異種移植超急性排斥反應(yīng)的機(jī)制

1、    異種移植超急性排斥反應(yīng)的機(jī)制        早在1905年，法國(guó)醫(yī)生Princeteau就進(jìn)行了世界上第一例臨床異種移植手術(shù)。近幾年來(lái)，由于人同種移植飛速發(fā)展，導(dǎo)致供者器官再次嚴(yán)重短缺，所以，自90年代初，異種移植再次引起人們的興趣。美國(guó)匹茲堡Starzl等1預(yù)測(cè)，器官移植的最終發(fā)展趨勢(shì)將逐漸走向使用動(dòng)物器官，通過(guò)基因工程和其它調(diào)節(jié)供者器官的方法，將使異種移植的廣泛開(kāi)展成為可能。一、超急性排斥反應(yīng)目前，臨床異種移植最常用、最理想的供者動(dòng)物是豬。豬與人類的非協(xié)調(diào)性異種移

2、植的最大障礙是由體液免疫造成的、發(fā)生于移植后數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)的超急性排斥反應(yīng)，其病理特征是內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂、血小板栓子形成。啟動(dòng)非協(xié)調(diào)性異種移植的超急性排斥反應(yīng)有三種方式。方式(1)：受者的天然抗體和供者內(nèi)皮細(xì)胞反應(yīng)，通過(guò)經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體。方式(2)：受者補(bǔ)體直接被供者內(nèi)皮細(xì)胞激活，不需天然抗體參加。這種通過(guò)補(bǔ)體的替代途徑，是由于受者的循環(huán)抑制蛋白(H因子)與內(nèi)皮細(xì)胞的不良反應(yīng)造成的。方式(3)：由于物種間的結(jié)構(gòu)差異，供者細(xì)胞的補(bǔ)體抑制蛋白不能抑制受者補(bǔ)體的激活，使補(bǔ)體在供者器官上被激活。這種激活過(guò)程可以自發(fā)，也可以通過(guò)方式(1)。二、天然抗體天然抗體預(yù)先存在于受者血液循環(huán)中，是由CD5陽(yáng)性的B

3、細(xì)胞產(chǎn)生的。Cramer2發(fā)現(xiàn)在許多種屬中，都是由同一種基因編碼產(chǎn)生天然抗體。有資料表明3，4，受者血液灌注異基因供者器官后，天然抗體迅速?gòu)氖苷哐h(huán)中清除；異種移植排斥反應(yīng)發(fā)生時(shí)，受者免疫球蛋白沉積于異基因移植物內(nèi)；清除受者循環(huán)中的天然抗體可延長(zhǎng)移植物存活。Daggett5的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在豬-狒狒的肺移植中，術(shù)前用狒狒的血清灌注豬肺可延長(zhǎng)移植肺的存活。目前的證據(jù)提示，有意義的天然抗體主要是IgM。Platt等將豬的心腎移植給猴，術(shù)后2小時(shí)的免疫病理學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)IgM沉積于內(nèi)皮細(xì)胞上，且伴補(bǔ)體成分共同沉積。IgG則沉積在基質(zhì)中，提示IgG的存在主要是血管滲出所致，可能繼發(fā)于內(nèi)皮細(xì)胞激活。天然抗體識(shí)別

4、的靶抗原在不同種屬間也是不同的。在豬-靈長(zhǎng)目動(dòng)物間，靈長(zhǎng)目動(dòng)物狒狒、猴等的天然抗體主要識(shí)別豬內(nèi)皮細(xì)胞上的一種表面糖蛋白gp115/135，而不是糖脂或磷脂。天然抗體與內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)合可被不同的糖蛋白酶消除，主要的抗原決定簇是定位于與糖蛋白聯(lián)系的低聚糖上，即-半乳糖苷(-Gal)。三、補(bǔ)體克服豬-人異種移植超急性排斥反應(yīng)的先決條件是阻斷補(bǔ)體激活。非協(xié)調(diào)性異種移植術(shù)后，受者循環(huán)中的補(bǔ)體水平迅速下降，反映出補(bǔ)體在移植后的“消耗”；另外在發(fā)生排斥的異種移植物中，補(bǔ)體蛋白迅速積累。這種消耗和積累可能是由于“非特異性”滲出或移植物“捕獲蛋白”造成的，IgG、白蛋白、-2巨球蛋白可能通過(guò)這種機(jī)制積累在移植物中

5、，積累的另一種機(jī)制可能是由于激活補(bǔ)體的瀑布效應(yīng)。當(dāng)用眼鏡蛇毒素因子(CVF)清除補(bǔ)體或受者嚴(yán)重缺乏補(bǔ)體時(shí)，非協(xié)調(diào)性異種移植的器官存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)。補(bǔ)體的激活有兩種途徑：一是經(jīng)典途徑，另一是替代途徑。超急性排斥反應(yīng)中補(bǔ)體的激活是通過(guò)經(jīng)典途徑還是替代途徑，目前尚存在爭(zhēng)議，可能與供受者的種屬有關(guān)。有人發(fā)現(xiàn)在豬與猴心腎移植中的排斥器官見(jiàn)到IgM、C3、C4、C5、C9沉積，無(wú)備解素、因子B沉積；清除天然抗體，維持補(bǔ)體正常水平，不發(fā)生超急性排斥反應(yīng)。提示在豬-靈長(zhǎng)目動(dòng)物異種移植中，補(bǔ)體可能通過(guò)經(jīng)典途徑而被激活；補(bǔ)體并不直接損傷內(nèi)皮細(xì)胞，而需要天然抗體參加。Miyagawa等在豚鼠-大鼠心臟移植中見(jiàn)C3顯

6、著下降，而不伴C4、C2消耗，提示在某些種屬，如豚鼠-大鼠，經(jīng)替代途徑激活補(bǔ)體占主要地位。補(bǔ)體激活的關(guān)鍵催化過(guò)程可以被某些血清和細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)所調(diào)控。這些蛋白稱為補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白(CRPs)，包括血清補(bǔ)體抑制因子，如C1抑制因子、因子H、因子I、抗凝血酶、C4結(jié)合蛋白；和細(xì)胞產(chǎn)生的補(bǔ)體抑制因子，如補(bǔ)體受體1、衰變加速因子、膜輔蛋白、同源限制因子。這些蛋白可以有效的阻止由于補(bǔ)體激活造成的細(xì)胞損傷。CRPs對(duì)同種補(bǔ)體或種屬關(guān)系較近的異種補(bǔ)體可以發(fā)揮更大的作用；而對(duì)種屬關(guān)系較遠(yuǎn)(如豬-人)的異種補(bǔ)體抑制作用弱，稱為不匹配。供者器官的CRPs功能受限，使異基因器官對(duì)受者補(bǔ)體仍敏感，是造成超急性排斥發(fā)生的

7、原因之一。另外，補(bǔ)體抑制蛋白的種屬特異性將決定抗體結(jié)合抗原后的生物結(jié)果。將受者補(bǔ)體抑制蛋白的特異性基因插入供者內(nèi)皮細(xì)胞，可控制超急性排斥反應(yīng)并延長(zhǎng)移植物的存活時(shí)間6。四、內(nèi)皮細(xì)胞1.內(nèi)皮細(xì)胞的激活：靜止時(shí)的血管內(nèi)皮細(xì)胞具有選擇通透性和抗血栓形成的能力。豬內(nèi)皮細(xì)胞的激活可由人天然抗體、補(bǔ)體的刺激產(chǎn)生，與超急性排斥反應(yīng)的病理改變同時(shí)出現(xiàn)。內(nèi)皮細(xì)胞激活可造成多種代謝改變：(1)組織因子和纖溶酶原抑制因子的合成，及細(xì)胞表面血栓調(diào)節(jié)素的丟失；(2)血小板激活因子釋放；(3)細(xì)胞表面粘附分子的表達(dá)增強(qiáng)，炎性細(xì)胞的附壁；(4)肝素硫酸鹽(HSP)丟失。它們共同形成超急性排斥反應(yīng)的病理改變。Geller等7發(fā)

8、現(xiàn)在人血清中一種稱為7C11的抗體可以直接激活豬內(nèi)皮細(xì)胞。在少數(shù)情況下，即使缺乏天然抗體和補(bǔ)體，仍可有內(nèi)皮細(xì)胞、血小板的激活，排斥發(fā)生。原因是：(1)不同種屬間分子的相互作用可能啟動(dòng)內(nèi)皮細(xì)胞激活和血栓形成；(2)某些抑制因子，在種內(nèi)可阻止反應(yīng)，但在不同種間可能不起作用。Blum等8用兩種補(bǔ)體抑制劑FUT和K76雖可減少受者血清中的補(bǔ)體成分在異種供肺中的沉積，但均不能延長(zhǎng)供肺的存活時(shí)間。2.血栓形成：超急性排斥反應(yīng)的主要并發(fā)癥是血栓形成，伴纖維素沉積、血小板激活、移植物梗死。激活的人血小板能夠增加豬內(nèi)皮細(xì)胞上組織因子和E-選擇素的表達(dá)，使異種內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生促凝、促炎癥的改變，導(dǎo)致白細(xì)胞粘附和血栓形

9、成。正常時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞可通過(guò)以下途徑抑制血小板凝聚：第一、釋放前列環(huán)素(PG12)。第二、產(chǎn)生一氧化氮(NO)。第三、膜產(chǎn)生的外源性ADP酶的活性增強(qiáng)。Suckfull等9把PGF1(前列環(huán)素的穩(wěn)定代謝產(chǎn)物)作為內(nèi)皮細(xì)胞激活的標(biāo)志物，他用人血灌注豬的心臟，發(fā)現(xiàn)超急性排斥反應(yīng)發(fā)生時(shí)PGF1水平顯著升高，伴冠狀動(dòng)脈血流阻力增加。Fujiwara10在大鼠-豚鼠的心臟移植中，加入抗凝血酶和可溶性補(bǔ)體受體1，1小時(shí)后可使PGI2在內(nèi)皮細(xì)胞上的含量明顯增加，阻止血小板凝聚，延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間。凝血過(guò)程中的功能紊亂受表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞上血栓調(diào)節(jié)素的控制，它可以結(jié)合并激活蛋白C，降解和等促凝物質(zhì)，封閉促凝血的酶類。

10、將血栓調(diào)節(jié)素人基因轉(zhuǎn)入豬血管內(nèi)皮細(xì)胞中，即使豬內(nèi)皮細(xì)胞被激活，也可阻止血栓調(diào)節(jié)素的丟失，防止血栓形成14。與血栓形成密切相關(guān)的另一種重要的物質(zhì)是糖蛋白肝素硫酸鹽(HSP)，HSP是內(nèi)皮細(xì)胞膜上的一種表面糖蛋白，在內(nèi)皮細(xì)胞膜和正常血管的細(xì)胞外間質(zhì)中形成血管的三種物理學(xué)特征：一是通過(guò)局部活化抗凝血酶，維持細(xì)胞表面抗血栓功能。二是錨定超氧化物岐化酶(SOD)，阻止氧化物損傷。三是增強(qiáng)血管完整性，維持屏障作用，阻止血漿蛋白和血細(xì)胞滲出。Platt等11的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)豬血管內(nèi)皮細(xì)胞暴露于正常人血清時(shí)，肝素硫酸鹽迅速、大量地釋放，4分鐘內(nèi)釋放5%，1小時(shí)內(nèi)釋放大于50%。而且釋放量隨結(jié)合于內(nèi)皮細(xì)胞上的Ig

11、M數(shù)量變化而變化。肝素硫酸鹽的釋放發(fā)生于不可逆性細(xì)胞損傷之前，提示肝素硫酸鹽從血管內(nèi)皮細(xì)胞上的丟失可能是超急性排斥反應(yīng)的關(guān)鍵步驟和標(biāo)志。3.中性粒細(xì)胞粘附：內(nèi)皮細(xì)胞激活可產(chǎn)生多種粘附分子，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞、血小板、纖維蛋白粘附于內(nèi)皮細(xì)胞表面。Yamataka等12認(rèn)為，針對(duì)LFA-1、ICAM-1等粘附分子的單克隆抗體(MAbs)能阻止異種移植排斥發(fā)生、延長(zhǎng)存活時(shí)間，但不能逆轉(zhuǎn)已形成的排斥反應(yīng)。五、適應(yīng)有實(shí)驗(yàn)表明，如果移植前清除受者的天然抗體，并維持無(wú)抗體狀態(tài)達(dá)一定時(shí)間后，即使移植后循環(huán)中的天然抗體可能回升，并有補(bǔ)體存在，將不發(fā)生異種移植的超急性排斥反應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為“適應(yīng)”。適應(yīng)代表一種狀態(tài)，

12、即內(nèi)皮細(xì)胞不再對(duì)天然抗體、補(bǔ)體的刺激發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)生原因：(1)供者內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)損傷的易感性改變；(2)返回的天然抗體在親和力和/或特異性方面與移植前的天然抗體是不同的；(3)移植后，由內(nèi)皮細(xì)胞正常表達(dá)的抗原決定簇發(fā)生改變或調(diào)整。 作者單位：266003青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院胸外科(矯文捷)；首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院胸外科(陳玉平)參考文獻(xiàn)1Starzl TE, Demetris AJ, Murase N, et al. The future of transplantation: with particular reference to chimerism and xenotransplan

13、tation. Transp Proc, 1997, 29:19-27.2Cramer DV, Wu G, Chapman FA, et al. Humoral responses to xenografts: do concordant and discordant reactions share common immune responses? Transp Proc, 1997, 29:945.3Nitta K. Ex vivo spleen and kidney absorption of xenoreactive natural antibodies decreases severi

14、ty of hyperacute rejection in pig-to -dog renal xenotransplantation. Hiroshima J Med Sci, 1996, 45:119-125.4Parker W, Bruno D, Holzknecht ZE, et al. Characterization and affinity isolation of xenoreactive human natural antibodies. J Immunol, 1994, 153: 3791-3803.5Daggett CW, Yeatman M, Lodge AJ, et

15、al. Total respiratory support from swine lungs in primate recipients. J Thorac Cardiovasc Surg, 1998, 115:19-27.6Lazzeri M, Mora M, Mulder LC, et al. Kidneys derived from mice transgenic for human complement blockers are protected in an in vivo model of hyperacute rejection. J Urol, 1998, 159:1364-1

16、369.7Geller RL, Bach FH, Vercellotti GM, et al. Activation of endothelial cell in hyperacute xenograft rejection. Transp Proc, 1992, 24:592.8Blum MG, Collins BJ, Chang AC, et al. Complement inhibition by FUT-175 and K76-COOH in a pig-to -human lung xenotransplant model. Xenotransplantation, 1998, Fe

17、b 5: 35-43.9Suckfull MM, Pieske O, Mudsam M, et al. The contribution of endothelial cells to hyperacute rejection in xenogeneic perfused working hearts. Transplantation, 1994, 57:262-267.10 Fujiwara I. Soluble complement receptor type 1 and antithrombin-combination therapy prolongs xenograft survival: the role of thrombin and prostacyclin in hyperacute rejection. Transp Proc, 1997, 29:935.11 Platt JL, Vercellotti GM, Fischel RJ, et al. Release of heparan sulfate from endothelial cells. J Exp M