移植免疫综述Word格式文档下载.docx

1、一 移植免疫学的起源 1.早期历史 历史上可见的最早的组织移植报道可追溯至公元前700年，一位名叫Sushrutu的外科医师首次将一患者的自体前额皮肤移植至折断的鼻子。时至15世纪，意大利的外科医生也开始尝试运用患者自体手臂皮瓣进行鼻成型术。1503年，诞生了第一例同种异体移植利用一位奴隶的皮肤重建了主人的鼻子。尽管上述移植的记载均获成功，但不过是夸大其词的神话而已。到了18世纪末，皮肤移植已成为一个广为接受的临床操作。但当时诸多外科医师甚至还没有来得及分清自体移植、同种异体移植以及异种移植。这些实践形成了被称为“动物园移植术”这一更大范围实践的基础。患者们接受了来自从猪到青蛙多种动物的供体。

2、Billingham指出，无人在意移植皮肤是否被“接受”，或是仅仅促进了伤口的愈合。事实上，这样的实践活动导致移植学出现一个困惑时期。由于当时移植机制尚未明了，尽管医师们满怀信心地尝试着各种移植并报道了今天我们所知的一系列手术，但以我们今天对移植学基本原理的了解，很明显，当时这些努力的结果只能是失败。随着血管吻合术的成熟，人们才渐渐开始了实体器官移植的历程。1908年，作为血管外科开创者之一的Alexis Carrel曾在九只猫之间实施双侧肾移植。虽然某些猫术后最长能维持25天排尿，但最终还是无一幸免。尽管后继者不断重复并改进Carrel的试验但在以后的30年时间里，无论在同种移植物存活时间的

3、延长研究方面，还是移植失败的原因分析方面，均未获得明显的进展。可是同一时期，与之密切相关的肿瘤移植研究却获得较大进展。1902年，Jenson发现如果将肿瘤移植至连续19代繁殖的小鼠体内，大约50的小鼠移植肿瘤能继续生长；但如果某些小鼠体内移植肿瘤呈现先生长后消减的趋势，那么该小鼠则能获得对该肿瘤的抵抗力；进一步，若预先进行正常组织移植，小鼠对随后的移植肿瘤具有抵抗力。尽管对于今天的我们而言，这些实验结果已揭示了大量移植免疫学中的基本原则，但当时的人们却未清楚地意识到：许多研究者仍推崇Paul Erlich l906年提出的“瘤营养不良”理论。此假说推断组织生长需依赖于某种完整器官产生的种属特

4、异性的活性物质，于是肿瘤移植后可继续生长至该“营养物质”耗尽。另外一些研究者则接受一种免疫力学说，认为他们正在研究的是针对肿瘤组织的一种特殊免疫现象。正如Sir Peter Medanar在演讲中所述：“几乎所有的人都认为他在用移植研究肿瘤，而事实上他是在用肿瘤研究移植。”1936年，一位俄罗斯外科医师Voronoy报道了第一例临床肾移植。很明显由于血型不合，患者在移植肾刚显现功能时就不幸死亡。二次大战后早些年间，全世界多个中心均开展了许多临床同型肾移植的尝试。1952年，第一例单卵双生子间肾移植终于在波士顿成功实施。此外，Sir Peter Madawar也获得移植领域中的另一重大突破。19

5、43年，Gibson与Madawar成功地为一位三度重烧伤的女患者实施了自体及异体皮肤移植，其中，异体皮取自患者的同胞兄妹。实施手术过程中，出于临床考虑，手术在间隔一周的时间里分两次进行，结果发现第二次移植术后，移植反应加剧。随后，Madawar继续进行了一系列兔子与小鼠的移植实验，并于1945年提出“同种移植皮肤的排斥来源于获得性免疫反应”的结论，至此揭示了临床移植学与免疫学的相关性。 2.近交系与移植法则 大量啮齿类动物近交系的建立，为移植排斥反应的遗传学研究提供了极其宝贵的动物模型。近交系由至少20代兄妹反复杂交后的子代组成。它们的遗传学背景相同，同一近交系中的个体除性染色体以外，其余染

6、色体均同源，因此能提供相同遗传背景的子代。在兄妹反复杂交以获得近交系的过程中，由于某些致死基因纯合子的形成，可造成某一特定系的丢失。但是鉴于存在大量的兄妹来源，对于某一特定的第一代动物杂交个体，最终也能获得至少数个近交系。19世纪早期，肿瘤生物学家发现小鼠近亲繁殖的子代相互之间肿瘤移植易于成功，而若在两系之间移植，则常常失败。Litter等系统性探究此现象，继而发明了近交系动物培育的生物学流程并发展了一系列近交系小鼠。根据小鼠肿瘤移植的研究结果，Litter总结出移植学的五大法则：在近交系内进行的移植可以获得成功。近交系内进行的移植不能成功。同系母代移植给F1子代可以成功，但反方向进行的移植将

7、失败。F2以及后面的所有子代移植给F1可获得成功。同系母代移植给F2代通常，但并总是失败。准确地说，这些并不算真正意义上的法则，而是一系列看起来含混不清的实验结果，显示移植排斥能力往往仅只存在于小鼠母代，在F1代丢失，但在F2代可重获。上述通过肿瘤（移植物）排斥实验来认识的遗传学法则与孟德尔基本原理不尽吻合。Litter的杰出贡献在于发现了移植排斥的基本原理及遗传学基础，并以此丰富并发展了孟德尔经典原理。Litter如果供体表达的任何组织相容性抗原在受体中个表达，则受体将对移植物发生排斥反应，他对这一不寻常的遗传方式的解释是：编码组织相容性抗原的基因一定是共显性表达；一定存在较大数量的组织相容

8、性基因座。在这样的前提下，F1代因能获得父母双方的全部组织相容性基因座上的等位基因，因此不会对来自母代、F2和其他任何子代的移植物发生排斥反应；F2代不能表达母代的全部组织相容性基因，因而对母代的同种移植物通常会发生排斥反应。基于近交系的建立及上述遗传法则的发现，我们能确定任意两个近交系内组织相容性基因的数量，并通过同系小鼠的建立来鉴定MHC。二 诱导移植排斥反应发生的供体抗原 1.主要组织相容性抗原MHC抗原在移植排斥中的作用很重要，如下表2-1简要概括了MHC抗原的重要生化特性。表2-1 MHC抗原性质MHC类抗原MHC类抗原单一多态性链1，2两条多肽链和3个结构域：1，2，3每条链有两个

9、结构域1，2和1，2Mr45000 Mr33000和28000与2微球蛋白相结合在人体内位于A，B和C基因座位在人体为DP、DQ和DR位点表达在所有组织和细胞表位表达在巨噬细胞、树突细胞和B细胞血管内皮细胞和活化的人T细胞表面不论体内或体外实验均证实，MHC抗原在诱导同种异型反应（指针对同一种属中不同个体间的免疫应答）中起着重要的作用。早期实验发现，小鼠间实施皮肤移植，如果MHC抗原不同，排斥反应多发生于术后810天；如果单一次要组织相容性抗原不同，排斥反应则多延至术后3周才发生。其他不同类型的移植实验也得出相同的结论。例如，在猪身上进行血管化器官肾移植，如果MHC配型吻合，即使不用免疫抑制药

10、物，部分移植也能获得成功，而MHC配型不合者，多于术后2周内死亡。但是，在评价MHC抗原诱导同种异型排斥反应发生的能力时，诸多实验均提示，必须同时满足MHC类及类抗原配型不合。小鼠皮肤移植实验显示，仅仅MHC类或类抗原不合，都不足以引起移植排斥反应发生，而且难于判断MHC抗原不匹配还是多个次要组织相容性抗原不匹配对移植物排斥更重要，特别是对皮肤移植物而言。体外实验证实，同种异型MHC抗原能引起异常强烈的T细胞应答。通常通过体外检测针对同种异型MHC抗原的细胞应答来反映免疫应答强度，此反应强度与同种反应性T细胞前体数量多少成正比。同种反应性T细胞有别于针对普通外来抗原的T细胞。同种异型MHC抗原

11、可激活高达占总数2的T细胞参与应答；而一般抗原却最多只能激发1l0000的T细胞。这极大的差别，并非由于同种异型MHC抗原存在种类繁多的抗原决定族已有实验证实，即便是MHC抗原仅有1个氨基酸残基存在差异，同种反应性T细胞前体频率仍末减少。同种反应件免疫应答异常强烈的机制，关键在于T细胞可直接识别同种异型MHC抗原，而不需自身MHC分子对其的处理及呈递。移植免疫学家称之为同种异型MHC抗原的直接识别方式。这种直接识别的发生基础在于同种异型MHC抗原与自身MHC抗原呈递的外源肽在本质上是相同的，简单概括即“同种异型抗原自身MHC抗原+X”。T细胞克隆既能特异性识别自身MHC分子呈递的抗原肽，又能直

12、接识别同种异型MHC抗原的实验结果，证实了以上的推论。由于在胸腺中T细胞库经过修饰自身MHC抗原的识别选择，因此它也具有大量能直接识别同种异型抗原的T细胞受体。对于同种异型T细胞高频率的机制分别有三种假说。特异性识别MHC抗原的T细胞受体基因存在遗传偏向；同种异型APC细胞上同种异型MHC抗原决定簇密度更高；供体APC细胞上的同种异型MHC抗原决定簇频度更高。尽管尚无法确立最后的结论，但现有的证据大多支持决定簇频率学说。另一方面，同种反应性可导致强烈免疫应答的现象，却与T细胞发育过程存在某种矛盾之处。人们认为脑腺内T细胞库成熟过程存在阳性选择，即只有能与自身MHC分子而非同种异型MHC分子所呈

13、递的抗原肽结合并反应的T细胞克隆才得以存活，换言之，针对同种异型MHC分子的免疫应答应当是微弱而非强烈的。例如，A个体内T细胞库经A胸腺选择后，能产生对自身抗原及B个体的耐受性，其T细胞能更有效地识别“A+X”，而非“B+X”。这一阳性选择的结论是建立在针对同种异型MHC分子的同种反应性T细胞已得以清除的阴性选择的基础上，但事实上，A个体仅仅能对A个体自身成分产生耐受，其T细胞不仅能识别“A+X”，同样能识别“B+X”甚至在未致敏条件下，也能识别“B”。所以，阳性选择是指T细胞能识别经修饰后的MHC分子，而能与自身MHC分子及自身抗原分子高亲和力结合的T细胞克隆已得以消除，所以尽管存在T细胞阳

14、性选择，绝大部分能识别同种异型MHC分子的T细胞克隆却未因阴性选择而被去除，同种异型反应从而得以发生。 2. 次要组织相容性抗原最初，区分“主要”或“次要”组织相容性基因是依据共编码蛋白所引起的排斥反应强度。随着MHC抗原的深入研究，发现上述的分类方法不科学。MHC类或类分子单独常常均不能诱发排斥反应，而几种次要组织相容性抗原不合也能迅速诱发排斥反应。所以，主要组织相容性抗原的定义应取决于其编码基因的位置及其MHC类或类蛋白结构特点。所以，次要组织相容件抗原是指与MHC结构不同、能引起细胞介导的排斥反应发生的一系列抗原。这一关于次要组织相容性抗原的定义并不包括所有非MHC同种异型抗原，而是侧重

15、于能引起T细胞免疫应答的抗原。比如某些能引起B细胞免疫应答而诱发排斥反应的糖蛋自，但血型抗原则不被归为次要组织相容性抗原。次要组织相容性抗原实际是与普通抗原相同、需经MHC呈递的供体抗原肽；这种MTC呈递的抗原肽可触发T细胞应答，机体对来源于自身蛋白的肽耐受而对来源于其他个体的同种型变异即多态性则发生应答。许多次要组织相容性抗原并不是细胞表面糖蛋白，而是细胞内蛋白，如核转录因子。任何一种细胞成分蛋白，只要其具备等位基因变异性，且此变异性能被MHC分子以免疫原形式呈递，则可被称为次要组织相容性抗原。上述关于次要组织相容性抗原的认识能较好地解释许多长久以来就认识但无法现解的特性：第一，由于次要组织

16、相存性抗原多为细胞内蛋白，即使发生了体液免疫应答，如果没有分离鉴定出抗原，也很难检测次要织织相容性抗原所激发的体液免疫应答。第二，次要组织相容性抗原不能在体外诱导细胞介导的初次免疫而MHC抗原在体外MLR或CML试验中可激发强烈的细胞免疫应答。这与普通抗原肽在没有体内预致敏的条件下，一般很难检测到T细胞应答相一致。第三，次要抗原的识别具有MHC限制性，在再次应答当中，次要相容性抗原必须被相同的MHC分子呈递。这是任何一个由MHC分子呈递的抗原触发T细胞应答的特性。第四，由于不同次要组织相容性抗原肽存在MHC竞争性，当存在众多次要组织相容性抗原不相一致时，常常其中某一种抗原显现出某种免疫优势。

17、3.其他抗原次要组织相容性抗原也不能囊括所有能诱发排斥反应的非MHC抗原，以下我们将简要介绍其他可能的重要抗原。超抗原 超抗原同MHC一样，不仅能在体外激发T细胞的原发性增殖反应，而且能活化大量的T细胞。但是，超抗原与普通抗原不同。首先，超抗原无需APC细胞对其进行处理、暴露抗原肽并结合于MHC的抗原肽结合沟。而是以整个分子与MHC类分子结合。同时，不同于T细胞抗原受体多变区与普通抗原肽结合，T细胞以相对恒定的V区域与超抗原结合。此外，因为大多数组织中的内皮细胞及实体细胞均不能表达内源性超抗原，故内源性超抗原不能成为某种移植抗原。基于以上认识，超抗原也不能归为任何类型的移植抗原。组织特异性抗原

18、 实验证实，某些经MHC分子呈递的抗原存在某种组织分布的特异性。例如，识别某种组织类型的同种异型抗原的T细胞克隆，往往并不能识别同一个体其他类型的组织细胞。目前确认的惟一可激发移植排斥反应且具有组织特异性的抗原是皮肤Sk抗原。此种抗原仅表达于皮肤组织，能通过MHC分子的处理、呈递而激发T细胞介导的免疫应答。这种组织特异性抗原不同于次要组织相容性抗原，其抗原决定簇以“同种异型MHC+XSk”的形式表达，而自身Sk抗原为“自身MHC+XSk”。所以，T细胞能对自身皮肤特异性抗原Sk产生耐受，而对其他个体的此种抗原发生应答。这一抗原的组织特异性表现在“同种异型MHC+XSk”只存在于供体皮肤而不出现

19、在供体的其他组织中。组织特异性抗原的研究的重要性在于以下几点：第一，当采用体外实验研究针对供体抗原的T细胞应答时，应当考虑到供体造血细胞可能作为某种组织特异性抗原，T细胞应答也仅仅是针对相应组织特异性。第二，组织特异性抗原自身耐受的存在，说明除胸腺的中枢耐受途径外，尚有其他诱导耐受途径。第三，组织特异件抗原的存在表明，供体某种细胞诱导的移植耐受并不代表完全耐受，即以同一供体的其他种类细胞进行移植仍可能导致排斥反应发生。内皮细胞糖蛋白 包括血型抗原、其他同种异型内皮细胞糖蛋白、种属特异性的糖基决定簇等。Hh基因座三移植排斥反应识别与效应机制 根据移植供、受者间的遗传背景差异，移植分为4种基本类型

20、：自体移植：移植物来源于宿主自身，不产生排斥反应；同系移植：移植物来源于遗传基因与宿主完全相同的供者（如同系纯种动物或同卵双生个体），一般也不产生排斥反应；同种异基因移植或同种异型移植：移植物来自同种但遗传基因型有差异的另一个体，一般均会引起不同程度排斥反应；异种移植：移植物来源于异种动物，由于供、受者间遗传背景差异较大，一般可引起强烈的排斥反应。 同种异型移植 同种异型移植是临床上最常见的移植类型。 同种异型移植抗原诱导机体产生的免疫应答具有如下特点： 同种异型移植抗原通常可激活宿主体内高达2的T细胞，从而引起强烈的免疫应答； 参与对同种异型移植抗原免疫应答的细胞，除宿主免疫细胞外，还包括来

21、源于供者的抗原递呈细胞（主要是DC）和淋巴细胞。 因此，同种异型抗原的递呈和识别有其特殊性：（一）递呈同种异型抗原的APC 参与同种异型移植排斥反应的免疫细胞包括供、受者双方的APC及淋巴细胞。过客白细胞中的DC是参与同种异型排斥反应的重要APC，其功能与分化成熟程度相关。（二）同种异型抗原的识别机制 供、受者的APC均可递呈抗原供受者T细胞识别。这类可特异性识别同种异型抗原的T细胞称为同种异型反应性T细胞（alloreactive T cell）。同种异型抗原的识别机制包括直接识别和间接识别。 图4-1 同种异型抗原交叉识别的分子机制1直接识别 由供者APC递呈同种异型抗原给受者T细胞识别，

22、此为直接识别（direct recognition）。在同种异型移植中，借助直接识别可激活大量受者T细胞，从而在急性排斥反应早期发挥重要作用，是同种移植所特有的抗原递呈与识别方式。直接识别模式所涉及的若干理论问题，目前有如下初步认识：（1）TCR识别的靶结构（2）受者同种异型反应性T细胞直接识别的靶结构（3）同种异型抗原可激发强烈的免疫应答2间接识别 同种异型MHC抗原在结构上不同于受者自身组织成份，故亦属一种“非己”抗原，也可如普通外来蛋白抗原一样被递呈。由受者APC递呈同种异型抗原肽供受者T细胞识别，此为间接识别（indirect recognition）表4-1 同种异型MHC抗原的直接

23、和间接识别的比较同种移植排斥反应又包括：宿主抗移植物反应（host versus grafreaction,HVGR）和移植物抗宿主反应 （graft versus host reaction,GVHR） 。根据临床器官移植术后发生排斥反应的时间，习惯上将宿主抗移植物反应分为超急性排斥反应、速发性排斥反应、急性排斥反应以及慢性排斥反应四种类型（如表4-2所示）。表4-2 同种异型排斥反应的类型及其效应机制（一）超急性排斥反应器官移植术后数分钟至数小时内发生的排斥反应称为超急性排斥反应（hyperacute rejection）。同种器官移植中受者体内预存Ab，如供、受者间ABO血型不相容受者血

24、液中含有抗供者白细胞，血小板的抗体非免疫因素：如移植物缺血时间过长，灌流冲洗不彻底等，机制：主要由抗MHCI类Ag的Ab或ABO血型Ab所引起.（二）速发性排斥反应 速发性排斥反应（accelerated rejection）一般发生于术后一周内，多发生在异种移植中，在同种异型移植中不常见。其主要病理学特征是移植物血管内皮细胞坏死，类似血管炎，故也称为急性血管排斥反应。 速发性排斥反应也主要由抗体介导。该抗体可能是受者体内少量的预存抗体，也可能由记忆性B细胞激活后产生。抗体介导的血管内皮细胞活化是该型排斥反应的主要机制。 此外，NK细胞也参与速发性排斥反应，是介导异种移植速发性排斥反应的主要效

25、应细胞。（三）急性排斥反应 急性排斥反应（acute rejection）最常见，多发生于移植术一周后，三个月后反应强度逐渐减弱。除同卵双生者间或同胞兄弟姐妹中两个HLA单倍型完全相同者间的移植，此反应难以避免，使用免疫抑制剂，可缓解。 急性排斥反应主要由细胞免疫应答所致，病理特征表现为实质性细胞坏死并伴有淋巴细胞和巨噬细胞浸润。 另外，已发现CD4+CTL能杀伤表达同种异型MHC-类抗原的靶细胞，也参与急性排斥反应的发生。在急性移植排斥反应发生机制中，Th2细胞辅助B细胞产生的体液免疫无重要意义。（四）慢性排斥反应 慢性排斥反应（chronic rejection）可发生于移植后数月、甚至数

26、年，是影响移植器官长期存活的主要障碍。其病变特征是组织结构损伤、纤维增生和血管平滑肌细胞增生，导致移植器官功能进行性丧失。 慢性排斥反应的发生机制尚未完全清楚：1免疫学机制 反复发作的急性排斥反应可能是导致慢性排斥反应和组织损伤的重要原因。2非免疫学机制 多种非免疫学因素参与慢性排斥反应的发生。 若移植物中存在一定数量（供者）淋巴细胞，其也能识别受者的同种异型抗原，从而诱发针对受者的排斥反应，此为移植物抗宿主反应 （GVHR）。GVHR主要见于骨髓移植后，是影响骨髓移植成功的首要因素，也可见于胸腺、小肠和肝移植以及免疫缺陷个体接受大量输血时。GVHR的发生条件：移植物中含一定数量成熟的淋巴细胞

27、，尤其是成熟的T细胞；宿主的免疫功能状态低下（被抑制或免疫缺陷）；供、受者间组织相容性差。 GVHR可损伤宿主组织和器官，引起移植物抗宿主病（graft versus host disease，GVHD）急性GVHD主要引起皮肤、肝脏和肠道等多器官上皮细胞坏死，临床表现为皮疹、黄疽、腹泻等，严重者皮肤和肠黏膜剥落，导致死亡；慢性GVHD引起一个或多个器官纤维化和萎缩，导致器官功能进行性丧失。4移植排斥反应的防治措施为确保移植术成功，术前须进行严格的HLA配型，或预先清除供者体内成熟T细胞。（一）选择合适的供者 为降低同种异型移植物的免疫原性，最重要的是选择HLA尽可能相符的供者。1检测预存抗体

28、 术前取受者血清与供者淋巴细胞进行交叉细胞毒试验，检测受者体内是否预先存在抗供者淋巴细胞的抗体。2HLA配型 尽可能选择与受者HLA型别相近的供者。各HLA基因座在诱导排斥反应中的重要性依此为HLA-DR（DQ）、HLA-B和HLA-A。3对移植物进行预处理 移植物中APC直接递呈抗原是激发排斥反应的重要因素，故移植术前宜充分清除移植物中的过客白细胞，以减轻排斥反应。在HLA基因型不完全相合的骨髓移植中，可预先清除骨髓移植物中成熟的T细胞，以预防GVHR发生。（二）免疫抑制治疗 应用免疫抑制药物预防和治疗移植排斥反应，是目前临床器官移植常规使用的方法。常用的免疫抑制药物包括以下几类： 1抑制代

29、谢药物和激素 常用的抑制代谢药物是硫唑嘌呤和环磷酰胺。 2抑制T细胞活化的药物 包括环孢酶素A（CsA） 、FK506和Rapamy雷帕霉素，其中以CsA的使用最为广泛。CsA发挥免疫抑制作用的机制是：抑制T细胞内与TCR信号转导相关的钙调磷酸酶活性，通过抑制转录因子NF-AT，阻断IL-2基因转录，从而抑制T细胞增殖。 3抗体及其他生物制剂 针对免疫细胞表面抗原的单克隆抗体可用于抑制相应免疫细胞活化及功能。如抗CD25单克隆抗体可用于防治同种异型移植急性排斥反应。此外，针对CD3、CD4、CD8、ICAM-1、VACM-1、LFA-1等免疫抑制药物的作用机制（三）诱导受者对移植物的免疫耐受

30、移植耐受（transplatation tolerance）是指将供者器官、组织移植给受者后，在不使用免疫抑制药物的情况下，受者免疫系统对同种异型移植物不产生免疫排斥反应，但对其他抗原的应答保持正常。诱导受者产生移植耐受的机制十分复杂，涉及免疫清除、免疫失能、免疫抑制和免疫调节等。 动物模型中已开展的若干实验方案：1骨髓移植建立同种异基因嵌合体（1）建立同种异基因造血干细胞嵌合体（2）建立混合嵌合体2阻断共刺激通路诱导同种异型反应性T细胞失能3借助树突状细胞诱导T细胞失能（四）移植后的免疫监测 包括淋巴细胞功能检测、免疫分子检测等。5临床移植中的一些免疫话题（一）胚胎干细胞（ES）的定向分化与移植 应用核转移技术，人体体细胞核可被植入去核卵母细胞中，通过胚泡的发育阶段，获取内细胞团，建成ES细胞