异体移植排斥反应的机制

    

    异体器官移植后，在不使用免疫抑制药的情况下，一般均会发生排斥反应，这已获共识，其排斥反应本质上属于免疫应答。在进行异体移植后，由于供、受者之间的组织相容性抗原不同，故移植物可刺激受者的免疫系统产生免疫应答，导致排斥反应。移植排斥反应发生与否及其强度如何，取决于供、受者间组织相容性抗原的差异程度、受者的免疫功能状态、移植物种类及排斥反应防治措施是否得当等因素。

    一、细胞机制

    移植排斥反应中细胞免疫起着重要的作用。T细胞是介导机体细胞免疫应答的主要效应细胞。现已证实，T细胞的活化必须有双信号介导。第一信号是指T细胞表面的T细胞受体－CD3复合体与抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC）上主要组织相容性复合体（major histocompability complex，MHC）－抗原肽间的相互识别；第二信号是由来自APC上共刺激分子，包括CD80、CD86（与T细胞上CD28、CTLA－4间相互作用）和CD40等。按T细胞对信号的效应，共刺激分子分为两类，一类促进T细胞激活，激发免疫反应者称为阳性共刺激分子；另一类下调免疫反应者称为阴性共刺激分子。树突状细胞、巨噬细胞和B细胞都属于专职APC，在T细胞激活中起着十分关键作用，包括呈递抗原和提供共刺激信号，因此要求这类细胞能有效地表达MHC分子和共刺激分子。这种表达，可以是组成性的，也可以是诱导性的。后者指只有在某些细胞因子或抗原的激发下才能出现。生理情况下，某些APC细胞（如B细胞）仅表达极低水平的共刺激分子（即无能APC），只有当它们接受活化信号后上调协同刺激分子的表达，才能成为功能性APC。

    移植抗原可经直接呈递途径或间接呈递途径激发受者产生免疫反应。直接途径是移植物表面的完整分子被T细胞直接识别；间接途径是供体抗原被受体APC加工处理成多肽后被T细胞识别。一般认为直接识别在排斥反应早期阶段起主要作用，对移植物的免疫排斥反应是因为识别了浸润到受体淋巴组织的供体抗原而诱发的。直接识别可诱导强烈的排斥反应，体外观察到带有异体抗原的细胞可直接诱发强烈的混合淋巴细胞反应和产生细胞毒性T淋巴细胞。近年来，随着对免疫应答过程的研究深入，两种识别抗原的途径在排斥反应中的作用又有了新的认识。Yamada等使用缺乏MHC－Ⅱ抗原表达的小鼠，研究CD4＋T细胞、CD8＋T细胞直接识别途径和间接识别途径对异体心脏移植物排斥反应的作用。去除CD4＋T细胞或CD8＋T细胞均能一定程度上延长异体移植物的存活时间，但不能完全消除免疫排斥反应；当CD4＋T细胞间接识别途径被封闭后，无论消除CD4＋T细胞或CD8＋T细胞，还是两种细胞都存在的情况下，仍然无法避免急性移植物排斥反应；当CD4＋T细胞直接识别途径被封闭后，在CD4＋T细胞或CD8＋T细胞均存在的情况下，可发生急性排斥反应，消除CD4＋T细胞可减缓排斥反应，消除CD8＋T细胞后超过100d未发生排斥反应；只有在CD4＋T细胞和间接识别途径存在的情况下，移植物可长期存活，但表现出慢性血管病变的征象。因此，无论CD4＋T细胞还是CD8＋T细胞都能通过直接、间接识别途径介导急性移植物排斥反应。CD4＋T细胞能够通过直接、间接识别途径向急性排斥反应提供辅助信号。仅有CD4＋T细胞和间接识别途径时无法产生急性排斥反应，但能引起慢性排斥反应。

    二、细胞因子的作用

    同种异体反应性T细胞可以产生5种细胞因子，即IFN－γ、TNF－α、IL－2、IL－4、IL－10。IFN－γ由T细胞和NK细胞产生，具有抗病毒、免疫调节和抗增殖活性。IFN－γ可促进MHC－Ⅰ、Ⅱ类分子表达、活化巨噬细胞，致敏T细胞和抗原，或经特定抗原－抗体复合物作用后产生IFN－γ。T细胞可产生TNF－α，具有活化巨噬细胞、诱导IL－l和IL－6产生的作用。IL－2则主要由CD4＋T细胞产生，T细胞的活化促进IL－2产生、IL－2受体表达及抗原特异性T细胞的克隆扩增。IL－4也由T细胞产生，是一种B细胞生长因子，能诱导B细胞表面FcRII（CD23）的产生，后者在B细胞分化中作为IgE和IgG1表达的转换因子，还能促进细胞毒性T淋巴细胞的产生。IL－10是一种具有免疫抑制作用的细胞因子，近年来成为研究的焦点。Miyamoto等将IL－10基因转入小鼠的CD4＋T细胞或CD8＋T细胞后发现，转入IL－10的CD4＋T细胞、CD8＋T细胞能在小鼠体内分泌IL－10，并且转染了IL－10的CD4＋T细胞后能明显延长移植的异体皮肤的存活时间。同样的实验结果显示转染了IL－10基因的树突状细胞在体外诱导异体T细胞的低反应性，同时，经转染了IL－10基因的树突状细胞处理过的动物能够明显延长移植异体小肠的存活率。

    在T细胞产生的Th1／Th2细胞因子模式中，移植物的长期存活机制中，体内细胞因子产生由Th1向Th2转换具有重要意义。Th1类细胞能产生IFN－γ和TNF－α，可活化巨噬细胞，参与迟发型超敏反应。Th2类细胞产生IL－4、IL－5、IL－10、IL－13，引起强烈的抗体反应，并能抑制巨噬细胞的功能。Th0细胞是部分分化的效应细胞，包括多种亚群，能分泌Th1和Th2细胞因子。Th1和Th2并非来自特定的细胞系，而是在抗原呈递阶段，受环境和遗传因素的影响，来自相同的Th细胞前体。早期出现的IL－4是Th2分化强有力的刺激物，而IL－12与IFN则有利于Th1的分化。免疫排斥反应与Th1免疫偏离有很密切的联系，但单个的Th1细胞因子（IL－2或IFN－γ）对排斥反应并非必需。Stremmel等认为Th2细胞因子在一定程度上避免异体移植物免疫排斥反应，但Th2类细胞因子的表达并不一定能避免排斥反应。此外，其他与异体移植物排斥有关的因子还包括IL－4、IL－9、IL－15等。因此，推测尽管多种T细胞生长因子在低浓度时功能各异，但在高浓度时多与排斥反应有关。IL－4并非耐受的标志，相反，IL－4是通向耐受的障碍之一，尽管其较作用IL－2弱。根据细胞因子阻碍耐受和引发排斥的作用强弱，人们推测在细胞因子产生和同种异体移植排斥反应中，T细胞生长因子的表达可能呈现分级模式。

    人们希望从分泌的细胞因子种类来鉴定T细胞，反映出对Th1／Th2比例变化的浓厚兴趣。Th1细胞是T辅助细胞，受IL－12和比IL－18的影响而分化，主要分泌IFN－γ。Th1细胞参与经典T辅助细胞介导的功能如细胞毒性T淋巴细胞的克隆扩增、巨噬细胞活化和抗体的类别转换到同种型IgG，后者介导补体溶解。与此相反，Th2细胞受IL－4和IL－6影响而分化，产生功能相反的细胞因子（IL－4、IL－5、IL－10）。Th2细胞激活B细胞，诱导抗体类别转换到IgG1和IgE。Th1／Th2比例变化的核心是Th1细胞分泌的细胞因子抑制Th2细胞，反之亦然。这就意味着有的生理反应既可以接受细胞免疫（Th1）的调控又可以接受体液免疫（Th2）的调控。

    Th1／Th2模式的最大缺点是，过分简化了接受抗原刺激之后细胞因子应答的复杂性。基因敲除实验证实了细胞因子网络的重复现象，其他细胞生长因子可以替代丧失的细胞因子，而且细胞因子只在细胞周围的微环境起作用，而不是全身性作用。因此，全身性细胞因子治疗的做法可能欠妥。对Th1／Th2的比例变化在移植耐受诱导中的重要性仍然争论不休。有的实验模型中，分泌Th2型的细胞因子似乎对诱导和维持无反应性至关重要；而其他的实验提示Th2类型与排斥反应有关。研究和控制细胞因子反应以探索诱导耐受将是今后研究的热点之一。

    三、免疫耐受

    随着手术技术的改进、器官灌注与保存、HLA配型和免疫抑制药物的联合使用，极大提高了移植物的存活率和存活时间。但长期非持异性的免疫抑制将造成明显的并发症和高死亡率，特别是可能会引起感染和恶性肿瘤。如果能实现供者特异性的免疫抑制而同时完整保留免疫系统的全部功能，就能避免因为长期使用非持异性免疫抑制药物带来的诸多问题。

    虽然有多种细胞参与排斥反应，但其中只有T细胞是必需的。Uehara在研究心脏异体移植免疫耐受嵌合模型小鼠后发现，移植的异体心脏有血管病变。使用抗NK细胞抗体对上述血管病变无明显保护作用，但使用抗CD4／CD8单克隆抗体能显著降低血管病变。T细胞不仅对MHC抗体产生反应，对非MHC抗体的反应，也可能导致免疫排斥反应。目前所有成功诱导出免疫耐受的实验都是针对T细胞的，有多种机制可能导致T细胞在移植中的耐受，但它们之间并没有严格的界限。一个成功的耐受诱导方案可能涉及多个机制；某一机制可能在耐受诱导的早期起主要作用，而另一个机制可能对维持长期耐受作用更大。目前研究较多的是无能和清除机制。

    无能是指T细胞的功能性无反应或失活而不伴有细胞死亡。幼稚T细胞的活化至少依靠2个信号，信号1由T细胞受体与MHC／特异抗原肽复合物相互作用组成；信号2是由相同APC呈递的共刺激信号。最具代表事件的共刺激分子是APC上表达的B7分子B7－1（CD80）和B7－2（CD86）及其T细胞受体CD28。对T细胞的共刺激作用引起IL－2分泌和抗凋亡蛋白Bcl家族包括BclxL的表达。在缺乏共刺激信号的抗原识别过程中，可能产生T细胞无能（即只有信号1而无信号2）。无能T细胞最引人注目的特点是，一但产生无能，该细胞今后将不能对完整的活化信号（即信号l和信号2）起反应，因为它受抗原刺激后不能产生IL－2。由于没有IL－2，T细胞就不能增殖和分化成为效应细胞。已诱导产生的无能T细胞若在体外给予IL－2可以恢复功能性激活状态。其中研究较多的是如何清除过客白细胞诱导T细胞无能和封闭T细胞共刺激信号导致免疫耐受。

    清除机制是指通过凋亡去除特异性的T细胞或T细胞克隆，被认为是最强的耐受诱导机制，因为它能将T细胞从T细胞库中完全清除，包括耐受诱导的胸腺清除机制和耐受诱导的外周清除机制。

    最近发现的调节性T细胞（regulatory T cells，Treg），使研究者对免疫耐受有了更新的认识。Treg是不同于Th1和Th2的具有调节功能的T细胞群体，可分为CD4＋CD25＋Treg、Tr1Th3等多种亚群。其中CD4＋CD25＋Treg是调节性T细胞的主要组成部分。根据其来源和作用机制的不同，CD4＋CD25＋Treg可分为天然CD4＋CD25＋Treg和获得性CD4＋CD25＋Treg。前者主要是指在胸腺发育成熟后进入外周淋巴组织的CD4＋CD25＋Treg，在预防自身免疫反应方面起作用。而后者是由成熟T细胞诱导产生的，在微生物感染和移植免疫中起作用。Treg能够抑制免疫系统对自身和外来抗原的应答，在维持机体免疫耐受和免疫应答稳态方面具有非常重要的作用。