移植免疫与免疫排斥反应

1、移植免疫与免疫排斥反应移植免疫及免疫排斥反应的概述同种异型抗原识别的细胞及分子基础 同种异基因移植排斥的类型及效应机制 同种异基因移植排斥的防治教 学 内 容 移植的概念 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。 被提供的细胞、组织或器官称为移植物(graft) 提供移植物的个体称为供者(donor) 接受移植物的个体称为受者(recipient)移植免疫及免疫排斥反应的概述 移植的历史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 / 聊斋志异中的故事公元前600年，印

2、第安医师皮肤移植手术 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。移植免疫及免疫排斥反应的概述 移植的方式移植同种移植异种移植生物材料移植自体移植异体移植同种同基因移植移植免疫及免疫排斥反应的概述移植的方式移植免疫及免疫排斥反应的概述 移植的方式同种移植自体移植( auto-graft ) ：是指把来自移植受者本身的组织移植到受者；同种同基因移植( syngraft ) ：是指遗传结构完全相同的个体（同卵孪生子或近交系动物）之间的移植；移植免疫及免疫排斥反应的概述同种异基因移植(a

3、llgraft)：是指同一动物种(species)内遗传结构不同个体之间的移植，如人人的移植； 移植的方式异种移植异种移植(xenograft)：是指不同动物种的个体之间的移植， 如猪人的移植；1963年美国一名患者移植了猴子的肾脏，存活了9个月。1968年英国的医生将一名因心脏衰竭而垂危的男童的血液循环系统同狒狒的心脏相连，男童存活了16个小时。1992年美国一位35岁男性肝病患者移植了一头狒狒的肝脏，两个半月后，患者死于真菌感染。移植免疫及免疫排斥反应的概述 移植的方式异种移植异种移植(xenograft)：是指不同动物种的个体之间的移植， 如猪人的移植；1984年10月26日，美国加利福

4、尼亚州洛玛琳达（Loma Linda）大学医学中心的贝利（LBailey）医生和他的同事为一个两公斤重的女婴Fae移植了一颗狒狒的心脏，20天以后，Fae死于其身体排斥狒狒心脏引起的并发症无论从体积、形态大小、血流量以及功能上看，猪的器官都与人很相似。1996年英国从事生物伦理学咨询的机构批准了给人移植猪器官。我国“863”计划委员会给湖北省农科院畜牧兽医研究所正式函文，批准了该所所申请的转基因猪作为器官移植供体的研究项目 移植免疫及免疫排斥反应的概述 移植的方式 生物材料移植生物材料(Biomaterials)移植：生物材料( Biomaterials)即生物医学材料(Biomedical

5、Materials): 指“以医疗为目的，移植人体内后与组织相接触并形成生物学功能的无生命材料”；生物材料移植：移植无生命的生物材料，以替代机体组织或器官的生物学功能。移植免疫及免疫排斥反应的概述生物材料的开发和利用可追溯到3500年前，那时的古埃及人就开始利用棉纤维、马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片修补受伤的颅骨。 生物材料的发展与历史2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现有假牙、假鼻和假耳。人类很早就用黄金来修复缺损的牙齿，并沿用至今。1588年人们用黄金板修复颚骨。1775年就有用金属固定体内骨折的记载。1851年发明了天然橡胶的硫化方法后，有人采用硬胶木制作了人工牙托的颚骨。移

6、植免疫及免疫排斥反应的概述目前被详细研究过的生物材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种，1800多种制品。 生物材料的发展与历史西方国家每年耗用生物材料量以1015%的速度增长，1980年全球医用生物材料及制品的销售额为200亿美元，1990年达500亿美元，1995年近1000亿美元。我国生物材料的研究起步较晚（五十年代），但发展很快。移植免疫及免疫排斥反应的概述按应用性质来分类：抗凝血材料(心血管材料)齿科材料骨科材料眼科材料吸附解毒材料（血液灌流用） 生物材料的种类假体材料缓释材料生物粘合材料透析及超滤用膜材料一次性医用材料移植免疫及免疫排斥反应的概述按生物材料的属性分类：天然生物

7、材料再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳素等。合成高分子生物材料硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃医用金属材料不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合金等 生物材料的种类移植免疫及免疫排斥反应的概述按生物材料的属性分类： 生物材料的种类 无机生物医学材料碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料 杂化生物材料指来自活体的天然材料与合成材料的杂化， 如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等复合生物材料用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维 增强的生物陶瓷、玻璃等移植免疫及免疫排斥反应的概述生物材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器

8、官及医疗技术的飞跃。 生物材料的种类生物惰性医用硅橡胶人工耳、人工鼻、人工颌骨等血液相容性较好的各向同性碳被复材料碟片式机械心脏瓣膜血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物促使人工心脏向临床应用跨越一大步可形成假生物内膜的编织涤纶管人工血管向实用化飞跃。移植免疫及免疫排斥反应的概述排斥(rejection)：只要移植物内存在与受者的结构不同的蛋白质或其它分子，移植物就会被排斥移植与排斥同种异型抗原识别的细胞及分子基础同种异基因反应(alloreaction)：如果这种结构的差异是同一动物种的不同个体之间差异的结果，移植物所引发的排斥反应被称为同种异基因反应同种异基因抗原(alloanti

9、gens)：引发同种异基因的移植相关抗原移植与排斥同种异型抗原识别的细胞及分子基础异种反应(xenoreaction)：如果这种结构的差异是不同动物种之间差异的结果，移植物所引发的排斥反应被称为异种反应(xenoreaction)异种抗原(xenoantigens)：引发异种反应的移植相关抗原 同种异型排斥反应的特点 同种异型抗原识别的细胞及分子基础机体针对同种异型抗原的应答特点同种异基因移植排斥反应的本质是一种免疫应答： 具有抗原特异性、免疫记忆和区分“自我”和“非我”等特点； 同种异型排斥反应的特点 同种异型抗原识别的细胞及分子基础同种异基因移植排斥反应的靶抗原主要是共显性表达于移植物细胞

10、表面的MHC蛋白分子；同种异型移植排斥反应是由同种异型抗原识别(allorecognition)引发的；同种异型识别是指受者的T细胞或B细胞对同种异基因移植供者的MHC分子的识别。 同种异型排斥反应的识别机制同种异型抗原识别的细胞及分子基础直接识别 direct allo-recognition概念：受者T细胞的TCR直接识别供者APC表面的同种异型MHC抗原或抗原肽-同种异型MHC抗原的复合物。间接识别 indirect allo-recognition概念：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。与一般抗

11、原激活T细胞的方式相同。 同种异型排斥反应的识别机制同种异型抗原识别的细胞及分子基础Direct and indirect presentation of alloantigensDifference between highly polymorphism of MHC and diversity of TCRHighly polymorphism of MHC: individual differs each other Diversity of TCR: T cell differs each other Be generated during the development of T c

12、ells from somatic genes that are formed by recombination of a limited number of inherited gene segment. Recombination is generated after birth of individual. There are many different alleles present among the different individuals. Half of these alleles are inherited from their father or mother. No

13、change can be found after birth of individual.Each human usually expresses:3 types of MHC class I (A, B, C) and 3 types of MHC class II (DR, DP,DQ)The number of different TCR is estimated to be 1015Each of which may potentially recognise a different peptideHow can 6 invariant molecules have the capa

14、city to bind to 1,000,000,000,000,000 different peptides?Difference between highly polymorphism of MHC and diversity of TCRTCR interacts directly with both peptide and MHCTCR: T cell receptorCDR1/2 loops recognize the a helix polymorphic residue of MHC Structure basis for generating the MHC-restrict

15、ion of TCR recognizing antigenCDR3CDR1/2 CDR3 loops with greatest sequence diversity recognize the T cell contact residue of peptide Structure basis for generating the specificity of recognition of T cell to antigenCDR3TCR: T cell receptorX-ray crystallographic studies of ab TCR proteins bound to pe

16、ptide-class I MHC complexes reveal that the TCR interacts directly with both the peptide and the MHC proteinCDR3TCR interacts directly with both peptide and MHCDifference between highly polymorphism of MHC and diversity of TCRPeptide-binding site of class I moleculea helices as sidesForm pocket in t

17、he groove that accommodate peptideb sheet as bottominvolved MHCs polymorphism of individualRecognized by CDR1/CDR2 of a/b chain ofMHC restricted reorganization of TCRDifferent individual can accommodate either same or different peptide from a given pathogen that containing similar anchor residuesCDR

18、3CDR1/2 同种异型排斥反应的识别机制直接识别同种异型抗原识别的细胞及分子基础在混合淋巴细胞反应(mixed lymphocyte reaction，MLR)系统和同种异型移植中存在大量能直接识别的移植物APC表面的MHC分子的T细胞，这些T细胞被称为同种异型反应T细胞(alloreactive T cells)同种异型反应T细胞是受者体内那些在正常情况下识别微生物等外来抗原的T细胞，只是在同种异基因移植的情况下发生了交叉识别 cross-recognition)，而成为又能识别移植供者MHC分子的同种异型反应T细胞。 同种异型排斥反应的识别机制直接识别同种异型抗原识别的细胞及分子基础发生

19、这种交叉识别的分子机制在于：自身MHC分子加上外源性抗原肽所形成的构象表位(conformational epitope)与同种异型MHC分子加上肽所形成的构象表位在构象形貌上具有相似性(shape mimicry)特定TCR均能识别2种MHC-肽复合物 同种异型排斥反应的识别机制直接识别同种异型抗原识别的细胞及分子基础普通外源抗原特异性T细胞前体频率为10-610-4，而能识别同种异型MHC分子的受者T细胞多达110。由于能够识别同种异型MHC分子的T细胞的频率是如此高，原来只是针对普通外来抗原的受者T细胞发展成为数目庞大的同种异型反应T细胞；使得同种异基因移植排斥非常强烈，以至即使供者和受

20、者的MHC分子之间的差别只有一个氨基酸，就足以使移植排斥几乎不可避免地要发生。 同种异型排斥反应的识别机制间接识别同种异型抗原识别的细胞及分子基础由于同种异型的MHC分子在结构上与受者的MHC有差别，经过处理后可以产生“外源性抗原肽”，通过II类MHC抗原提途径，提呈给受者CD4T细胞识别。由于MHC分子是整个基因组里最具有多态性的蛋白，因此每个同种异型的MHC分子都可以产生数目相当大的外源抗原肽，供受者T细胞识别。经间接同种异型识别途径活化的CD4+ T辅助细胞, 通过所分泌细胞因子，为CTL及B细胞的成熟及增殖提供必需的信息，从而强化了移植物排斥的发生。 同种异型排斥反应的识别机制同种异型

21、抗原识别的细胞及分子基础移植排斥反应的类型和杀伤机制 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) 超急性排斥反应- hyperacute rejection 急性排斥反应 -acute rejection 慢性排斥反应- chronic rejection 移植物中的成熟T细胞引起宿主细胞组织的损伤 常见：骨髓移植移植排斥反应的类型和杀伤机制 超急性排斥反应 hyperacute rejection由于移植器官与受者血管接通后数分钟至1-2天内发生的排斥反应原因：受者体

22、内预先存在 抗供者组织的抗体：ABO血型抗体；术前反复输血、怀孕、 再次移植等， 抗原：血管内皮细胞表面存在的血型抗原 抗原抗体复合物激活补体直接破坏靶细胞活性片段引起血管通透性增高和中性粒细胞浸润和损伤纤维蛋白沉积和大量血小板聚集移植排斥反应的类型和杀伤机制 病理改变为小血管内皮细胞损伤，血管内凝血或相应的组织细胞损伤。血管炎症反应、血管内凝血出血器官不可逆性缺血、变性、坏死使用免疫抑制剂效果不佳。 超急性排斥反应 hyperacute rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 Endothelial cells express ABO antigens 超急性排斥反应 hyperac

23、ute rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 Blood transfusionHuman RBC lack MHC antigens 超急性排斥反应 hyperacute rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 Blood transfusionHuman RBC lack MHC antigens 超急性排斥反应 hyperacute rejectionHyperacute rejection of a kidney transplant移植排斥反应的类型和杀伤机制 Immunofluorescence microscopy demonstrating fibrin de

24、position within a vessel wall. Immunoglobulin and complement can sometimes also be demonstrated.超急性坏死肾脏 超急性排斥反应 hyperacute rejection临床最常见的排斥反应，一般在移植后数天至1个月内出现排斥反应。细胞免疫应答和体液免疫应答，其中CD4+Th1细胞是造成免疫损伤的主要因素。病理改变包括血管炎和间质炎。应用免疫抑制剂可以缓解症状。移植排斥反应的类型和杀伤机制 急性排斥反应 acute rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 Acute rejection is

25、caused by an alloreactive T cell responseDonor (graft) derived dendritic cells (Passenger leukocytes) can provide potent sensitization of host alloreactive T cells. 急性排斥反应 acute rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 急性排斥反应 acute rejectionAcute kidney graft rejectionLymphocytes surrounding an arterioleLymphocytes

26、surrounding a renal tubuleT cells (CD3) surrounding a renal tubule移植排斥反应的类型和杀伤机制 急性排斥反应 acute rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 排斥反应发生于移植后数周或数年。反复发作的排斥反应(炎性细胞浸润、 内皮细胞分泌生长因子)和组织器官的退行病变。病理改变为间质纤维化和血管硬化。对免疫抑制剂不敏感。 慢性排斥反应 chronic rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 慢性排斥反应 chronic rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 Antibodies can also p

27、articipate in chronic rejection. 慢性排斥反应 chronic rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 慢性排斥反应 chronic rejection移植排斥反应的类型和杀伤机制 interstitial fibrosis and tubular atrophy in chronic transplant nephropathyConcentric Fibrous Intimal Thickening and Lymphocytic Infiltration 慢性排斥反应 chronic rejection生物材料引起的移植排斥反应 生物材料的移植排斥反应受伤组织或生物材料表面对血浆蛋白的吸收生物材料内皮细胞损伤后暴露内层胶原，吸附血浆蛋白生物材料引起的移植排斥反应 生物材料的移植排斥反应触发了储存的小颗粒释放到胞外环境中吸引更多血小板的聚集生物材料 通过 ab/ b3 受体(大约 40,000/细胞) 吸附血浆蛋白 通过a 1b1受体(大约15