担を最小限に抑えるため、NMPのコンテキストで有利です。 5,36
まだ解決されていない問題は、NMP中にインスリンも提供されるべきかどうかです。 グルコースの流入は、グルコーストランスポーター（GLUT）のファミリーによって制御され、そのほとんどはインスリンに依存しません。 例外は、食後のブドウ糖処理を制御するインスリン依存性GLUT4です。 GLUT4は腎臓でも発現しているため、NMP中のインスリン補給を検討する必要があります。
表1| ハードウェアの概要（灌流制御モード、圧力、およびガス供給）、灌流液の組成、およびさまざまなプロトコルの腎臓のNMP中に提供されるサプリメント
乳酸の取り込みとは別に、動静脈濃度の違いは、腎臓がクエン酸やリンゴ酸などの有機酸も循環から取り除くことを示しています。 どちらもクエン酸回路の直接的な中間体です。 クエン酸塩については、このクリアランスはクエン酸塩処理システムの一部としての尿中排泄メカニズムを反映していると推測されています。 それでも、マウスでのトレーサー研究と移植直後の段階での一時的な無尿の死亡ドナー移植片による持続的なクエン酸塩クリアランスは、クエン酸塩が尿中に分泌されるだけでなく、少なくとも部分的に腎臓によって代謝されることを意味します。腎臓NMPの文脈での炭素源。
図1| Lindeman et al。によって収集されたサンプル中の（健康な）生きている腎臓ドナー（n [5）の腎前（動脈[A];赤）および腎後（静脈[V];青）の血液サンプルにおけるグルコースおよびクレアチニン濃度の動静脈測定。、16は、臨床化学研究所によって標準的な方法で測定されました。（a）より低い静脈クレアチニンレベルは、腎臓のクレアチニンクリアランスを示しています。 （b）異なるドナー間でのグルコース取り込みの変化は、不均一な炭水化物の代謝回転を反映しています。 Lindeman JH、Wijermars LG、KostidisSなどから採用。 探索的臨床評価の結果は、再灌流後の即時かつ持続的な代謝麻痺が腎虚血再灌流傷害を引き起こすことを示唆しています。 K
上記の観察結果は、炭水化物と有機酸の恒常性の生理学的制御における腎臓の中心的な役割を示唆しています。 実際、臨床研究は、急性腎障害が、乳酸クリアランスの深刻な障害を含む炭水化物代謝の深刻な混乱と関連していることを示しています。 同様の方針に沿って、再灌流後の乳酸動態の違い（動静脈濃度の違い）は、腎移植後の再灌流後の代謝能力の異なるレベルを区別します（図3'）。 したがって、乳酸代謝は移植片代謝能力の読み出しとして使用できると推測することができます。 この点で、進行性の灌流液乳酸蓄積は、ヒトの廃棄された腎臓移植片を使用するNMP実験で観察された51.15は、現在のNMP条件下での生理学的代謝恒常性の回復に挑戦する。
NMP中の乳酸の蓄積は、赤血球で生成された乳酸の廃棄を反映している可能性がありますが（直接的な乳酸の酸化および/または乳酸のグルコースへの変換[Cori cyde]による）、乳酸の蓄積は進行中の腎乳酸に大きく関係している可能性があります現在のNMP条件下での酸化的リン酸化障害の結果としての産生。 灌流液の乳酸レベルが上昇すると、代謝性アシドーシスが発生します。 このアシドーシスは、重炭酸塩を灌流液に滴定することによって効率的に修正できますが、乳酸の蓄積は、腎臓および赤血球の乳酸デヒドロゲナーゼ活性の生成物阻害をもたらし、その結果、形成されたピルビン酸の乳酸への還元を損なう可能性があります。 解糖経路のこの最終ステップは、解糖中に形成された還元型NADからニコチンアミドアデニンジヌクレオチド陽性（NADプラス）を再生することにより、酸化還元中性を維持するために重要です。 結果として、乳酸レベルの増加に起因する乳酸デヒドロゲナーゼ生成物の阻害は、細胞の酸化還元ストレスをもたらす可能性がある。
図2| 腎臓が単純化された経路で利用する代謝基質の概略図。通常の条件下では、乳酸は糖新生に使用され、グルコース、酪酸、グルタミン（アミノ酸）、そして場合によってはクエン酸塩が酸化的リン酸化を促進するために使用されます。 低酸素状態または高エネルギー需要の条件下では、解糖が活性化され、腎臓から乳酸が正味放出されます。 NAD、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド; NADH、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド; NH3、アンモニア。
腎臓は、この糖新生能力を肝臓と共有するだけでなく、肝臓に比べてグリコーゲン分解システムを備えていませんが、グリコーゲンを貯蔵する能力も持っています。 結果として、断続的な絶食中の血糖値の維持における腎グリコーゲン分解の役割は限定的であると報告されています24。それでも、腎臓グリコーゲン貯蔵と虚血性腎損傷の程度との間に逆相関が見られるため、グリコーゲン貯蔵は内因性として機能する可能性があります移植片の調達や移植などの極端な条件下でのエネルギーバッファー。 その結果、NMPによる腎グリコーゲン貯蔵の保存または再確立さえも有益であると推測することができます。
図3| 腎移植後の腎代謝能力のさまざまなレベルを示す乳酸動態。曲線は、相対的な腎臓の動脈（赤）と静脈（青）の乳酸レベルを反映しています。 貯蔵中に蓄積された乳酸の最初の洗い流し（灰色のバーで示されている）および解糖の即時（生きているドナー）または遅延（遅延グラフト機能[DGF]のない死亡したドナー移植片）抑制（緑色のバーで示されている）。 DGFの有無にかかわらず死亡したドナー移植片における一過性の持続性正常酸素解糖（赤いバーで示されている）。 Lindeman JH、Wijermars LG、KostidisSなどから採用。 探索的臨床評価の結果は、再灌流後の即時かつ持続的な代謝麻痺が腎虚血再灌流傷害を引き起こすことを示唆している
脂肪酸
現在の灌流プロトコルは本質的にグルコース中心ですが、腎臓は心臓と同様に主要な燃料源として酪酸に依存していることが研究で示されています7。 ）酪酸、腎臓は本質的に中鎖脂肪酸（MCFA）を燃料とします（図46および補足表S2）。
図4| 中鎖酪酸（MCFA）と長鎖酪酸（LCFA）の（健康な）生体ドナー腎臓における動静脈（AV）濃度の違いは、MCFAに対する腎臓の優先度を示しています。
MCFAの腎臓の好みは、特定のトランスポーターとカルニチンシャトルによって原形質膜とミトコンドリア膜を通過する特定の膜貫通トランスポーターに依存しないため、長鎖脂肪酸に比べていくつかの利点があります。 したがって、MCFAは、脂肪酸の酸化が発生するミトコンドリア内膜を介して単純に拡散することができます。 NMP中の腎代謝生理学を最適に模倣することを目的として、NMP中のMCFAの提供を検討する必要があります。 これに関連して、ほとんどの非経口脂質エマルジョン製剤は本質的に長鎖脂肪酸ベースであり、したがって腎NMPには最適ではありません。 ただし、MCFAが豊富な処方が利用可能です：リポファンディン（MCFA 10パーセント）およびスモフリピッド（MCFA 6パーセント）。 腎臓による長鎖酪酸の明らかな最小限の酸化を考えると、これらの溶液へのMCFAのさらなる濃縮が好ましいかもしれません。
NMP中の脂質送達には、いくつかの課題が伴います。 血漿脂肪酸の大部分はアルブミンによって運ばれ、非結合酪酸はごくわずかな部分しか表していない（<0.01%)of the="" total.="" more="" important,="" clinical-grade="" albumin,="" most="" often="" used="" in="" the="" nmp="" protocols,="" has="" not="" undergone="" any="" pretreatment="" to="" free="" fatty="" acid="" binding="" sites.="" as="" a="" result,="" binding="" sites="" will="" be="" occupied="" mainly="" by="" the="" naturally="" dominating="" long-chain="" fatty="" acids.="" furthermore,="" nmp="" is="" performed="" in="" an="" isolated,="" closed,="" and="" limited="" volume="" setup.="" as="" a="" consequence,="" the="" system="" has="" a="" limited="" lipid="" buffering="" capacity="" (because="" no="" adipose="" tissue,="" muscle,="" and="" liver="" are="" included),="" which="" imposes="" challenges="" with="" respect="" to="" the="" maintenance="" of="" mcfa="" supply="" and="" potential="" lipotoxicity.="" in="" the="" light="" of="" the="" limited="" free="" fatty="" acid="" carrying="" capacity="" of="" plasma="" or="" its="" derivates,="" it="" could="" be="" argued="" that="" preference="" should="" be="" given="" to="" lauric="" acid(c12:0)enrichment="" because="" this="" mcfa="" has="" the="" highest="" per="" molecule="" energy="">
図5| 代謝状態の測定。 腎臓の正常体温の機械灌流中の代謝状態を監視するために適用できる液体バイオマーカーのクラスターを示す概略図。ATP、アデノシン三リン酸; GTP、グアノシン三リン酸。
エネルギー源としての役割とは別に、必須の不飽和脂肪酸やコレステロールなど、細胞機能に重要な他の脂質クラスの提供は、特に臓器再生を目的としたプロトコルでは、長期のNMP中に検討する必要があります。 ただし、NMPプロトコルに不飽和脂肪酸を含めることには特定のリスクが伴います。 不飽和脂肪酸は、特に灌流中またはヘムベースの酸素運搬体を使用する場合の溶血7の結果として放出される過剰な遊離ヘモグロビン/ヘムの存在下で、酸化ストレスおよび脂質過酸化を促進する可能性があります
