移植免疫学研究进展龚非力

文档之家-/,1,移植免疫学研究进展 华中科技大学同济医学院免疫学系龚非力2009.12.苏州,文档之家-/,2,移植免疫学相关的科学问题 1. 同种移植排斥反应机制 * TCR直接识别同种移植抗原的机制 * 急性移植排斥反应的适应性免疫效应机制 * 固有免疫参与移植排斥反应的作用及机制 * 慢性排斥反应发生机制 * GVHD发生机制及GVL的诱导 2.移植排斥反应的干预策略 * 免疫抑制剂的研制及其作用机制 * 诱导移植耐受 3.拓宽器官移植物来源 * 异种移植 * 组织工程 4. 移植实验模型,文档之家-/,3,一、移植免疫学发展史的启示 (移植学免疫学)二、同种反应“特异性”TCR识别机制 （MHC限制性识别TCR直接识别同种抗原交叉识别）三、同种移植排斥的固有免疫应答机制 (固有免疫适应性免疫),文档之家-/,4,一、移植免疫学发展史的启示(移植免疫)* 移植排斥反应 供、受者遗传背景发现MHCMHC限制性* 同种抗原的识别机制 T细胞（TCR）联合识别peptide-MHC及其分子基础* 移植排斥反应效应机制 固有免疫/适应性免疫应答及其功能调控* 移植耐受 免疫耐受的机制及其诱导克隆选择学说* 移植排斥反应防治策略 免疫调节药物研制、免疫生物治疗* 移植免疫学研究进展 免疫病理学基础研究和临床实践,文档之家-/,5,JOSEPH E. MURRAY（1919）第一例肾移植(1990NP),E. DONNALL THOMAS（1920）第一例骨髓移植(1990NP),现代临床器官移植学开拓者,文档之家-/,6,Figure 12.10,宿主抗移植物反应（HVGR）,移植物抗宿主反应（GVHR）,移植排斥反应,文档之家-/,7,HVGR,文档之家-/,8,MHC（H-2）/HLA复合体(1980NP),Benacerraf（1920）,Snell（19031996）,Dausset（1916）,文档之家-/,9,T细胞限制性识别(1996NP),* CD4+T细胞的TCR识别抗原肽受MHC II类分子限制* CD8+T细胞的TCR识别抗原肽受MHC I类分子限制。,Doherty（1940）,Zinkernage（1944）,文档之家-/,10,异卵双胎牛（胎盘融合） 红细胞嵌合体出生后皮肤移植不排斥,文档之家-/,11,胚胎诱导耐受实验(Medawar 1953年),文档之家-/,12,免疫系统通过识别“自己”与“非己”而决定是否启动适应性免疫应答,克隆选择学说 (Burnet,1957),文档之家-/,13,1960 Nobel prize winner,MacFarlane Burnet（18991985）,Medawar（19151987）,文档之家-/,14,母胎耐受* 母体免疫系统为何不对（半）同种异体的胚胎发动免疫攻击？,文档之家-/,15,借助移植排斥证实存在肿瘤特异性抗原,文档之家-/,16,二、同种反应“特异性”TCR识别机制 TCR“特异性”识别pMHC复合结构,文档之家-/,17,T细胞识别同种抗原 理论上的困惑 1.T细胞“跨越”MHC限制性识别同种抗原 与经典的“MHC限制性”理论相悖 2.受者T细胞对同种抗原的直接和间接识别 同种反应特异性T细胞可直接识别任何外源/自身肽-同种MHC分子复合物 3.高频淋巴细胞克隆参与同种移植排斥反应 受者淋巴细胞库（repertoire)中10%20%的T细胞对同种抗原产生应答 4.“特异性”TCR对同种抗原的交叉识别 记忆性淋巴细胞参与同种识别,文档之家-/,18,T细胞识别的MHC限制性Immunological surveillance against alterd self components by sensitised T lymphocytes in lymphocytic choriomeningitis. Nature vol 251.october 11.1974Rolf M Zinkernagel,Peter C. Doherty,文档之家-/,19,T细胞识别的MHC限制性,文档之家-/,20,A：直接识别 B：间接识别,文档之家-/,21,Alloreactivity,文档之家-/,22,Nat Immunol. 2000 Oct;1(4):291-7.,文档之家-/,23,The Journal of Immunology, 2006, 176:26912696.,文档之家-/,24,TCR的MHC限制性识别,同种抗原反应性T细胞与普通抗原反应性T细胞(TCR)均识别特异性pMHC复合结构,文档之家-/,25,同种抗原反应性TCR识别任何肽段/同种MHC复合物,* 任何肽段凡能与同种MHC结合，即被受者T细胞视为“外来抗原”* 同种反应性T细胞乃针对不同p-同种MHC的多克隆T细胞混合物,文档之家-/,26,同一TCR可交叉识别任何肽-同种/自身MHC复合结构,From Abbas, Lichtman, & Pober: Cellular and Molecular Immunology. W.B. Saunders, 1999, Fig16-4,文档之家-/,27,TCR存在交叉识别的最新研究进展 A Single Peptide-MHC Complex Positively Selects a Diverse and Specific CD8 T Cell Repertoire Science vol 326 p871-874 2009,文档之家-/,28,三、同种移植排斥反应的固有免疫应答机制 (固有免疫适应性免疫),文档之家-/,29,免疫系统通过识别“自己”与“非己”而决定是否启动适应性免疫应答,克隆选择学说 (Burnet,1957),文档之家-/,30,克隆选择学说（Clonal selection theory）,Each lymphocyte bears a single type of receptor of unique specificity.,.,1.机体内存在随机形成的多样性免疫细胞，每一淋巴细胞表达单一的特异性受体,由抗原（表位）选择特异性淋巴细胞并与之反应。, 抗原（表位）,BCR/TCR,文档之家-/,31,Clonal selection induces proliferationand increases effector cell frequency,2）抗原进入体内 选择表达特异性受体的免疫细胞与之反应 特异性细胞克隆扩增 形成大量后代细胞（clone) 产生大量具有相同特异性的抗体,Antigen interaction leads to lymphocyte activation and proliferation.Daughter cells bear identical antigen specificity to the parent cell,文档之家-/,32,适应性免疫应答的关键在于M和DC（APC），病原相关的分子模式（pathogen associated molecule pattern,PAMP)（非己）是激活APC的分子信号，机体借助模式识别而保证淋巴细胞仅对病原微生物等有害物质产生应答。,模式识别理论(Janeway,1989年),文档之家-/,33,文档之家-/,34,危险模式理论(Matzinger,1994年),文档之家-/,35,危险相关分子模式（danger-associated molecular pattern，DAMP） 外源性危险信号 即PAMP，如LPS、非甲基化CpG DNA、dsDNA等。 内源性危险信号（警报素alarmin） * 炎症和组织损伤时释放的一组胞内蛋白（damage assciated molecular pattern，DAMP），包括高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、热休克蛋白（HSP）等。 * 抗菌肽/防御素（defensin）、透明质酸、氧自由基、某些细胞基质成分、神经介质和细胞因子等。,文档之家-/,36,固有免疫介导移植物损伤的机制,文档之家-/,37,危险模式理论的理想模型同种器官移植 外科手术 机械性损伤 缺血、缺氧 * 氧依赖性酶功能异常 干扰氧化磷酸化ATP合成（能量代谢障碍） * 膜磷脂和膜蛋白改变 胞膜结构和功能受损细胞水肿和通透性改变 缺血-再灌注（I/R）损伤 氧自由基产生 氧化应激（oxidative stress）,文档之家-/,38,oxygen free radicals interaction with target molecules,* 膜脂质过氧化 改变膜流动性和完整性 膜功能障碍,* 膜/胞浆蛋白过氧化 蛋白变性、交联 影响蛋白空间结构 蛋白质功能异常,* DNA过氧化 碱基片段缺失、基因突变 激活转录因子 细胞因子等表达增加,文档之家-/,39,固有免疫分子相关的免疫病理1. alarmin/DAMP* 高迁移率族蛋白B-1（high-mobility group box-1,HMGB-1）2. 参与负调节的固有免疫分子* IDO(indoleamine 2,3-dioxygenase) * 血红素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1）3. 脂质效应分子花生四烯酸代谢产物* COX2* 脂氧素,文档之家-/,40,HMGB1(因在PAGE中具有高迁移率而得名。）表达：组成性表达于各种组织细胞胞核内，高度保守HMGB1分子含与DNA结合的结构域：（1）B盒（B-box）：为活性结构域；（2）A盒（A-box）：可取代全长HMGB1与相应受体结合，但不介导生物学效应，故纯化的A-box可作为HMGB1拮抗剂。主要功能：使双螺旋维持极度扭曲 有利于各种转录因子和染色质相互作用,文档之家-/,41,胞外HMGB1来源：（1）由坏死细胞被动释放；（2）单核/巨噬细胞受（LPS等）刺激而主动分泌。,文档之家-/,42,HMGB1参与固有免疫及适应性免疫,HMGB1与M/DC等表面TLR4、2/Rage等结合启动固有免疫,文档之家-/,43,HMGB1 and disease,文档之家-/,44,The implication of Hmgb1 in transplant graft associated alloimmune response,* Yafei Huang, Hui Yin, Junyan Han, Baojun Huang, Junfa Xu, Fang Zheng, Zheng Tan, Ming Fang, Lu Rui, Dan Chen, Sihua Wang, Xueyang Zheng, Cong-Yi Wang and Feili Gong. Extracellular Hmgb1 functions as an innate immume-mediator implicated in murine cardiac allograft acute rejection. American Journal of Transplantation, 2007.Feb.7(2)293-302* Lihua Duan, Cong-Yi Wang, Jie Chen, Quan Gong, Ping Zhu, Fang Zheng, Zheng Tan, Feili Gong*, Min Fang*. High-mobility group box 1 promotes early acute allograft rejection by enhancing Th17 alloreactive response via IL-6-dependent signaling. European Journal of Immunology, 2009, in press,文档之家-/,45,HMGB1 promotes graft rejection/AID,constructive expression,Initiative secretion,Release from necrotic cells,HMGB1,Inhibit the expression of FoxP3,Stimulate DCs to produce IL-6、IL23,Inhibit the differentiation and function of Treg,Differentiation/function of Th17,graft rejection and AID ,文档之家-/,46,2. IDO (indoleamine 2,3-dioxygenase)(吲哚胺2,3-双加氧酶)IDO产生* 炎症、感染(LPS、IFN-)DC和M表达IDOIDO负调节免疫应答的机制* 色氨酸分解细胞微环境色氨酸耗竭T细胞增殖和应答* 色氨酸代谢中间产物（免疫）细胞毒性或细胞凋亡* IDO的酶解产物3-羟基氨基苯甲酸（HA）HO-1表达* 直接/间接诱生CD4+CD25+TregIDO表达与功能调控* DC产生IDODC被抑制IDO* SOCS1IFN-信号转导分子STAT1 IFN-诱生IDO的效应* SOCS3表达IDO活性,文档之家-/,47,tryptophan,kynurenine,Kynurenic acid,anthranilic acid,3-hydroxykynurenine,3-HA,quinoninate,IDO,1MT,increased unchanged tRNA,decreased tryptophan,increased tryptophan metabolites,GCN2 activation,cell cycle arrest T cell anergy,apoptosiscell cycle arrest,Treg induction?,IDO,文档之家-/,48,文档之家-/,49,Treg DC产生IDO 抑制作用,Treg,IDO,Treg与IDO,IDO 色氨酸分解产物 诱导Foxp3表达 Treg分化与诱生,文档之家-/,50,IDO相关的免疫病理 Disease Effects of IDOHuman Cancer Help Tumoral immune escapeHIV Infection Suppress immune responsesAID Induce EAE Ameliorate RA and AsthmaFetal Rejection Induce ToleranceColitis Reduce InflammationAllo-Transplantation Induce Tolerance* 调控IDO表达保护组织移植物诱导移植耐受* IDO基因导入胰岛延长同种胰腺细胞存活时间* IDO抑制剂逆转同种(鼠）肝移植耐受排斥反应,文档之家-/,51,Conclusions * Overexpression of IDO promotes the survival of allograft* IDO-mediated the prolongation of allograft survival is associated with the upregulation of Treg and inhibition of both Th1 and Th17 generationYu G, Fang M, Gong M, Liu L, Zhong J, Feng W, Xiong P, Wang CY, Gong F* . Steady state dendritic cells with forced IDO expression induce skin allograft tolerance by upregulation of regulatory T cells.Transpl Immunol. 2008 Jan;18(3):208-19. Epub 2007 Sep 10.Yu G, Fang M*, Gong F* . Gene delivery of indoleamine 2,3-dioxygenase prolongs cardiac allograft survival by shaping the types of T-cell responses. J Gene Med. 2008 May 2.,文档之家-/,52,3.血红素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1）血红素降解限速酶发热、休克、氧化应激状态 MPS微粒体产生HO1 血红素分解加强 CO、胆绿素、游离铁 抗凋亡、抗炎、抗氧化、改善微循环、免疫负调节 组织保护,文档之家-/,53,文档之家-/,54,CO的免疫调节效应 氧化应激、致炎细胞因子、细胞损伤等HO-1表达 * 淋巴细胞黏附分子/趋化因子表达 * 淋巴细胞归巢、浸润、活化、增殖 * Th1/Th2型细胞因子比例 * Treg分化和功能 （Treg产生HO-1、CO负调节作用） * 中性粒细胞、巨噬细胞炎性应答 * DC/M致炎作用 * DC成熟 * HMGB1、TNF-、IL-2等;IL-10 * LPS和IFN-诱导的iNOS和NO产生 LPS和IFN-诱导的IDO表达,文档之家-/,55,HO-1在调节炎症和免疫应答中具有重要作用，很多分子均通过HO-1及其酶解产物发挥效应，故HO-1被称为治疗的漏斗（a therapeutic funnel）。,文档之家-/,56,Heme oxygenase-1 upregulation significantly inhibits Hmgb1 releasing and attenuates LPS-induced acute lung injury in mice,Quan Gong, Hui Yin, Min Fang, Ying Xiang, Chun-lei Yuan, Guo-Ying Zheng, Heng Yang, Ping Xiong, Gang Chend, and Fei-li Gong。Heme oxygenase-1 upregulation significantly inhibits TNF- and Hmgb1 releasing and attenuates lipopolysaccharide-induced acute lung injury in mice。International Immunopharmacology (2008) 8, 7928,文档之家-/,57,The mechanisms of IDO mediated T cell suppression,Treg,IDO expreesed by DCs,HMGB1,HO-1,inflammatory response,graft rejection/AID,文档之家-/,58,Relationship of the molecules involved in innate immunity,Treg cell,IDO,HO-1,sST2,HMGB1,?,文档之家-/,59,花生四烯酸,膜磷脂,PLA2激活,刺激,PGH2,TXA2,PGI2,PGE2,PGD2,5-LOX,5-HPETE,COX-2,PGG2,LTA4,LTB4,LTC4,LTD4,LTE4,LTF4,12-LOX/ 15-LOX,Lipoxin,LXA4,LXB4,12-, 15-,or 5-LOX,15-epi-LXs （Aspirin triggered Lipoxins）,Aspirin induced acetyl COX-2, 5-LOX,6.花生四烯酸代谢产物,文档之家-/,60,环氧化酶2（cyclooxygenase 2,COX2） * 花生四烯酸合成前列腺素的重要限速酶 * 主要在炎症细胞（组织损伤后的EC、M、滑液纤维细胞、DC、软骨细胞等）中表达。 LPS、IL-1 炎症组织产生COX2 花生四烯酸环氧化酶代谢途径 PGE2、PGI2和PGE1合成 炎症反应和组织损伤,文档之家-/,61,lipoxin家族成员,文档之家-/,62,脂氧素（lipoxin)的免疫调节效应 lipoxin与相应受体（ALX、G蛋白偶联受体、CysLT1等）结合 * 中性粒细胞向炎症部位趋化 * 炎性细胞因子及Th1型细胞因子产生 * 抗炎细胞因子IL-10表达 * DC功能及IL-12产生 * 抗CD3抗体诱导的T细胞活化 * ERK依赖的TNF-分泌 * TBNS诱导的实验性肠炎 * NK细胞杀伤效应 * 迟发型超敏反应,文档之家-/,63,固有免疫细胞相关的免疫病理过程,文档之家-/,64,固有免疫细胞的类别吞噬细胞：中性粒细胞、单核/巨噬细胞抗原提呈细胞：单核/巨噬细胞、树突状细胞固有免疫样淋巴细胞：B1细胞、T细胞、NKT细胞NK细胞其他：肥大细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞、红细胞、血小板）,文档之家-/,65,文档之家-/,66,文档之家-/,67,DC分类1根据DC来源分类 * 髓样DC（myeloid DC,MDC） * 淋巴样/浆细胞样DC（lymphoid/plasmacytoid DC）2根据DC分布部位分类 滤泡状DC、并指状DC、胸腺DC、朗格汉斯细胞、间质性DC、循环DC（外周血DC、隐蔽细胞）3根据DC成熟程度分类 未成熟DC(immature DC)、成熟DC（mature DC）4根据DC功能状态分类 （1）耐受性DC：表达IDO的DC、高表达ILT4（immunoglobulin-like transcript）的DC、未成熟DC （2）调节性DC：调节性DC（CD11clowCD45RBhigh）诱导CD4+CD25-T细胞转化为高分泌IL-10的Tr1细胞,文档之家-/,68,文档之家-/,69,Lutz M.B. and Gerold Schuler,Semi-mature dendritic cells and immune tolerance,文档之家-/,70,Methods and Results,aaDC,imDC,mDC,Bone marrow-derived DC,GM-CSF+IL-10,GM-CSF+IL-10+LPS,GM-CSF,Untreated DC,GM-CSF+LPS,文档之家-http: