第21章移植免疫

1第二十一章移植免疫移植（transplantation）指应用异体（或自体）正常细胞、组织、器官置换病变的或功能缺损的细胞、组织、器官，以维持和重建机体生理功能。数十年来，有赖于组织配型技术、器官保存技术和外科手术方法的不断改进，以及高效免疫抑制剂陆续问世，移植术已成为治疗多种终末期疾病的有效手段。根据移植物的来源及其遗传背景不同，可将移植分为4类（图21-1）：①自体移植(autologoustransplantation)，指移植物取自受者自身，不发生排斥反应；②同系移植(syngeneictransplantation)，指遗传基因完全相同(isogeneic)或基本近似(syngeneic)个体间的移植，如单卵孪生间的移植，或近交系动物(inbredanimal)间的移植，一般不发生排斥反应；③同种(异体)移植(allogeneictransplantation)，指同种内遗传基因不同的个体间移植，临床移植多属此类型，一般均发生排斥反应；④异种移植(xenogeneictransplantation或xeno-transplantation)，指不同种属个体间的移植，由于异种动物间遗传背景差异甚大，移植后可能发生严重的排斥反应。目前临床主要进行同种异体移植，也是本章介绍的重点。第一节同种异体器官移植排斥的机制同种异体间的器官移植一般均会发生排斥反应，本质上乃受者免疫系统针对供者移植物抗原的免疫应答，T细胞在移植排斥反应中起关键作用。一、介导同种移植排斥反应的抗原引起移植排斥反应的抗原称为移植抗原或组织相容性抗原。（一）主要组织相容性抗原（MHC抗原）能引起强烈排斥反应的移植抗原称为主要组织相容性抗原，在人类最重要者为HLA抗原。本质上，供、受者间HLA型别差异是发生急性移植排斥反应的主要原因(见第八章)。（二）次要组织相容性抗原次要组织相容性抗原（minorhistocompatibilityantigen,mH抗原）表达于机体组织细胞表面，主要包括两类：①性别相关的mH抗原，即雄性动物所具有的Y染色体基因编码产物，其主要表达于精子、表皮细胞及脑细胞表面；②常染色体编码的mH抗原，在人类包括HA-1～HA-5等，其中某些表达于机体所有组织细胞，某些仅表达于造血细胞和白血病细胞。HLA完全相同的供、受者间进行移植所发生的排斥反应(尤其是GVHR)，主要由mH抗原所致。图21-1移植的4种基本类型2（三）其他参与排斥反应发生的抗原1．人类ABO血型抗原其主要分布于红细胞表面，也表达于肝、肾等组织细胞和血管内皮细胞表面。若供、受者间ABO血型不合，受者血清中血型抗体可与供者移植物血管内皮细胞表面ABO抗原结合，通过激活补体而引起血管内皮细胞损伤和血管内凝血，导致超急性排斥反应。2．组织特异性抗原指特异性表达于某一器官、组织或细胞表面的抗原，如血管内皮细胞抗原和皮肤抗原等。二、T细胞识别同种抗原的机制同种反应性T细胞是参与同种异体移植排斥反应的关键效应细胞，其可通过直接和间接途径识别同种抗原（图21-2）。（一）直接识别直接识别(directrecognition)指受者的同种反应性T细胞（alloreactiveTcell）直接识别供者APC表面抗原肽-供者的同种MHC分子复合物（pMHC），并产生免疫应答。直接识别的过程是：移植物中残留有白细胞即过客白细胞（passengerleukocyte），包括成熟的DC和巨噬细胞等APC；移植物血管与受者血管接通后，受者T细胞进入移植物中，移植物内的供者过客白细胞（APC）也可进入受者血液循环或局部引流淋巴组织；由此，供者APC可与受者T细胞接触，并将抗原肽-同种MHC分子复合物直接提呈给后者，引发移植排斥反应。直接识别过程中，受者同种反应性T细胞TCR所识别的pMHC，主要是供者APC表面的外来抗原肽-供者MHC分子或供者自身肽-供者MHC分子。直接识别机制在移植早期急性排斥反应中起重要作用。（二）间接识别间接识别（indirectrecognition）指供者移植物的脱落细胞或MHC抗原经受者APC摄取、加工、处理，以供者MHC来源的抗原肽-受者MHC分子复合物的形式提呈给受者T细胞，使其识别并活化。间接识别在急性排斥反应中晚期和慢性排斥反应中起重要作用。三、移植排斥反应的效应机制（一）针对移植物的细胞免疫应答效应T细胞介导的细胞免疫应答在移植排斥反应的效应机制中发挥关键作用(图21-3)。尤其在同种异体急性排斥反应中，CD4+Th1细胞是主要的效应细胞，其机制为：①受者CD4+Th细胞通过直接或间接途径识别移植抗原并被激活；②在移植物局部所产生趋化因子等作用图21-2同种异型抗原的直接识别和间接识别3下，出现以单个核细胞(主要是Th1细胞和巨噬细胞)为主的细胞浸润：③活化的Th1细胞、巨噬细胞等释放多种炎性细胞因子(如IFN-γ、IL-2等)，导致迟发型超敏反应性炎症，造成移植物组织损伤。此外，CD8+CTL在移植物的损伤机制中也发挥重要作用。（二）针对移植物的体液免疫应答效应移植抗原特异性CD4+Th2细胞被激活，可辅助B细胞活化并分化为浆细胞，进一步分泌针对同种异型抗原的特异性抗体。抗体可发挥调理作用、免疫黏附、ADCC和CDC作用等，通过固定补体、损伤血管内皮细胞、介导凝血、血小板聚集、溶解移植物细胞和释放促炎性介质等多种机制，参与排斥反应发生。一般而言，除超急性排斥反应外，抗体在急性移植排斥反应中不起重要作用。（三）参与移植排斥反应的非特异性效应机制同种移植物首先引发固有免疫应答，导致移植物炎症反应及相应组织损伤，随后才发生特异性免疫排斥反应。同种器官移植术中，诸多因素可启动移植物非特异性损伤，例如：①外科手术所致的机械性损伤；②移植物被摘取并植入受者体内的过程中经历缺血和缺氧，可致组织损伤；③移植物植入并恢复血循环经历缺血-再灌注，通过产生大量氧自由基而损伤组织细胞。上述作用的综合效应是诱导细胞应激，继发炎性“瀑布式”反应，导致移植物组织细胞发生炎症、损伤和死亡。第二节移植排斥反应的类型移植术后，受者免疫系统识别移植物抗原并产生应答，移植物中免疫细胞也可识别受者组织抗原并产生应答，前者称为宿主抗移植物反应（hostversusgraftreaction,HVGR），后者称为移植物抗宿主反应（graftversushostreaction,GVHR）。一、宿主抗移植物反应HVGR乃宿主免疫系统对移植物发动攻击，导致移植物被排斥。根据排斥反应发生的时间、强度、机制和病理表现，可分为超急性排斥、急性排斥和慢性排斥反应三类。本节以肾移植为例进行介绍。（一）超急性排斥反应超急性排斥反应（hyperacuterejection）指移植器官与受者血管接通后数分钟至24小时内发生的排斥反应，见于反复输血、多次妊娠、长期血液透析或再次移植的个体。该反应是由于受者体内预先存在抗供者组织抗原的抗体（多为IgM类），包括抗供者ABO血型抗原、血小板抗原、HLA抗原及血管内皮细胞抗原的抗体。天然抗体可与移植肾组织抗原结合，图21-3T细胞是介导移植排斥反应的关键细胞4通过激活补体而直接破坏靶细胞，同时补体激活所产生的活性片段也可引起血管通透性增高和中性粒细胞浸润，导致毛细血管和小血管内皮细胞损伤、纤维蛋白沉积和大量血小板聚集，并形成血栓，从而使移植器官发生不可逆性缺血、变性和坏死。免疫抑制药物对治疗此类排斥反应效果不佳。此外，供体器官灌流不畅或缺血时间过长等也可能导致超急性排斥反应发生。（二）急性排斥反应急性排斥反应（acuterejection）是同种异基因器官移植中最常见的一类排斥反应，一般在移植术后数天至2周左右出现，80%~90%发生于术后一个月内。病理学检查可见移植物组织出现大量巨噬细胞和淋巴细胞浸润。肾移植受者临床表现为移植区胀痛、少尿或无尿，血液中尿素氮升高、补体水平下降、血小板减少。及早给予适当的免疫抑制剂治疗，此型排斥反应大多可获缓解。细胞免疫应答在急性排斥反应中发挥主要作用，其机制为：①CD4+Th1细胞介导迟发型超敏反应，此乃主要的损伤机制；②CTL直接杀伤表达同种异型抗原的移植物细胞；③激活的巨噬细胞和NK细胞参与急性排斥反应的组织损伤。（三）慢性排斥反应慢性排斥反应（chronicrejection）发生于移植后数周、数月、甚至数年，其病变与慢性肾炎相似，肾脏正常器官组织结构逐渐消失，肾功能进行性减退，甚至完全丧失。1．免疫学机制血管慢性排斥（chronicvascularrejection,CVR）是其主要形式，表现为血管内皮细胞（VEC）损伤，其机制为：①CD4+T细胞通过间接途径识别VEC表面HLA抗原而被活化，并持续较长时间，其中Th1细胞可介导慢性迟发型超敏反应性炎症，Th2细胞可辅助B细胞产生抗体；②急性排斥反应反复发作，引起移植物血管内皮细胞持续性轻微损伤，并不断分泌多种生长因子，导致血管平滑肌细胞增生、动脉硬化、血管壁炎性细胞浸润等病理改变。2．非免疫学机制慢性排斥与组织器官退行性变有关，其诱发因素为供者年龄（过大或过小）、某些并发症（高血压、高脂血症、糖尿病、巨细胞病毒感染等）、移植物缺血时间过长、肾单位减少、肾血流动力学改变、免疫抑制剂的毒副作用等。慢性排斥反应的机制迄今尚未完全阐明，且其对免疫抑制疗法不敏感，从而成为影响移植物长期存活的主要原因。二、移植物抗宿主反应GVHR是由移植物中抗原特异性淋巴细胞识别宿主组织抗原所致的排斥反应，发生后一般均难以逆转，不仅导致移植失败，还可能威胁受者生命。GVHR发生与下列因素有关：①受者与供者间HLA型别不符；②移植物中含有足够数量免疫细胞，尤其是成熟的T细胞；③移植受者处于免疫无能或免疫功能极度低下的状态（被抑制或免疫缺陷）。GVHR常见于骨髓移植后。此外，胸腺、脾脏移植以及新生儿接受大量输血时也可能5发生。GVHR的严重程度和发生率主要取决于供、受者间HLA型别配合程度，也与次要组织相容性抗原显著相关。GVHR中，骨髓移植物中成熟T细胞被宿主的异型组织相容性抗原（包括主要与次要组织相容性抗原）激活，增殖分化为效应T细胞，并随血循环游走至受者全身，对宿主组织或器官发动免疫攻击。细胞因子网络失衡可能是造成GVHD组织损伤的重要机制：供者CD4+T细胞识别宿主组织抗原，发生活化、增殖、分化，产生IL-2、IFN-、TNF-等细胞因子，导致供者T细胞进一步激活，形成正反馈环路。过量细胞因子本身具有细胞毒作用，并可激活CD8+CTL、Mφ、NK细胞等，直接或间接杀伤宿主靶细胞。急性GVHD主要引起皮肤、肝脏和胃肠道等多器官上皮细胞坏死，临床表现为皮疹、黄疸和腹泻等，严重者皮肤和肠道黏膜剥落，由于受者抵抗力低下，易继发感染而致死亡。慢性GVHD可引起皮肤病、血小板减少、一个或多个器官纤维化和萎缩，导致器官功能进行性丧失。第三节移植排斥反应防治原则器官移植术成败在很大程度上取决于移植排斥反应的防治，其主要原则是严格选择供者、抑制受者免疫应答、诱导移植免疫耐受以及移植后免疫监测等。（一）供者的选择器官移植成败主要取决于供、受者间的组织相容性。因此，术前须进行一系列检测，以尽可能选择较理想的供者。1．红细胞血型检查人红细胞血型抗原是一类重要的同种异型抗原，故供者ABO、Rh血型抗原须与受者相同，或至少符合输血原则。2．检测受者血清中预存的细胞毒性HLA抗体取供者淋巴细胞和受者血清进行交叉细胞毒试验，可检出受者血清中是否含有针对供者淋巴细胞的预存细胞毒抗体，以防止超急性排斥反应发生。3．HLA分型HLA型别匹配程度是决定供、受者间组织相容性的关键因素。不同HLA基因座位产物对移植排斥的影响各异。一般而言，HLA-DR对移植排斥最为重要，其次为HLA-B和HLA-A。骨髓移植物中含大量免疫细胞，若HLA不相配，所致GVHR特别强烈，且不易被免疫抑制剂所控制，故对HLA配型的要求也特别高。4．交叉配型目前的HLA分型技术尚难以检出某些同种抗原的差异，故有必要进行交叉配型，这在骨髓移植中尤为重要。交叉配