2015移植免疫~临床免疫学

移植免疫,器官移植历史简述,古埃及金子塔前的人面狮身像古希腊的狮头羊身蛇尾契合体中国古代的传说/聊斋志异中的故事二十世纪上半叶，开始现代意义上的器官移植 1954年的Merril的同卵双胞胎间肾移植；1956年Thomas的骨髓移植；1967年Barnard的心脏移植80年代初，免疫抑制剂的应用，提高了移植成功率,角膜移植：,术前：角膜白斑 术后：角膜移植后视力：0.5,1900年开展的输血技术是最早开展的细胞移植。1905年世界第一例角膜移植获得成功角膜移植是迄今为止最成功的器官移植。角膜无血管和淋巴管，与免疫系统隔绝，即“免疫赦免区”。,Nobel Prize in Physiology or Medicine 1912,Alexis Carrel (France)主要贡献：血管缝合,20世纪初，器官移植实验探索,Nobel Prize in Physiology or Medicine 1960,Peter Brian Medawar主要贡献：移植排斥的本质是免疫反应人工诱导免疫耐受：新生鼠注射移植物细胞可诱导成年期免疫耐受,1945年，Medawar提出移植排斥是免疫反应,Nobel Prize in Physiology or Medicine 1980,George D. Snell, Jean Dausset 主要贡献：发现移植排斥抗原MHC及其免疫调节功能 小鼠MHC分子，H-2基因 人MHC分子，HLA基因,超强移植排斥抗原的发现：MHC,Nobel Prize in Physiology or Medicine 1990,Joseph E. Murray主要贡献：第一例成功的肾移植1954年，同卵双生子肾移植成功，波士顿非亲缘个体间器官移植通过抑制免疫系统（放射）来提高移植成功率,1954年，成功地进行第一例肾移植,Nobel Prize in Physiology or Medicine 1988,Gertrude B. Elion主要贡献： 发现首个免疫抑制剂硫唑嘌呤,免疫抑制剂的发现,误打误撞：从研制抗癌药到免疫抑制剂,第一个治疗白血病的药物：6-硫基嘌呤；第一个移植排斥的免疫抑制药物：硫唑嘌呤；治疗痛风的药物：别嘌醇；治疗疟疾的药物：乙胺嘧啶；治疗脑膜炎、败血症、泌尿、呼吸道感染的药物：甲氧苄啶；治疗病毒性疱疹的药物：阿昔洛韦,部分解决的问题：器官保存、移植排斥当前的主要问题：器官源、免疫抑制的副作用、花费高昂,中国尿毒症患者超过200万，增加12万/年50万/年，需肾移植肾源：5000个/年（1%）全国肾移植手术50006000例 多数人，过早离世、或依靠透析维生，7000-8000元/月（透析费用相当于国家卫生总投入的25倍，2004）,我国目前的问题,许多患者在久久等待合适的供体器官中痛苦地死亡器官买卖在我国已形成市场利用权势金钱或各种关系，“插队”来获取供体器官。,器官移植旅游：65岁的埃布尔森（美国）移植一颗来自21岁中国男性的心脏（上海，15万美元）,移植概述,移植（transplantation）:应用正常的细胞、组织、器官以及生物材料置换病变的或功能缺损的细胞、组织或器官，以维持和重建机体生理功能的治疗方法。移植物（graft）：指被移植的细胞、组织或器官供者（donor）：指提供移植物的个体受者（recipient）：指接受移植物的个体。受者又称宿主（host）。,基本概念, 自体移植（autograft） 将来自移植受者本身的组织移植到受者 同系移植（ syngraft） 遗传结构完全相同或相似的个体间的移植 同种（异体）移植（ allograft） 同一种类内遗传结构不同的个体之间的移植 异种移植（xenograft） 不同种类动物个体之间的移植,移植类型,器官移植需要解决的三个技术问题:1.器官保存2.血管吻合技术3.移植排斥,移植术后，移植物抗原可刺激受者的免疫系统，受者组织抗原也可刺激移植物中的免疫细胞，从而诱发免疫应答，此为移植排斥反应(graft rejection)。,移植概述,移植排斥具有特异性和记忆性,器官和组织移植的一般规律 无血缘关系成员之间的组织或器官移植（ 同种异型移植），一般难以成功 不同个体之间的组织移植，通常在两周之内即发生排斥反应。此后如果再次植入同一供者的组织，排斥速度明显加快（记忆特性）。 受者和供者之间的血缘关系越近，移植物被排斥的可能性越小 自体移植物成活率可达100%。遗传基因相同的个体（如同卵双胞胎或者同一种纯系动物 ）之间也能够互相接受移植,第一节 同种异体移植排斥反应的发生机制,移植抗原 T细胞是移植排斥反应的关键细胞,移植排斥的免疫学基础,移植抗原 T细胞 同种异型移植排斥的机制,一、移植抗原,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性别相关抗原：Y染色体，雄性向雌性的不相容性非性别相关抗原：常染色体其他同种异型抗原ABO血型抗原组织特异性抗原：皮肤肾脏心胰肝,主要组织相容性抗原（MHC，人HLA）,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生理功能为免疫应答抗原识别关键基因呈现高度多态性，可作为个体标志HLA的差异是人类移植排斥反应的主要原因移植配型的主要基因,HLA复合体的特点 目前HLA复合体共确认了224个基因位点， 其中128个为功能性基因，96个假基因 是免疫功能相关基因最多、最集中的区域 是基因密度最高的区域 是多态性最丰富的区域 是与疾病关联最为密切的区域,HLA-I、II类基因的等位基因数（2013年7月）,HLA-I、II类基因的等位基因数（2014年4月）,HLA-I、II类基因的等位基因数（2015年4月）,HLA分子的分布 HLA-I类分子： 分布在所有有核细胞、血小板及网织红细 胞表面（白细胞、淋巴细胞表面最多） HLA-II类分子： 分布在B细胞、活化的T细胞、树突状细胞、 巨噬细胞、精子、血管内皮细胞、胸腺上 皮细胞表面,MHC Molecules Expressed on H-2k/d Antigen Presenting Cells,Diagram illustrating various MHC molecules expressed on antigen-presenting cells of a heterozygous H-2k/d mouse. Both the maternal and paternal MHC molecules are expressed. Because the class II molecules are heterodimers, heterologous molecules containing one maternal-derived chain and one paternal-derived chain are produced.,HLA-I和HLA-II类分子的结构、分布、功能,T细胞是识别同种异型抗原、介导移植排斥反应的关键细胞,10天,初次排斥,A系,3天,A系,术前将其致敏T细胞注射到B系,再次排斥,B系,B系,排斥加速,同种异型抗原识别机制,供、受者的APC细胞均可以递呈抗原供受者的T细胞识别。受者T细胞两种抗原识别方式：直接识别（direct recognition）：受者T细胞的TCR直接识别供者APC表面的同种异型MHC分子或同种异型MHC-肽复合物，产生应答。间接识别（indirect recognition） ：供者的同种异型MHC抗原经受者APC加工处理，以同种异型MHC抗原肽-受者MHC分子复合物的形式，被受者T细胞的TCR双识别。,直接识别的特点：速度快。省略了抗原的摄取、处理和加工强度大。1%-10%的受者T细胞能识别同种异型MHC分子，而针对一般异源性抗原的T细胞仅占总数的1/1万-1/10万移植早期的急性排斥反应中起重要作用,交叉识别(cross recognition)：不严格的MHC限制性 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,间接识别的特点：出现较晚。间接途径有赖于受者的APC对同种异型抗原进行加工、处理。强度弱。参与间接识别的T细胞约占T细胞总数的1/1万 1/10万。参与急性排斥晚期或慢性排斥反应。,不严格,MHC限制性：在理论上，发育成熟的T细胞只能识别外源肽-自身MHC分子复合物，源于胸腺阳性选择。,直接识别的机制,TCR对肽-MHC复合物（pMHC）的识别具有简并性（degeneracy），即同一TCR能识别不同pMHC复合物；TCR CDR3的构型具有包容性（flexibility），能通过构型改变识别不同pMHC复合物。,同种移植排斥反应中，受者TCR识别的pMHC存在两种情况：1、外来抗原肽-供者MHC2、供者自身肽-供者MHC抗原肽-供者MHC可模拟外来抗原肽-受者MHC复合物,1,Foreign,混合淋巴细胞反应（mixed lymphocyte reaction）是直接识别的实验证据,同种异型抗原的递呈与识别机制,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以上（1%-10%）的T细胞，从而引起强烈的免疫应答；,同种异型抗原的递呈与识别机制,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，还包括来源于供者的抗原递呈细胞（主要是DC）和淋巴细胞。参与对同种异型移植抗原免疫应答的细胞，主要为记忆T细胞而非初始T细胞。,甲的MHC-细菌抗原肽,乙的MHC-人抗原肽,=,甲的MHC-异源抗原肽,乙的MHC-人源抗原肽,=,自身MHC-非己抗原肽,他人MHC-自己抗原肽,=,甲的MHC-异源抗原肽,乙的MHC-人源抗原肽,=,对甲而言,成熟的T细胞的特征自身MHC限制性（阳性选择）自身耐受性（阴性选择）, 阳性选择：低亲和力或无亲和力清除既不识别自身MHC，又不识别自身抗原肽。中等亲和力存活自身MHC非自身抗原肽高亲和力清除自身MHC自身抗原肽, 阴性选择：中等亲和力存活自身MHC非自身抗原肽高亲和力清除自身MHC自身抗原肽,TCR,MHC,V片,CDR1、CDR2,D-J片,CDR3,基因决定,随机,所有人类的MHC,所有可能的肽段,TCR,自身MHC异源性抗原肽自身MHC人源性抗原肽（自身）他人MHC+异源性抗原肽他人MHC+人源性抗原肽（自身）,TCR,第二节 同种异体移植排斥反应的效应机制,同种异型移植排斥的机制,细胞免疫机制(最重要)体液免疫机制NK细胞的作用,证据：先天无胸腺裸鼠：移植皮片，存活法氏囊切除鸡：移植皮片，排斥,1. 针对移植物的细胞免疫应答效应：CD4+Th1细胞为主单个核细胞的浸润（Th1和巨噬细胞为主）炎性因子的释放，导致型超敏反应性炎症直接识别活化的CD8T能杀伤移植物细胞间接识别活化的CD8T不能杀伤移植物细胞,效应杀伤机制,2. 针对移植物的体液免疫应答效应：除超急性排斥（预存抗体）外不起主要作用移植抗原特异性CD4+Th2细胞激活辅助B细胞分化为浆细胞，分泌特异性抗体抗体的作用：调理作用、ADCC、补体杀伤等,效应杀伤机制,3. 针对移植物的固有免疫应答效应：,damage associated moleecule pattern，DAMP，包括HSP、等,IL-1、6，TNFa，IL-8、MCP-1等,固有免疫细胞（中性粒细胞、NK细胞、NKT细胞）参与移植排斥,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-等细胞因子，活化NK细胞,效应杀伤机制,第三节 移植排斥反应的类型,同种异型移植排斥的类型,宿主抗移植物反应（host versus graft reaction, HVGR） 移植物抗宿主反应（graft versus host reaction, GVHR）,宿主抗移植物反应（host versus graft reaction, HVGR）,移植物抗宿主反应（graft versus host reaction, GVHR）,移植排斥反应的类型,1、宿主抗移植物反应（host versus graft reaction, HVGR）:宿主的免疫细胞、Ab识别、攻击移植物。大部分器官移植属于此类。 超急性排斥反应（术后数分钟至数小时）急性排斥反应（术后数天至数周）慢性排斥反应（术后数月至数年）2、移植物抗宿主反应（graft versus host reaction, GVHR）:移植物的免疫细胞攻击宿主细胞造成损伤。主要见于骨髓移植。,（一）超急性排斥反应,概念：移植物血液循环恢复后数分钟至24小时以内发生的排斥反应，由体液免疫介导。免疫学基础：预存抗体。受者体内预存抗供者同种异型抗原（如HLA、ABO血型、血管内皮细胞抗原）的抗体，与移植物细胞结合，激活补体直接破坏靶细胞。组织病理学特点：毛细血管破坏，小动脉血栓形成，移植器官出现不可逆性缺血、坏死。常见于：移植术前多次输血、多次妊娠、或再次移植的个体，也可能为移植抗原与病原微生物有共同抗原所致。治疗：免疫抑制药物治疗效果较差，只能切除移植物。,超急性排斥反应致移植肾血栓形成,（二）急性排斥反应,概念：移植术后数天至2周出现的排斥反应，三个月后反应强度逐渐减弱，主要由细胞免疫介导。免疫学基础：受者T细胞直接或间接识别供者APC表面同种异型MHC抗原，发生激活和增殖，并通过不同效应机制损伤移植物。组织病理学特点：实质性细胞坏死并伴有淋巴细胞和吞噬细胞浸润。 常见于：同种器官移植中最常见治疗：早期免疫抑制剂治疗可缓解。,发生机制 体液排斥反应：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细胞排斥反应：实质细胞损害CD4+Th1介导的迟发型超敏反应，炎症因子致炎CD8+Tc直接杀伤表达同种异型抗原的移植物细胞,急性排斥反应致淋巴细胞侵润移植肾,（三）慢性排斥反应,概念：可发生于移植后数月、甚至数年，是影响移植器官长期存活的主要障碍。细胞免疫和体液免疫均参与。免疫学基础：急性排斥反应反复发作；慢性炎症反应；血管内皮反复受损；细胞因子刺激纤维增生等。其它机制：局部缺血、免疫抑制剂的毒副作用、感染等，及其他未明机制。组织病理学特点：间质纤维化、移植物内血管硬化，最终导致移植器官功能进行性丧失。治疗：对免疫抑制剂不敏感。,慢性排斥反应致移植肾血管纤维化增生,移植排斥反应的分类和特点,（四）移植物抗宿主反应,概念：当个体接受含有大量免疫细胞的异体移植物（如骨髓）后，移植物中的淋巴细胞对宿主的组织抗原产生免疫应答并引起组织损伤。可造成多脏器损伤。条件：受者与移植物的组织相容性抗原不符。移植物中含有足够数量的免疫细胞。受者处于免疫无能或免疫功能极度低下的状态。主要见于骨髓移植，是骨髓移植成败的首要因素,移植物抗白血病反应（graft versus leukemia reaction，GVLR）,概念： 异基因骨髓移植时，供者免疫细胞对残留白血病细胞的攻击。有利于防止白血病复发。 机制： 现象：自体移植、同卵双胞胎之间造血干细胞移植后，白血病复发率高，异基因移植复发率低。次要组织相容性抗原、白血病细胞异常表达的抗原，刺激供者T细胞特异性杀伤白血病细胞；或通过分泌IFN-r诱导白血病细胞高表达Fas分子，导致细胞凋亡。骨髓移植术后，也可进行供者淋巴细胞输注（donor lymphocytes infusion，DLI），有助于清除残存的白血病细胞，并能通过诱导Treg，抑制GVHR。,第四节 移植排斥的防治原则,组织配型移植物和受者的预处理免疫抑制诱导免疫耐受,移植排斥反应防治原则,组织配型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：相配越多，成功率越高HLA-DR：更重要移植物和受者的预处理免疫抑制诱导免疫耐受,移植排斥反应防治原则,组织配型移植物和受者的预处理移植物预处理：术前充分清除过路细胞、骨髓移植时预先清除T细胞受者预处理：骨髓移植中受者的预处理；血浆置换去除预存抗体。免疫抑制诱导免疫耐受,移植排斥反应防治原则,组织配型移植物和受者的预处理免疫抑制药物：如环磷酰胺、环孢素A、FK506单克隆抗体：抗CD3单抗，溶解T细胞 抗炎皮质激素：抑制TNF、IL-6等炎症因子分泌放射照射淋巴结受者脾脏切除诱导免疫耐受,免疫抑制疗法是防治移植排斥的主要手段糖皮质激素：抗炎，抑制TNF、IL-6等炎症因子分泌真菌性大环内酯类：环孢素A（CsA）、FK506、西罗莫司等干扰T细胞信号转导阻止淋巴细胞增殖：硫唑嘌呤诱导Treg、抑制Th1：FTY-720单克隆抗体：抗CD3、CD4、CD8单抗，抗TCR单抗、抗高亲和力IL-2R单抗，溶解T细胞 中草药：,移植后的免疫监测淋巴细胞亚群血清中免疫分子：细胞因子及其受体、抗体、补体、细胞粘附分子、可溶性HLA水平,移植排斥反应防治原则,组织配型移植物和受者的预处理免疫抑制剂治疗诱导免疫耐受阻断同种免疫应答的启动：移植前受者注入大剂量可溶性供者同种MHC分子阻断已启动的同种免疫应答的发展：输入大剂量可溶性CTLA-4，阻断T细胞活化,诱导免疫耐受,诱导免疫耐受是移植物长期存活的保证，是移植免疫学领域最具挑战性的课题,（一）建立嵌合体微嵌合状态（microchimerism）1992年Starzl用PCR技术在肝、肾移植长期存活患者皮肤、淋巴结、胸腺等组织发现供者来源的遗传物质或白细胞，患者淋巴细胞与相应供者淋巴细胞在体外不发生混合淋巴细胞反应。提示：肾移植患者对供者组织抗原产生耐受。长期微嵌合形成免疫耐受,Starzl对微嵌合状态的解释,双向移植排斥模式：,诱导嵌合状态形成,大剂量射线照射全身淋巴组织CD4、CD8单抗去除外周成熟T细胞后，小剂量胸腺照射清除胸腺内T细胞，再输注标准剂量造血干细胞。,嵌合体动物模型,完全造血嵌合体： 混合造血嵌合体：,（二）阻断抗移植物（或宿主）的特异性免疫应答,（三）基于共信号途径的干预策略,CTLA-4-Ig融合蛋白,CD40L单抗,（四）非特异性抑制炎症应答,Treg,IDO expreesed by DCs,HMGB1,HO-1,inf