移植免疫

第二十章 移植免疫,移植免疫,概述 第一节 针对同种异型抗原的识别、 提呈和效应机制第二节临床同种异基因移植排斥反 应的类型 第三节同种异型移植排斥反应的防治,概述,一、移植的概念二、移植的分类三、同种移植排斥反应规律,一、移植的概念,移植移植物（graft）供者（donor）受者或宿主（recipient or host）移植排斥反应（graft rejection）,1. 移植 (Transplantation): 个体细胞、组织或器官用手术或其他方法，移到自己体内或另一个体，“移植术”包括细胞、组织和脏器移植。2. 供者 (Donor): 3. 受者 (Recipient):4. 移植物 (Graft, Transplant):5. 自体移植(Autograft): 供者、受者的基因完全相同，移植后无排斥反应。,二、移植的分类,1. 同质移植 (Isograft, Syngenic): 供者和受者基因型完全相同；2. 同种移植(Allograft, Allotransplantation): 种相同，基因型不同;3. 异种移植(Xenograft, Xenotransplantation): 不同种属之间，如人和狒狒，猪等；,4. 原位移植(Orthotopic): 心脏，断肢再植；5. 异位移植(Heterotopic): kidney,移植：在医学上应用自体或异体的正常细胞、组织或器官置换病变的或功能缺损的细胞、组织或器官，以维持和重建机体的生理功能，这种治疗方法称为移植。移植排斥反应：移植手术后，移植物或受者体内的免疫细胞受刺激后而发生免疫应答反应。,The laws of transplantation,三、同种移植排斥反应规律Hyperacute rejection: 受者血液中预存抗供者组织抗原的抗体，激活补体系统。体液免疫反应。血型不合，反复输血。Accelerated vascular rejection：又称血管排斥反应，较罕见。因由体液介导，又称为体液排斥反应。是由于血管内皮受袭击，激发大量抗体，进而导致不同类型的内皮激活。病理特点是小动脉坏死伴有明显血栓形成。通常发生在移植术后一周以内，部分经治疗可缓解。Acute rejection: 主要是由于T细胞的免疫反应所致。临床表现为移植器官功能减退。Chronic rejection: 损伤主要表现为血管慢性排斥，表现为血管内皮损伤，以及非免疫损伤机制所致的组织器官退行性变。病理特征因器官而异。如移植肝表现为小胆管消失。移植肾表现为间质纤维化、肾小球病变。是器官移植失败的主要原因之一。,概念：,细胞,组织,器官,手术,其他方法,自体,另一个体,供体,受体,移植术,组织器官移植种类和命名,自体移植 同一个体 自体断肢再植，自体皮片移植 同系或同基因移植 同系或同基因 人的单卵双生子间的器官移植同品系小鼠的皮片移植 同种移植 同种不同基因 人与人之间的肾移植/不同品系小鼠间的皮片移植 异种移植 异种动物间 狗的器官移植给猩猩/猪的器官移植给狗 组织工程 培育人类器官,移植名称 供者、受者关系 举例,移植简史,Chimarera,移植简史,1.Exploratory Phase：18世纪，苏格兰John Huuter 鸡睾丸自体移植；1835年，Bunger 羚羊同种异体角膜移植；1902年，Ulmann血管套接法自体同种和异种的肾移植；Carrel & Guthrie 血管吻合方法完成器官移植，猫肾移植存活21天；1933，乌克兰人Voronov 人尸体肾移植，48小时存活；Hume 9例尸体肾脏移植，1例存活5个半月。,缺乏对排斥反应的认识，难有长期存活者；有人提出是由免疫反应引起，并认为主要是由抗体所介导，然而没有直接证据。,2: Clinical Phases,1954，US Nobel Laureate Prof. Joseph E. Murray同卵双生兄弟肾移植，长期存活； Prof. Joseph E.Murray： 人类历史上第一次成功的肾脏移植； 人类历史上第一次活体器官移植； 第一次亲属供肾移植； 第一例同卵双生兄弟之间的器官移植； 提出一个新的医学伦理问题：健康人-手术-拯救他 人的生命？ 单肾维持生命,为活体供肾提供了有力的证据。,1990,2.Clinical phases,1958, Murray& Hamburger受体全身X-Ray，异卵双生同胞肾脏移植长期存活；1962年 Azathioprine 应用尸体肾脏同种移植成功。不同类型的肾脏移植获得成功，现代器官移植实际开始的标记。,Breakthroughs, 血管吻合技术；短期低温保存 Collins (1969) 细胞内液低温保存肾24小时 ; 免疫抑制药物： 1961年硫唑嘌呤；1963年泼尼松(类固醇类药物的代表);1966年抗淋巴细胞球蛋白（ALG）;1971年环磷酰胺;,Prof. Alexis Carrel 1912,1968，美国脑死亡哈佛标准: 循环和呼吸不可逆丧失； 包括脑干在内的整个脑功能不可逆的丧失。,Dr. Thomas E. StarzlLiver 1963,Prof. Christiaan BarnardHeart 1967,Prof. Richard Lillehei& William Kelly肾胰联合 1966,3.Development in 60s,70s & 80s,60s70s:常规二联：硫唑嘌呤泼尼松三联：硫唑嘌呤泼尼松ALG70s，器官移植数量直线上升1年移植物存活率：肾脏移植：7075%； 心脏移植：70%肝脏移植：60%胰腺、肺、小肠、脾, 处于停顿状态。,1972年，Cyclosporin A 的问世大大提高了临床器官移植的效果；1978年，Calne首先应用于临床肾脏移植。,3.Development in 60s,70s & 80s, 存活率大幅度提高：1年：肾脏95%；心脏90%；肝脏80%； 大批10年、20年长期存活者出现； 器官移植数字成倍增长； 新术式不断出现，如脾脏，联合移植，许多器官再次或三次移植； 处于低潮的肺，小肠移植重新上升，出现长期存活者。,3.Development in 80s,Kidney 2002,Liver 2002,Heart 2002,我国大器官移植首次和最长记录,（一）诱导移植排斥反应的同种异型抗原,1、主要组织相容性抗原2、次要组织相容性抗原3、其他组织相容性抗原,第一节 针对同种异型抗原的识别、 提呈和效应机制,1、主要组织相容性抗原,在不同种属或同种不同系别的个体间进行组织移植时，会出现排斥反应，其本质是细胞表面的同种异型抗原诱导的一种免疫应答。这种代表个体特异性的同种异型抗原称移植抗原或组织相容性抗原，其中能引起强而迅速排斥反应的抗原称主要组织相容性抗原。,2、次要组织相容性抗原引起较弱排斥反应的组织相容性抗原。包括与性别相关的抗原(如H-Y抗原)、表达于白血病细胞或正常细胞表面的非Y染色体连锁的mH抗原等。该抗原被降解形成的肽段具有同种异型决定簇，以MHC限制性方式被T细胞识别。,次要组织相容性抗原（mHC）也能引起排斥反应,3、其他组织相容性抗原,（1）AB0抗原系统： ABO血型系统也是主要组织相容性抗原。ABO系统的抗原不仅存在于红细胞，亦存在于血管内皮及其他组织细胞表面，当供者与受者的ABO血型不符时，移植物的血循环重建后会即刻导致严重的排斥反应而使移植失败。但是ABO血型只有4种主要类型，容易检测也容易配型。在进行器官移植时，力求供受体间ABO血型的一致。ABO血型抗体系天然抗体。其他血型物质也可以构成触发移植排斥反应的靶抗原。（2）组织特异性抗原： 是一类特异地表达于各种器官、组织、细胞上的抗原系统。其作用越来越受到关注，但研究不够，未作为配型的必要项目。目前，已被关注的组织特异性抗原有：血管内皮细胞特异性抗原、肾特异性抗原、肝脏特异性抗原等。,供者与受者ABO血型不配合 受者血清中天然血型抗体与移植物血管 内皮细胞表面的血型抗原结合 激活补体，介导II型超敏反应 血管内皮细胞损伤和血管内凝血 （超急性排斥反应）,组织特异性抗原：表达在特定细胞、组织和 器官表面的抗原称为组织特异性抗原； * 不同组织器官的组织特异性抗原不同， 移植后发生排斥反应的强度亦各异。皮肤、 肾、肝脏依次减弱。,（二）同种异型抗原的提呈与识别,1、同种异型抗原识别的细胞及分子基础：（1）同种异基因移植排斥反应的本质： 本质：免疫应答,KIR对NK杀伤靶细胞的调节作用识别MHC-I类分子的变化,（2）同种异基因移植排斥反应的特点： 1）移植排斥发生需一定的致敏阶段，约10天移植物坏死脱落，初次排斥现象（the first set phenomenon）； 2）受者再次接受同一供者移植物，加速排斥反应，约6-8天，再次排斥现象（the second set phenomenon）； 3）回忆反应，一定间隔后再次移植，仍加速排斥； 4）过继性，可通过淋巴细胞被动转移给正常动物。,（3）同种异基因移植排斥反应的靶抗原 靶抗原：共显性表达于移植物细胞表面的MHC分子 实验研究： 1）近交系小鼠同品系移植，极少发生排斥； 2）雄性向（雌性）的不相容性：H-Y； 3）近交系小鼠不同品系间移植，F1接受亲代的 移植物；亲代的移植物对F1排斥。,（4）受者T细胞对供者MHC分子的直接识别,同种异型反应性T细胞直接识别移植物APC表面同种异型MHC分子，此为直接识别（direct recognition）。在同种异型移植中，借助直接识别可激活大量受者T细胞，从而在急性排斥反应早期发挥重要作用。是同种移植所特有的抗原递呈与识别方式。直接识别模式所涉及的若干理论问题，目前有如下初步认识： 1）TCR识别抗原肽的分子基础； 2）TCR识别的交叉反应性； 3）同种异型抗原可激发强烈的免疫应答。,(5)受者T细胞对供者MHC分子的间接识别,是指移植术后，受者APC随血流进入移植物内，可摄取处理从移植物细胞脱落的同种异型MHC分子（等同于普通抗原）并经溶酶体途径提呈给CD4+T细胞，此为间接识别（Indirect recognition）。,直接与间接抗原提呈模式,（三）移植排斥反应的过程及机制 受者对移植物排斥反应的三阶段： 1、致敏或识别过程 2、增殖反应和分化过程 3、效应杀伤过程,直接识别和间接识别比较,直接识别 间接识别 被识别分子形式未经加工处理的异种经处理的同种异型MHCMHC分子分子 抗原提呈细胞供者APC受者APC 被激活的T细胞CD8CTL，CD4ThCD4Th为主 排斥反应强度非常强烈较弱或未知 参与排斥反应的类型急性排斥反应（早期）急性排斥反应（中、晚期）、慢性排斥反应 对环胞霉素敏感性敏感不敏感,2、增殖反应和分化过程 共受者的免疫活性细胞 移植物 局部淋巴结肿大， 淋巴细胞数量增加，体外MLR、T、B均参与反应3、效应杀伤过程：移植物的损伤和功能丧失，T、B细 胞在移植排斥反应过程中是主要的。 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； T细胞抑制剂使用：移植皮片，存活； Th、Tc协同排斥作用。,（一）移植排斥反应的类型和杀伤机制 1、宿主抗移植物反应（Host versus graft reaction， HVGR） 2、移植物抗宿主反应（graft versus host reaction，GVHR ）,第二节 临床同种异基因移植排斥反应的类型,HVGR,GVHR,1、宿主抗移植物反应（HVGR） 1) 超急性排斥反应hyperacute rejection 异种器官移植（心、肺、肾） 同种器官移植：血管吻合的实质性器官 发生：数分钟、几小时、不可逆、切除移植物, 超急性排斥反应发生机制：移植前已经存在的抗血型类抗原的抗体与血管内皮细胞相应抗原结合，激活补体系统和凝血系统。 （1）ABO血型不相容； （2）受者血中含抗供者白细胞、血小板的抗体； （3）非免疫因素：缺血过长、灌洗不彻底等。 病理：小血管纤维素样坏死、中性粒细胞浸润、血栓形成、出血。,2） 急性排斥反应acute rejection 同种器官移植中最常见，可逆。 发生：1周3月； 发生机制：早期：IV型TDTH ，晚期：T、B； 病理：组织间质水肿，淋巴细胞、单核、巨噬细胞浸润。 临床：体温升高，血WBC增加，移植物局部肿胀、疼痛。 3) 慢性排斥反应chronic rejection 6-12月 急性排斥反应反复发作，渐进性进展，移植物功能减退。,慢性排斥反应的发生机制,三种宿主抗移植物反应,2、移植物抗宿主反应（GVHR） 常见：骨髓移植、脾、胸腺、小肠移植或免疫缺 陷的新生儿血。发生机制： 1）移植物有足够识别受者移植抗原的免疫活 性细胞, 受者免疫应答； 2）受者免疫无能，免疫缺陷，无法清除移植 物细胞； 3）受者、供者HLA相异。,临床表现：炎症性疾病，皮疹、腹泻、肺炎等。急性：骨髓移植10-70天，发热、皮疹、黄疸、 肝功能紊乱。慢性：侵犯全身各系统。主要效应细胞：骨髓移植物中成熟T细胞。 供者CD4+T细胞识别宿主组织相容性抗原 发生活化、增殖、分化，产生IL-2、 IFN-、TNF-等细胞因子 进一步激活CTL、M、NK细胞， 直接或间接杀伤宿主靶细胞,免疫赦免区,机体接受同种或异种移植后不发生或仅发生轻微排斥反应的部位。包括胸腺、角膜、眼前房、软骨、脑、胎盘滋养层、内分泌腺等；, 这些部位与血液循环和淋巴循环相对隔绝，有些部位还有特殊的屏障结构，故淋巴细胞和抗体不易进入； 某些组织（如软骨）抗原性较弱，不易发生排斥反应； 某些赦免区组织细胞高表达Fas L，同种异体反应性T细胞进入该部位并被激活后，可高表达Fas 抗原，从而通过Fas/FasL途径使激活的特异性T细胞凋亡(apoptosis ) ,导致对移植物的耐受。,一、供者的选择二、移植物或受者的预处理三、免疫抑制治疗四、移植后的免疫监测,第三节 同种异型移植排斥反应的防治,一、供者的选择,3)HLA定型或配型试验： 非家庭配型：表现型相同 MHC-II(HLA-DR)配合优于MHC-I类 HLA-DR和HLA-DQ间的连锁不平衡4）mH抗原分型：男性个体组织细胞表面表达与性别相关的mH抗原；应尽可能选择同性别的供者。,组织配型(MLR),HLA matching and graft survival,（二）移植物或受者的预处理,1、移植物的预处理： 不同组织器官的移植，其移植物的处理不尽相同。例如： 1）心、肺：先后应用前列腺素El、Collins和Papworth液及硫酸镁经主动脉或肺动脉灌洗待移植器官，并以空气充肺成半膨胀状态，于4生理盐水中可保存46小时。目的是清除残留的血液及细胞成分，防止过客细胞导致的GVHR. 2）小肠：用巨噬细胞和树突状细胞单克隆抗体，对移植小肠进行预处理或放射线照射，抑制肠系膜淋巴结免疫细胞的功能，可改善移植物的存活状态，有效延长移植物的存活时间医|学教育网搜集整理。 3）对移植细胞的处理：大多采用体外补体依赖的细胞毒试验，即选择针对过客细胞的单克隆抗体，在补体的存在下，特异性的清除过客细胞。,Removal of T cells from marrow graft,Magnetic antibodies,2、受体的准备 除了配型外，受者需要接受大剂量的免疫抑制剂或放疗，以有效的提高器官移植的成功率。,正确合理选用免疫抑制疗法： 1)免疫抑制药物： 环孢霉素、FK-506：通过 Th抑制IL-2 基因 转录 2) 免疫抑制的生物制剂： 抗淋巴细胞球蛋白，人-鼠嵌合型单克隆抗体； 基因工程IL-2与毒素的融合蛋白，清除IL-2R高表达T细胞 3) 放射线照射免疫抑制疗法 全身、局部照射,二、免疫抑制治疗,三、诱导免疫耐受,移植前输供者血或供体骨髓 胸腺内注射供者抗原 T细胞疫苗 移植物的预处理 免疫隔离,Blood transfusion and graft survival,四、移植后的免疫监测,移植后的免疫监护 非特异性免疫监测指标：T细胞计数、自身淋巴细胞转化、CD4+/CD8+比值、sIL-2R特异性免疫监测指标：MLR、CTL、MIF、ADCC微细穿刺病理活检,第四节移植免疫的前沿研究,一、诱导受者产生针对移植物的免疫耐受二、异种移植三、组织工程,移植耐受（transplatation tolerance）是指将供者器官、组织移植给受者后，在不使用免疫抑制药物的情况下，受者免疫系统对同种异型移植物不产生免疫排斥反应，但对其他抗原的应答保持正常。,一、诱导受者产生针对移植物的免疫耐受,1)阻断移植抗原诱导同种免疫应答的启动： 移植前受者注入同种MHC分子。 2)阻断已经启动的同种免疫应答的发展： 输入大剂量可溶性CTLA-4,阻断CD80/CD86与CD28相互作用。,微嵌合现象,移植早期，移植物中过路细胞一旦进入受者血循环即分布于全身，刺激受者免疫细胞，使之激活、增殖，发生HVGR，另一方面，受者白细胞也会进入移植物内，刺激移植物中供者免疫细胞，使之激活、增殖，发生GVHR；在持续应用强效免疫抑制药物的情况下，HVGR和GVHR均被抑制，使受者体内同时存在不完全的双向排斥(GVH和HVG)，最终达到一种无反应的平衡或共存状态，形成供、受者白细胞共存的微嵌合体。长期的微嵌合状态可能导致对移植器官的耐受。,建立嵌合体诱导同种移植耐受,目前已建立不同类型的嵌合体动物模型：(1)完全造血嵌合体(fullhematopoieticehimerism)：指受者血细胞完全来源于供者的嵌合体。 其原理为：致死量照射的小鼠在成功接受异基因造血干细胞移植后，受者血细胞(包括淋巴细胞)逐渐由供者造血干细胞来源的血细胞所取代。完全造血嵌合体小鼠可接受供者任何组织器官移植而不发生排斥反应。,(2)混合造血嵌合体(mixedhematopoietiechimerism)：指受者血细胞由受者和供者血细胞共同组成的嵌合体。 其原理为：对致死量照射的小鼠植入去除T细胞的异基因和同基因造血干细胞(后者取自同品系动物或自身)，该动物也可接受供者的组织移植物而不发生排斥，其优点是：无须彻底摧毁受者造血系统(保留部分骨髓细胞)，不良反应较小；嵌合后可诱导针对供、受者双方的双重耐受；减轻GVHD易感性。,上述在移植受者体内建立的异基因骨髓嵌合体，也称中枢嵌合体。其诱导移植耐受的机制是：供者与受者的造血细胞共存于受者体内，经胸腺(和骨髓)选择过程，共同组成受者的免疫系统，使受者将供者的组织抗原视为自身成分，从而可接受供者组织器官而不发生排斥。由于供者干细胞可不断被更新，故这种嵌合体乃永久性。无疑，建立这种稳定的异基因造血干细胞嵌合体可能是诱导移植耐受的理想途径。,既往通过大剂量射线照射全身淋巴组织而诱导嵌合，对机体造成严重损伤，从而限制其临床应用。通过改进，目前诱导嵌合的一般程序为：首先应用抗CD4和CD8单克隆抗去除外周成熟T细胞；然后小剂量胸腺照射以清除胸腺内残存的同种反应性T细胞；最后输注标准剂量造血干细胞。也有文献报道，输注高剂量供者造血干细胞的同时给予低剂量免疫抑制剂和共刺激信号阻断剂，能进一步降低毒副作用。,器官移植与组织配型：1、HLA分型： 类抗原：HLAA、B、C； 类抗原：HLADR、DP、DQ； 主要涉及：HLAA、B、DR。,HLA配型： 用一组已知的标准抗血清，包括HLAA、B及Dr位点的各种抗血清，对供、受者的淋巴细胞分别作细胞毒实验。,2、ABO血型： 血型必须相符，至少符合输血原则。,淋巴细胞毒交叉配合试验：受者血清+供者淋巴细胞 抗体 + 抗原细胞膜通透性增加 死亡 10% 或阴性,器官来源： 国外：脑死亡、交通事故； 我国：尸体、亲属。,二、异种移植,移植的问题：可供移植的人体器官不足，一直是困扰医学界的难题。美国每年有.万多名病人需接受器官移植，而可供移植的器官却只有约万个。为解决这一问题，科学家们将目光投向了异种猪。,猪的器官在大小、结构和功能上与人体器官相近，一向是异种器官移植的主要研究目标。但猪细胞里有一种“半乳糖，”分子，会导致人体免疫系统产生强烈排异反应。理论上，用转基因手段抑制该物质活性，减弱或消除排异反应，再结合克隆技术，应能大量生产适合人体移植的猪器官。因此，克隆猪培育成功的消息备受关注。,障碍,不同动物体内有不同的微生物群，对一种动物无害的病毒，在另一种动物身上可能造成严重危害。人类对猪体内的各种病毒还了解得太少，将猪器官移植给人存在风险，甚至有可能引发新型大规模传染病，产生不堪设想的后果。,异种移植是一个复杂的课题，面临不少的困难，不仅要解决免疫学问题，还应解决生理学和传染病的问题，事实证明多方面多角度的研究十分必要。虽然异种移植在动物实验已获得很大进展，但要想成功地应用于临床，必须进行谨慎的前期临床探索及研究异种移植可能带来的各种风险。,三、组织工程,何谓组织工程?,组织工程一词最早是1987年美国科学基金会在华盛顿举办的生物工程小组会上提出，1988年正式定义为：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物正常及病理两种状态下组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。,WHAT,组织工程主要是致力于组织和器官的再生与形成，利用生命科学和材料科学的进步，在一个模仿组织与器官形状的材料中种入细胞，使细胞依照模型来长成新的组织与器官，以供修复人体的组织或器官缺损。,“组织工程”在2000年5月美国时代杂志中被列为 未来