第 22 章 移植免疫 transplantation immunology

第 22 章 移植免疫Transplantation Immunol

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Contents

• 同种异型移植排斥的免疫学基础 • 同种异型移植排斥的分类及效应机制• 同种异型移植排斥的防治• 异种移植

移植有关概念

• 移植（ transplantation ）• 移植物（ grafts ）• 供者（ donors ）• 受者或宿主（ recipient or hosts ）

Nobel Prize in Physiology or Medicine 1912

• Alexis Carrel (France)• Work on vascular

suture and the transplantation of blood vessels and organs

Great events in history of transplantation

20世纪初，器官移植实验探索

Nobel Prize in Physiology or Medicine 1960

• Peter Brian Medawar (1/2)

• Discovery of acquired immunological tolerance – The graft reaction is an immu

nity phenomenon – 1950s, induced immunologica

l tolerance to skin allografts in mice by neonatal injection of allogeneic cells

Great events in history of transplantation

1945年，Medawar提出移植排斥是免疫反应

Nobel Prize in Physiology or Medicine 1980

• George D. Snell (1/3), Jean Dausset (1/3) • Discoveries concerning genetically determin

ed structures on the cell surface that regulate immunological reactions – H-genes (histocompatibility genes), H-2 gene – Human transplantation antigens (HLA) ----MHC

Great events in history of transplantation

MHC的发现

Nobel Prize in Physiology or Medicine 1990

• Joseph E. Murray (1/2) • Discoveries concerning

organ transplantation in the treatment of human disease – In 1954, the first

successful human kidney transplant was performed between twins in Boston.

– Transplants were possible in unrelated people if drugs were taken to suppress the body's immune reactionGreat events in history of transplantation

1954年，成功地进行第一例肾移植

Nobel Prize in Physiology or Medicine 1988

• Gertrude B. Elion (1/3) , George H. Hitchings (1/3) • Discoveries of important principles for drug tr

eatment – Immunosuppressant drug (The first cytotoxic drug

s) ----- azathioprine

Great events in history of transplantation

免疫抑制剂的发现

• 角膜• 心脏• 肝脏• 肺脏 • 肾脏• 胰腺 • 骨髓• 皮肤

移植物分类

•自体移植物（ autografts ）–移植物来自受者自身

•同基因移植物（ isografts ）–移植物来自遗传基因与受者完全相同的供者

•同种异型移植物（ allografts ）–移植物来自同种但遗传基因型有差异的另一个体

•异种移植物（ xenografts ）–移植物来自异种动物

Skin from an inbred mouse grafted onto the same strain of mouse

Skin from an inbred mouse grafted onto a different strain of mouse

ACCEPTED

REJECTED

Genetic basis of transplant rejection

Inbred mouse strains - all genes are identical

Transplantation of skin between strains showed thatrejection or acceptance was dependent upon

the genetics of each strain

6 months

• 移植排斥 ----免疫应答

• 抗原特异性• 免疫记忆

Immunological basis of graft rejection

Primary rejection of strain skin

e.g. 10 days

Secondary rejection of strain skin

e.g. 3 days

Primary rejection ofstrain skin

e.g. 10 days

Naïve mouse

LycTransfer lymphocytesfrom primed mouse

移植排斥反应

• 特异性免疫应答– 特异性– 记忆性

• 初次排斥反应• 再次排斥反应

第一节 同种异型移植排斥的免疫学基础

• 移植抗原• 同种异型移植排斥的机制

一、移植抗原 (Transplantation Antigens)

• 概念– 移植物表达的引起宿主抗移植物免疫应答的抗原

• 分类– 主要组织相容性抗原– 次要组织相容性抗原– 其他同种异型抗原

１、主要组织相容性抗原

• 引起同种异型移植排斥反应的主要抗原• 能引起强烈而迅速的排斥反应• HLA 型别的差异是人类移植排斥反应的主要原因

２、次要组织相容性抗原

• 引起机体较弱排斥反应的抗原• 发生较慢，强度较轻• 小鼠 H-Y 抗原， Y 染色体编码• HA-1 ～ HA-5 等，非 Y 染色体连锁

３、其他同种异型抗原

• 人类 ABO 血型抗原• 某些组织特异性抗原

– 移植排斥反应强度 : 皮肤＞肾＞心＞胰＞肝– 血管内皮细胞（ VEC ）特异性抗原– 皮肤的 SK 抗原

二、同种异型移植排斥的机制

• 细胞免疫机制 • 体液免疫机制• NK 细胞的作用

1 、细胞免疫机制

• 同种异型移植排斥反应主要是由受者的 T细胞介导的、针对移植物表面同种异型抗原的细胞免疫应答

(1) 同种异型识别的分子机制

• 受者 T 细胞如何识别供者 MHC 分子？• 为什么有如此多的 T 细胞能识别同种异型 M

HC 分子？– 1%-10% 的受者 T 细胞能识别同种异型 MHC 分子

– 10- ５ -10- ４的特异性 T 细胞前体识别一般抗原

受者 T 细胞如何识别供者 MHC 分子 ?

• 直接识别• 间接识别

直接识别（ direct recognition ）

• 不需要抗原的加工过程，受者 T细胞直接识别移植物细胞表面完整的同种异型 MHC 分子

•交叉识别 (Cross recognition) 受者 T细胞克隆– 正常情况 识别自身 MHC 分子 -外来 Ag肽复合物

– 同种异型移植 识别供者 MHC 分子 -Ag 肽复合物– 分子基础 两者决定簇可能很相似

• 交叉识别

•过客白细胞 (Passenger leukocytes) – 移植物中，如成熟 DC 和 MΦ – 通过直接识别激活 T 细胞– 急性排斥早期 ？– 速度快？– 强度大？

同种异型 MHC 分子可刺激多克隆 T细胞激活？•同种异型 MHC 分子 (不同的氨基酸残基 )•同种异型 MHC 分子–不同的抗原肽•供者 APC 表面所有同种异型 MHC 分子都能形成供 TCR 识别的表位（高密度）

间接识别（ Indirect recognition ）

• 同种异型 MHC 分子作为常规的外来蛋白质，被受者 APC 加工递呈，为 T 细胞识别

• 排斥反应较弱、较缓慢• 急性排斥反应中晚期和慢性排斥反应中起更重要的作用

• 急性排斥反应早期与直接识别机制协同发挥作用

Recipient T cell

TCRPeptide

Donor MHC molecule

Donor MHC molecule

Donor APC Recipient APC

Recipient MHC molecule

Peptide from donor MHC molecule

直接识别和间接识别的比较

直接识别 间接识别

MHC 分子形式 完整的同种异型 MHC 分子

同种异型 MHC 分子来源的抗原肽

APC 不需受者 APC 需要受者 APC

活化的 T细胞 CD4+/CD8+T 细胞 CD4+/CD8+T 细胞

排斥反应中作用 急性排斥反应 慢性排斥反应

排斥反应强度 非常强烈 较弱

（ 2） CD4 ＋ T 细胞和 CD8 ＋ T 细胞的作用

CD4 ＋T 和 CD8 ＋T均参与， CD4 ＋T更重要•直接识别和间接识别活化的 CD4 ＋T

–分泌 CK–激活和招募 MΦ

•直接识别活化的 CD8 ＋T 能杀伤移植物细胞•间接识别活化的 CD8 ＋T 不能杀伤移植物细胞•直接识别活化的 Th2不能辅助受者 B 产生抗移植物抗体 ,而间接识别活化的 Th2则能

Role of CD4 ＋ T cells and CD8 ＋ T cellsRole of CD4 ＋ T cells and CD8 ＋ T cells

CD4+TH1

CD8+CTL

CD8+preCTL

２、体液免疫机制

体液免疫在移植排斥反应中起一定作用• 超急性排斥反应中起重要作用（预存抗体）

– 激活补体–调理作用– ADCC

• 移植排斥反应中起次要作用–在某些情况下，抗体反而能保护移植物，防止或延缓排斥反应的发生，这种抗体称为增强抗体（ enhancing antibodies ）

–增强抗体与移植物上的抗原结合，不激活补体，也不引起细胞毒效应，却可阻断其他抗体或效应 T 细胞对移植抗原的识别和对移植物的攻击，因而又称为封闭抗体（ blocking antibodies ）

３、 NK细胞的作用

• 受者 NK 细胞 KIR 不能识别同种异型移植物细胞表面的非己MHC 抗原，抑制信号传入受阻， NK 细胞被激活

• 活化 T 细胞分泌 IL-2 、 IFN-γ 等细胞因子，活化 NK 细胞

Inflammation

lysis

ADCC

lysis

IL2, IFN

TNF, NO2

IL2, IL4, IL5

IL2, TNF, IFN

Rejection

Mechanisms of graft rejectionMechanisms of graft rejection

第二节 同种异型移植排斥的分类及效应机制• 宿主抗移植物反应• 移植物抗宿主反应

同种异型移植排斥反应分类

•宿主抗移植物反应 (Host-versus-graft Reaction, HVGR)

–见于一般器官移植•移植物抗宿主反应 (Graft-versus-host Reaction, GVHR )

–主要发生在骨髓移植和其他免疫细胞移植

一、宿主抗移植物反应

• 超急性排斥反应• 急性排斥反应• 慢性排斥反应

１、超急性排斥反应（ Hyperacute rejection ）

• 发生时间 – 移植器官与受者血管接通后数分钟至 1 ～ 2d 内发生

• 病理变化 – 血管内凝血–缺血、变性和坏死

• 发生机制 –预存抗体

• 抗 ABO 血型抗原的抗体• 抗 HLA 抗原的抗体• 抗 VEC 抗原的抗体

– 激活补体系统– 激活凝血系统– 供者器官灌流不畅或缺血时间过长等非免疫学机制

２、急性排斥反应（ Acute Rejection ）

• 发生时间 – 移植后数天至 2周左右出现– 80% ～ 90% 发生于移植后一个月内

• 病理变化 – 急性体液性排斥反应

• 血管内皮细胞损伤为主要表现的急性血管炎– 急性细胞性排斥反应

• 实质细胞的坏死并伴有大量淋巴细胞、 MΦ浸润

•发生机制 –移植物血管损伤

•针对血管内皮细胞表面同种异型抗原的 IgG抗体•补体依赖的细胞毒作用

–实质细胞损害•CD4+Th1介导的迟发型超敏反应•CD8+Tc 直接杀伤表达同种异型抗原的移植物细胞

３、慢性排斥反应（ Chronic Rejection ）

• 发生时间 – 移植后数周、数月、甚至数年发生

• 病理变化 – 间质纤维化，移植物内血管平滑肌细胞增生，血管硬化

• 发生机制 –迄今尚不完全清楚– 急性排斥反应细胞坏死的延续和结果–炎症性 CD4+T 细胞 /MΦ 相关的慢性炎症– 非免疫学因素诱发组织器官的退行性变

Kidney Transplantation----Graft Rejection

Chronic rejection in a kidney allograft with arteriosclerosis

二、移植物抗宿主反应

•同种异型骨髓移植时，供者骨髓移植物中的免疫活性细胞识别宿主移植抗原而发生的排斥反应

• GVHR 可以损伤宿主，引起移植物抗宿主病（ graft versus host disease ， GVHD）–急性 GVHD–慢性 GVHD

• Graft versus host disease

• Graft versus host disease

• 发生条件– 移植物中含有足够数量的免疫活性细胞– 宿主处于免疫无能或免疫功能极度低下的状态– 宿主与移植物之间的组织相容性不同

发生情况• 骨髓移植（主要）• 胸腺移植• 脾移植• 新生儿接受大量输血

• 多数情况下由次要组织相容性抗原引发

1、急性 GVHD

• 供受者 HLA 不相配或未对受者进行预防性处理时• 移植后数天，最迟在术后 2个月内即可发生• 皮肤、肝脏、肠道等多个靶器官上皮细胞的坏死• 皮肤瘙痒性斑丘疹、厌食、恶心、腹泻、血清胆红素增高等

• 由移植物中成熟 T细胞介导，也可能与 NK细胞有关

• Acute graft-versus-host reaction with vivid palmar erythema 

2、慢性 GVHD

• 一个或多个器官的纤维化和萎缩• 最终可导致所累及器官的功能丧失

Removal of T cells from marrow graft

• 强烈的免疫抑制剂治疗–疗效尚不肯定– 一旦发生，一般难以逆转，导致移植失败–严重损伤患者，甚至死亡

第三节 同种异型移植排斥的防治

• 组织配型• 免疫抑制剂治疗• 诱导免疫耐受

一、组织配型 (Tissue Typing)

•供受者间的 ABO和 Rh血型必须相同•检测并排除受者体内的预存抗体• HLA 组织配型选择合适供者

– HLA-A 、 HLA-B– HLA-DR

• Laws of transplantation  

•供受者 HLA-A 和 HLA-B相配的位点数越多，移植物存活几率越高

•供受者 HLA-DR 位点相配更重要，因为 HLA-DR 和 DQ基因有很强的连锁不平衡， DR 位点相配的个体，通常 DQ位点也相配

移植物存活与 HLA配型的关系

二、 免疫抑制剂治疗 (Immunosuppressor Therapy)

•硫唑嘌呤、环磷酰胺–抑制淋巴细胞增殖和分化，杀伤活化的 T细胞

•环孢素 A 、 FK506–抑制 T细胞活化过程中 IL-2基因的转录

•抗 CD3 单抗（ OKT3）–活化补体，调理作用，溶解 T 细胞

•抗炎皮质激素–抑制 TNF、 IL-1、 IL-6等炎症细胞因子分泌

环孢素 A （ cyclosporin A ）

•目前临床上最常用的免疫抑制剂•抑制 T细胞活化过程中 IL-2基因的转录•无骨髓抑制•大剂量长期使用有肾毒性

FK506

•大环内酯类抗生素•作用机制与 CsA 相似•免疫抑制作用更强， CsA 的 100 倍•毒性较低•临床移植中与 CsA 合用效果更好

三、 诱导免疫耐受(Induction of Immune Tolerance)•抑制 T细胞活化

–供者可溶性 MHC 分子– CTLA-4 融合蛋白–抗 IL-2R 单抗

• Th2类细胞因子–针对 TNF-α， IL-2， IFN-γ的单抗

•微嵌合状态（ microchimerism）–同种实质器官移植，互相嵌合状态–受者体内可检测到供者细胞或遗传物质–移植物内 MΦ等细胞被宿主细胞代替

第四节 异种移植

•异种移植 (Xenotransplantation)–不同种供受者之间的组织器官移植–解决供体器官短缺的一条很好的潜在途径–猪有可能是人类器官移植异种供者的优选物种 大量的猪→人异种移植实验

异种移植排斥反应

• 超急性异种移植排斥（ HXR ）• 延迟异种移植排斥（ DXR ）• T 细胞介导的异种移植排斥

一、超急性异种移植排斥（ hyperacute xenograft rejection ， HXR ）

•受者体内预存的异种反应性天然抗体与供体器官血管内皮细胞上相应异种抗原结合，激活受者补体系统，进而激活血小板、形成血栓，导致移植物缺血坏死

•针对半乳糖 α1,3 半乳糖（ Galα1,3Gal ）抗原的异种反应性抗体（ 90%以上）

•猪补体调节蛋白对人补体成分调节作用弱• HXR比同种异体超急排斥反应严重得多

控制 HXR 的实验研究已获得成功•免疫吸附清除受者体内的预存抗体•使用抑制剂抑制补体的活化•构建并繁殖表达人补体调节蛋白的转基因猪

二、延迟异种移植排斥 （ delayed xenograft rejection ， DXR

）•急性血管性排斥•主要启动因素

–异种反应性抗体，激活补体•发生发展的中心环节

–激活血管内皮细胞–表达前凝血酶类和多种炎症分子–移植物内广泛的血栓形成和炎性损伤

•参与 DXR 的发生– MΦ、 NK细胞、 T细胞和血小板、凝血因子等

•目前尚无明确、有效的预防和控制 DXR方案

•影响异种移植物存活的主要障碍