第13章 移植免疫.ppt

第十四章移植免疫TransplantationImmunology,了解：防治移植物排斥反应的可能措施；GVHR的发生条件、发生机理和临床表现,理解：诱导移植排斥反应的同种异型抗原；超急性、急性和慢性移植排斥反应的效应机制；,教学目标,掌握：移植、移植物、供者、受者、直接识别、间接识别、移植排斥反应、宿主抗移植物反应、移植物抗宿主反应的概念；同种异型抗原识别的机制；移植排斥反应的类型,教学重点：移植的相关概念同种异型抗原的识别机制移植排斥反应的类型教学难点：同种异型抗原的识别机制不同类型同种异型移植排斥反应的效应机制,使用教材：医学免疫学（第二版），龚非力主编，科学出版社，2007年。参考教材：医学免疫学（第五版），金伯泉主编，人民卫生出版社，2008年；,1902-ThefirstsucessfulexperimentalkidneytransplantswereperformedattheViennaMedicalSchoolinAustriawithanimals.1909-ThefirstkidneytransplantexperimentswereperformedinhumansinFranceusinganimalkidneys.,移植历史,Asurgeoninsertedslicesofrabitkidneyintoachildsufferingfromkidneyfailure.Although“theimmediateresultswereexcellent”thechilddiedabout2weekslater.Whilesuchtransplantsdidsucessfullyproduceurine（尿）,theylastedonlyforaboutanhourbeforeceasingtofunction.Scientistsofthetimebelievedkidneytransplantswerepossible,buttheirsuccesswaslimitedbyunknown“biochemicalbarriers,”whichpreventedlong-termkidneysurvival,1933-Thefirsthuman-to-humankidneytransplantwasperformed.Unknowntodoctorsatthetime,thereweremismatchesindonorandrecipientbloodgroupsandthedonorkidneyneverfunctioned1940s-SirPeterMedawarattheUniversityofLondonexperimentedwiththeimmunologicbasisoforganrejection.,Early1950s-Cortisone-like（肾上腺皮质素）medicationswereusedtosuppressthehumanbodysself-defensesystem(immunesystem),resultinginsomekidneytransplantsuccess.,1954-JoesephE.Murray在无免疫抑制剂的情况下，首次成功在同卵双胞胎之间进行肾移植,Scientistspredictedthatimmunesystemreactionsshouldbeminimalbetweenidenticaltwins(becausetheirorganswereindistinguishabletoeachothersimmunesystems).Morekidneytransplantsbetweenidenticaltwinsweresuccessfullyperformed,andsomeofthosekidneyrecipientsarestillalivetoday,1957-EDonnallThomas首次成功实施了异体骨髓移植,EDonnallThomas1920-；JosephMurray1919-NobelPrizein1990,1962年，应用HLA分型技术选择合适的供体，第一次用无亲缘关系的供体肾进行异体移植，获得成功。20世纪80年代初，由于CsA等免疫抑制剂的应用，明显提高了器官移植成功率。,目前临床上成功开展的器官移植术,移植概述同种异型抗原的提呈与识别机制同种异型移植排斥反应的类型同种异型移植排斥反应的防治,Outline,移植（transplantation）：用手术或其他方法将细胞、组织或器官从原部位移植到自体或异体的一定部位，以替代或补偿移植部位所丧失的结构与功能。移植物(graft)：被移植的细胞、组织或器官供者(donor)：提供移植物的个体受者(recipient)：接受移植物的个体,第一节概述一、移植相关概念,自体移植(autograft)移植物取自受者自身同种同基因（同系）移植(isograft):遗传背景相同的两个个体间移植同种异基因（同种异型）移植(allograft):同种内遗传基因不同的个体间的移植异种移植(xenograft):不同物种的个体间的移植,二、移植的类型,第二节同种异型抗原的提呈与识别机制,Medawar等的近交系小鼠皮肤移植实验,移植排斥反应实质是受者免疫系统对供者移植物抗原的免疫应答，如同普通抗原诱导的应答，同样具有特异性和记忆性，且排斥反应主要是受者淋巴细胞所介导的。不同点：抗原为移植抗原。,一、基本概念,二、诱导移植排斥反应的同种异型抗原,同一种属不同个体之间，由于等位基因差异而形成的多态性产物，即为同种异型抗原，包括：1.主要组织相容性抗原（MHC分子）：引起强烈排斥反应的抗原，人：HLA、鼠：H-22.次要组织相容性抗原（mH）：引起较弱的排斥反应，以MHC限制性方式被受者T细胞识别：与性别相关的mH抗原由常染色体编码的mH抗原,HLA复合体编码HLA抗原H-2复合体编码H-2抗原,基因水平概念,蛋白水平概念,经典I类基因：HLA-A，B，C,经典类基因：HLA-DP,HLA-DQ,HLA-DR,其它免疫功能相关基因：非经典的和类基因以及类基因,复习人HLA基因的组成,复习几个遗传学概念,同源染色体：由一条父系染色体和一条母系染色体组成基因座：每一个基因在染色体上的固定位置等位基因：位于一对同源染色体上对等的位置的一对基因，功能相同复等位基因：指位于同一基因座的多个基因系列,复习MHC多态性(polymorphism),多态性：指随机婚配的群体中，同一基因座位存在两个以上等位基因。即群体中不同个体同一基因座位上的基因存在差别。复等位基因:群体中同一基因座位的不同等位基因系列共显性表达：MHC每一对等位基因均能编码相应产物MHC是脊椎动物体内迄今已知多态性程度最高的基因系统。,例：HLA-A基因座位有A1、A2、A3、A4、A9五种等位基因,张三A1、A2；李四A3、A4；王五A4、A9；,请您计算：两个无关个体间HLA抗原特异性完全相同的概率是多少？,(2862102496)2=5.061014,人群中除同卵双生外，无关个体间HLA型别完全相同的可能性极小。不利于移植，但可用于个体识别。,复习HLA分子高度多态性的生物学意义,拥有不同等位基因的个体,对不同病原体的免疫应答能力不同,整个群体拥有各种等位基因,群体可以抗御各种病原体,利于维持种系的生存,x,x,同类系(Congenicstrain)小鼠:指遗传背景一致,只是MHC(H-2)不相同的近交系(纯系)小鼠.B10.A同类系:遗传背景为B10,H-2的基因结构为A.,仅H2来源于A系，其余基因均来自B10,次要组织相容性抗原（mHC）也能引起排斥反应,3、红细胞血型抗原：ABO血型抗原：不仅存在于红细胞表面，也广泛存在于除中枢神经系统外的各种组织细胞表面，并可分布于体液及分泌液中4、组织特异性抗原：皮肤肾脏心胰肝。如皮肤组织的SK抗原,三、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,CD4T细胞和CD8T细胞均参与移植排斥反应，但以CD4T细胞更为重要（裸鼠实验和细胞亚群剔除实验）；在CD4Th细胞中，Th1细胞亚群是介导移植排斥反应的主要效应细胞。,四、单向移植排斥和双向移植排斥模式,基本概念单向移植排斥模式双向移植排斥模式,正常个体接受同种异体移植术后，其免疫系统将会对移植物发动免疫攻击，发生宿主抗移植物反应（hostversusgraftreaction,HVGR）,免疫功能严重低下的个体接受含有大量免疫细胞的异体移植物（如骨髓）后，移植物中的免疫细胞可被受者的组织相容性抗原激活，产生针对受者组织器官的免疫应答，导致受者组织损伤，即移植物抗宿主反应(graftversushostreaction,GVHR)。,基本概念,单向移植排斥模式,（1）受者T细胞对供者MHC分子的直接识别途径(directrecognition)（2）受者T细胞对供者MHC分子的间接识别途径(indirectrecognition)强调：供者MHC分子在此是一种移植抗原,（1）直接识别途径,直接识别：是指受者T细胞可直接识别供者APC表面的同种异体MHC分子或同种异型MHC-肽复合物，产生应答，而无须经受者APC对同种异体MHC分子的处理，也无须受者MHC分子参与提呈。,直接识别的特点：速度快，因为省略了抗原的摄取、处理和加工强度大，因为具有同种抗原反应性的T细胞占T细胞总数的1%10%，而针对一般异源性抗原的T细胞仅占总数的1/1万1/10万目前认为，直接识别机制在移植早期的急性排斥反应中起重要作用,但在中晚期或慢性排斥反应中所其的作用不大,间接识别：受者APC对供者MHC抗原进行加工、处理，以MHC-II类分子-抗原肽复合物的形式提呈给受者T细胞，使之活化，引起排斥反应。,（2）间接识别途径(indirectrecognition),间接识别的特点：间接途径有赖于受者的APC对同种异型抗原进行加工、处理，其所引起的排斥反应出现较晚。参与间接识别的T细胞约占T细胞总数的1/1万1/10万。在急性排斥晚期或慢性排斥反应中，间接识别机制起发挥重要的作用。,同种异型抗原的提呈模式,Question1:为什么受者会有这么多T细胞能识别同种异型抗原？,研究发现：在受者的体内有许多在正常情况下只能识别一般抗原的T细胞，在同种异基因移植的情况下又能识别供者的MHC分子，即发生了交叉识别或交叉反应。,Question2:发生交叉反应的分子基础是什么呢？,同种异型MHC分子加上某抗原肽所形成的表位，在构像上与自身MHC分子加上某外来抗原肽所构成的表位具有明显的相似性。,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。,MHC限制性识别,供者MHC与不同的抗原肽（供者自身肽或外源肽）组合，可模拟多种可被不同受者TCR识别的表位,重点、难点,directrecognition,Question3:为什么有如此大数目的TCR分子能交叉识别同种异型MHC分子呢？,其中的机制如下：同种异基因移植物的细胞表面有多种同种异型MHC分子，而每种同种异型MHC分子又有许多拷贝；供者自身抗原肽或非供者自身的外源肽种极多，形成为数众多的抗原肽-同种异型MHC分子复合物（即形成许多交叉识别的表位）；同种异型MHC分子还可被看作传统意义上的外来抗原，通过经典抗原提呈途径为T细胞所识别（间接识别）。,Theleadingresourcededicatedtohelpingpeoplefromaroundtheworldwithend-stageorganfailure,theThomasE.StarzlTransplantationInstitutewasestablishedin1985asthePittsburghTransplantationInstitute.Itwasrenamedin1996inhonorofThomasE.Starzl,MD,PhD,whoseforesight,perseverance,andcommitmentmadehimthemodern-dayfatheroforgantransplantation.,微嵌合状态与双向移植排斥,ThomasE.Starzl,MD,PhD,JohnJ.Fung,MD,PhD,istheChairmanoftheDepartmentofGeneralSurgeryatClevelandClinicandwastheformerChiefoftheDivisionofTransplantSurgeryattheUniversityofPittsburgh.Dr.FungreceivedhisBAfromtheJohnsHopkinsUniversityin1975,andaPhDinImmunologyin1980andMDin1982fromtheUniversityofChicago.HecompletedhissurgicalresidencyattheUniversityofRochester,andatransplantsurgeryfellowshipattheUniversityofPittsburgh,undertheguidanceofDr.ThomasStarzl.,JohnJ.Fung,MD,PhD,微嵌合状态与双向移植排斥,微嵌合状态发现:Starzl于1992年报道，肝、肾移植而长期存活患者的皮肤、淋巴结、胸腺等组织中，发现存在供者来源的供者来源的白细胞；In1992Dr.Starzldiscoveredthatmanyorganrecipientsimmunesystemshappilyhostcellsfromtheirdonororgans,evendecadesaftertheiroperations.取患者淋巴细胞与相应供者淋巴细胞在体外进行MLR实验，无反应；Starzl将这种现象称为微嵌合状态。,按传统的单向移植排斥理论，存在于受者体内脏器中的供者白细胞应通过排斥反应而被消灭。挑战:为何在移植20余年后,受者体内仍存在供者的白细胞?这些长期存在于受者体内的供者白细胞与移植器官的长期存活有何关系?,双向移植排斥模式,Starzl于1993提出此假说，其要点为:双向排斥与微嵌合的形成:移植物中的过路白细胞进入受者血循环，刺激受者免疫细胞，使之活化，增生，发生HVGR；受者白细胞也会进入移植物内，刺激移植物中的免疫细胞，使之活化，增生，发生GVHR；,但是，在临床上持续应用免疫抑制药物的情况下，受者免疫系统无力排斥移植物，也不能完全消灭移植物移出的过路白细胞，即HVGR被抑制；同样移植物中的过路白细胞也不能介导强的GVHR。因此，受者体内同时存在GVH和HVG双向排斥，最终达到一种无反应的平衡或共存状态，即形成了微嵌合状态。,微嵌合与移植耐受Starzl发现，某些移植后期存活的患者停药后，其移植的脏器并未被排斥且功能正常，嵌合体检查为阳性据此他认为，长期的微嵌合状态可能导致对移植器官的耐受在移植耐受形成中，长期存在于受者体内的供者DC起着关键作用,第三节同种异基因移植排斥的类型,宿主抗移植物反应(hostversusgraftreaction,HVGR）超急性排斥反应急性排斥反应慢性排斥反应移植物抗宿主反应(graftversushostreaction,GVHR),1、超急性排斥反应（hyperacuterejection）移植器官与受者血管接通后数分钟或数小时（也可在2448小时）内发生的排斥反应，由体液免疫介导的。免疫学基础：受者体内预存抗供者同种异型抗原（如HLA抗原、ABO血型抗原、血小板抗原等）的抗体与移植物细胞表面相应抗原结合。,一、宿主抗移植物反应(HVGR),组织病理学特点：迅速激活补体系统，引起出血、水肿和小动脉血栓形成等病理改变，导致移植器官急性坏死。可见于移植术前反复多次输血、多次妊娠、长期血液透析或再次移植的个体，也可由于移植抗原与病原微生物具有共同抗原所致。,移植术后数天至2周出现的排斥反应，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。,2、急性排斥反应（acuterejection）,急性排斥反应的发生机制：（1)同种异型反应性CD4+T细胞激活（2)效应细胞的产生和增殖CD4+T细胞分化为Th1细胞辅助CD8+CTL前体激活，使之分化为效应性CTL；CD8+CTL前体也可直接被同种异型MHC-类抗原激活。在趋化因子的作用下，活化的Th1细胞和CTL迁移至移植物局部，发挥免疫学效应,急性排斥反应造成组织损伤的机制：（1）CD8CTL的细胞毒作用：杀伤表达MHC-类分子的血管内皮细胞和实质细胞。（2)Th1细胞的致炎作用：Th1细胞产生IL-2、IFN-g和TNFa，通过活化单核吞噬细胞等炎症细胞而介导DTH反应。（3)CD4CTL也能杀伤表达MHC-类分子的靶细胞,急性排斥反应的效应机制,细胞免疫排斥,体液免疫排斥,CD4+Th1介导的迟发型超敏反应性损伤,CD8+CTL的细胞毒效应,补体激活,急性间质炎,急性血管炎,难点内容,3、慢性排斥反应（chronicrejection）多发生于移植术后数周、数月或数年的移植排斥反应,（1）免疫学因素:慢性排斥反应是急性排斥反应反复发作的结果，导致移植物组织的退行性病变。体液免疫应答与细胞免疫应答机制均参与。其病变特征为组织结构损伤、纤维增生和动脉血管平滑肌细胞增生，导致移植物器官功能进行性丧失。,（2）非免疫学因素：局部缺血、再灌注损伤、免疫抑制剂毒副作用、巨细胞病毒(cytomegalovirus)感染、高血压、糖尿病等均可参与慢性排斥的发生。,慢性排斥反应的效应机制,由多因素参与,急性排斥反应的延续,CD4+Th和巨噬细胞相关的慢性炎症,反复多次抗体或细胞介导的内皮损伤,细胞损伤诱发持续分泌多种生长因子(如胰岛素样生长因子、血小板源性生长因子、转化生长因子等）导致血管壁增厚、间质纤维化,间质纤维化、移植物内血管硬化,难点内容,二、移植物抗宿主反应（GVHR）,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。,GVHR,发生条件：1）宿主与移植物之间的组织相容性不同2）移植物中含有足量免疫活性细胞3）宿主处于免疫无能或免疫功能严重缺损GVHR常见于骨髓、胸腺、脾等免疫器官移植或免疫缺陷个体接受大量输血时。,发生机制：骨髓移植物中的成熟T细胞被宿主的异型组织相容性抗原所激活，增生分化为效应细胞，这些激活的效应细胞在受者体内移动，对宿主组织器官发动免疫攻击，导致GVHD。临床症状：食欲不振、消化不良、腹泻、黄疸和皮疹，严重者导致死亡。,GVHR,GVHR,图：GVHR患者皮肤出现红斑,RemovalofTcellsfrommarrowgraft,Magneticantibodies,第四节同种异型移植排斥的防治,1、预存抗体的测定2、HLA型别匹配3、ABO血型符合4、mH抗原分型,一、选择组织型别相配的供者,HLA-A，HLA-B相配的位点越多，存活率越高HLA-DR是否匹配很重要受者HLA-DR的类型对移植物存活的影响很大，它诱导T细胞应答近交程度高人群间易相配,HL