移植免疫学的新突破与器官移植

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摘要：现代器官移植是建立在移植免疫学基础上的，移植免疫学基础研究的每一个进展都推动了器官移植的发展。90年代以来，Starzl提出了移植排斥的“双向移植排斥理论”，反映了在临床应用免疫抑制药物的情况下，移植排斥的特点，是移植免疫学发展史上的一个重要理论进展，对临床器官移植耐受的诱导具有重要的指导作用。
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关键词：移植免疫学；双向移植排斥理论；器官移植
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        用健康的组织器官代替病变器官而重建其正常的生理功能，长期以来一直是临床医生追求的目标。但由于同种异体移植物总是在移植后一周左右开始排斥，因此器官移植一直都不能成功。由于移植排斥的机理不清，临床器官移植很长时间几乎处于停顿状态。器官移植学的真正突破是从理论上阐明了移植排斥的免疫学本质。40年代初期，英国动物学家Medawar用家兔进行的一系列皮肤移植的实验研究证明，器官移植排斥在本质上是受体的免疫系统对供体组织器官的免疫应答。从而揭开了移植免疫学研究的新领域，并为临床器官移植的实践奠定了基础。
8 {) x8 _6 ?% T3 E  w# k* d1.    单向移植排斥理论(One-way Paradigm)
1 ?9 D! v' J+ A8 d, y8 \        同种异体器官排斥的方式与移植受体(Recipient)的免疫反应功能状况，以及供体(donor)移植物的性质有密切关系。在免疫功能正常的个体，接受异体组织器官后，不经任何免疫抑制处理，将立即发生宿主免疫系统对移植器官的排斥反应，即宿主抗移植物反应(Host Versus Graft Reaction，HVGR)，导致植入器官中的被排斥；而在机体的免疫功能严重缺损时，植入的异体组织器官又具有大量的免疫活性细胞(如骨髓、胸腺等)的情况下，宿主无力排斥植入的组织器官，而植入器官中的免疫活性细胞(主要是T细胞)可被宿主的组织相容性抗原所活化，而产生针对宿主组织细胞的免疫应答，导致宿主全身性的组织损伤，即移植物抗宿主病(Graft Versus Host Disease，GVHD)。严重的GVHD常导致宿主死亡。此即所谓“单向移植排斥理论”。
5 j- p/ u' O6 ~& l% ~& H- l) k长期以来，人们一直用上述理论解释临床器官移植排斥的方式，即在接受实体器官(如心、肾等)移植的患者，将发生宿主抗移植物反应；而接受骨髓移植的患者，则发生移植物抗宿主反应。但是临床器官移植是在应用免疫抑制剂的倩况下进行的。而单向移植排斥理论揭示的是在不经免疫抑制处理的条件下，移植排斥的特点，因此显然不能完全反映临床器官移植条件下的移植排斥的规律。
2.    双向移植排斥理论(Two-way Paradigm)
2 e% b  U4 `2 C8 Z' E2.1微嵌合体的发现
        1992年，Starzl对25个肝移植长期存活(2-22年)患者的皮肤、淋巴结、肾、骨髓和胸腺等多种器官，用敏感的PCR技术进行检查，均发现这些组织中有供者来源的细胞。此后他们又对5例肾移植后长期存活(27~29年)的患者进行了相同的检查，结果发现，所有5例患者的不同组织中均发现供者来源的白细胞，这5例患者中有4位患者的供肾者仍活着，取其血淋巴细胞与这些肾移植患者的淋巴细胞在体外进行MLR和CML检查，结果均无反应，说明这些肾移植长期存活者已对供肾者的组织抗原产生了耐受：Starzl把这种现象称为微嵌合状态(microchimecrism)。
0 v8 B2 D# I+ c微嵌合现象的发现对传统的移植排斥理论提出了挑战。按照传统的单向移植排斥理论，这些实体(肝、肾)器官移植患者的血细胞应被消灭，为什么在移植后20年，受体体内仍然存在供者的白细胞呢?这些长期存在于受体体内供体白细胞与其移植器官的长期存活有什么关系?’传统的理论已不能解释新发现的现象，移植免疫学面临着理论框架的突破。
! {7 }7 J# M4 ~: m2.2双向移植排斥理论的提出
9 v& y, ~: z! @        根据上述临床发现，Starzl认为临床器官移植是在持续不断地进行免疫抑制的情况下进行的，它不同于自然状态(即不对受者进行任何处理)下的免疫排斥，因此对临床免疫抑制状态下发生的器官移植排斥的方式应进行理论上的修正。1993年前后，Starzl提出了他的“双向移植排斥理论”，其主要观点是：(1)带血管的器官移植一旦血流接通后，即发生所谓的“细胞移动(cell  immigration)”移植物中的过客细胞会移出移植物，进入受者体内并分布全身各组织；而受者的白细胞也会进入移植物内，但在强有力的免疫抑制的情况下，宿主的免疫系统既然不能排斥供者的器官，当然也不能完全“消灭”从移植物中迁出的过客细胞。同样，移植物中的过客细胞也不能引起GVHD。在骨髓移植情况下，受者体内也有残存的白细胞，在严格的免疫抑制控制下，植入的骨髓不能完全消灭这些残存的受者的细胞，而这些受者白细胞也不能排斥供者的骨髓细胞，因此，不论在实体器官移植，还是骨髓移植的情况下，都会同时发生HVG和GVH，只是在不同的移植类型中，二者的强度不同，但最终形成二者共存现象。(2)Starzl认为，在器官移植早期，宿主的免疫细胞就会被移植物中的过客细胞上的组织相容性抗原激活，并增殖(HVG)；同样从供者器官中的过客细胞迁出器官后，也会被宿主的组织相容性抗原激活并增殖(GVH)。但是在持续的免疫抑制剂作用下，这种相互免疫应答就会因诱发各种免疫调节机制，如veto机制、抑制细胞、细胞因子类别偏移，增强抗体等作用而逐渐减弱，最终达到一种无反应性状态，形成供、受体白细胞共存的微嵌合状态。(3)微嵌合状态长期存在可导致受者对供者器官的移植耐受。供者过客白细胞，在宿主体内长期存在，就可以通过某种方式，促进移植物的长期存活，即导致免疫耐受状态。具有过客细胞越多的器官(如肝)，其移出的细胞也越多，因此更容易形成供－受体嵌合状态。因而也更易于形成移植耐受，而长期存活。(4)微嵌合体与免疫耐受的理论认为，表达低密度的MHC分子和无B7分子表达的不成熟的树突状细胞(DC)是一种耐受性的DC，它在微嵌合体形成的耐受中起主要作用。为解释供体白细胞长达20多年的寿命，Starzl后来又提出过客细胞中存在造血干细胞，它在微嵌合体的长期存在起很重要的作用。由于照射小鼠甚至可不输骨髓，仅通过心脏移植就可促进造血功能重建，说明过客细胞中有相当高比例的造血干细胞。
        Starzl认为Medawar证明了移植排斥的免疫学本质，使器官移植成为临床现实，但是并没有从根本上解决移植排斥的问题。由于无关人群中HLA完全相同的个体是十分罕见的，而免疫抑制药物的毒副作用及移植患者必须终生用药，增加了患者继发感染的机会以及肿瘤的发生率。理想的办法是突破同种异体间的免疫屏障，通过诱导移植受者对供者器官的免疫耐受，也即通过某种方式使受者对供者器官不产生免疫应答，从而避免长期使用免疫抑制药物的问题，这将不但减轻了器官移植患者沉重的经济负担，而且将明显提高患者的生存质量。Starzl认为“双向移植排斥理论”是继Medawar以后器官移植发展史上另一个里程碑(Milestone)式的重要理论进展。Medawar阐明了在正常生理情况下，移植排斥的本质和规律；从而使临床器官移植成为可能；而“双向排斥理论”则指明了在应用免疫抑制条件下，临床器官移植时移植排斥的规律和特点，从而为用诱导耐受的方法防止器官移植排斥提供了理论依据。
        Starzl是美国匹兹堡大学器官移植研究所所长，该研究所是全世界最大的器官移植研究中心，尤以肝移植最为著名，Starzl本人是著名的肝脏移植权威和先驱者之一，又受过科学研究的训练，因此“双向移植排斥理论”的提出，立即引起移植免疫学界的极大重视，开辟了移植免疫研究的新领域，此后的几年里，这个领域的研究急剧增加。
3.    临床事实与研究结果
$ K* U' j' `6 R  f- N        3.1临床实践发现肝脏移植排斥反应最弱，Srarzl认为这主要是由于肝脏的过客细胞含量最高，易于形成嵌合体和免疫耐受；而心、肾等实体器官中,过客细胞量较少，不易形成嵌合体，因此排斥反应较强。根据这个设想，他对22例先天性代谢缺损病人，终末期肝脏疾病合并肾功能不全的患者，施行肝肾联合移植，在使用同样免疫抑制方案的情况下，肝肾联合移植患者肾移植排斥发生率大大降低，只有13%，而单纯肾移植组则为35％。此外，他们在肾移植后(或同时)输入供者的骨髓细胞，以增加白细胞嵌合程度。结果发现，肾移植合并骨髓输入的患者，移植肾一年存活率较单纯肾移植患者明显提高。上述结果也被其它一些研究小组所证实。这些临床研究表明，实体器官移植后，输入骨髓细胞(内
$ Y* j' T4 o. V9 u含造血干细胞和DC前体、不成熟DC等)，或增强供体过客细胞的数量(如肝肾联合移植时)，确实可以减轻排斥反应，促进移植物存活。
: V, R9 ?4 \2 d5 _        3.2  临床早已发现一些由于种种原因而“自动停药”的患者，移植器官并没有被排斥。1993年Starzl报告一组44人的肝移植患者，分别已存活11~23年，其中6人分别在术后5~13年自己开始停用一切免疫抑制药，他们分别停药1~11年不等，均没有发生移植排斥，移植器官功能正常，他们嵌合体检查均为阳性。另一组10位存活的肝移植患者，5位自动停药已长达3~30年之久，他们的嵌合体检查也是阳性，也均无移植排斥发生。
4 l* j$ {4 A0 ~$ ?在上述临床观察基础上，Starzl等开始选择长期存活的肝移植患者进行主动的停药试验，以观察是否出现移植排斥(或是否已产生耐受)，结果发现，42位肝移植后存活15~26年的患者中，12位嵌合状态阳性，他们从1995年12月停用免疫抑制药，到1996年9月报告时，无一人出现移植排斥。
& `! p" v' B& A8 m- r上述结果表明，即使在目前临床常规防止移植排斥的措施的作用下，某些器官移植患者实际上已经达到了完全的移植耐受。但是这些“移植耐受”和器官长期存活的确切机理是什么?Starzl认为主要是因为微嵌合状态的形成。但也有临床事实与  Starzl的设想并不一致。多项研究表明有的遭受移植排斥的患者也表现为微嵌合状态，而一些长期存活的器官移植患者，并没有检查出微嵌合状态。因此，微嵌合状态与移植耐受的关系，仍是目前移植免疫学研究的热点。
# T! A8 q' ]+ d" L' Q+ ^% i) r4 D4.    小结
1 x) c) u; F7 n4 o. D$ p$ e: m        自90年代初，Starzl提出“双向移植排斥”理论以来，移植免疫界对此反响十分强烈。毫无疑问，微嵌合现象的发现，及双向移植排斥理论的提出是移植免疫学发展史上的一个重要的理论进展。在长期使用免疫抑制药的状态下，移植排斥出现新的特点是必然的。Starzl的“双向移植排斥理论”的重要意义就在于此。至于其理论的具体内容，并不一定完全准确，有的观点过于绝对，还需要在进一步研究中不断修正和逐步完善。目前争论较多的是微嵌合状态与移植耐受的关系，即微嵌合状态是移植耐受的结果还是原因。这个问题上，移植免疫学界仍有不同意见，也都有各自的实验依据。对长期处于免疫抑制状态下，移植排斥出现哪些规律性的变化，其确切的机制是什么，它与移植长期存活的关系，以及如何应用这些规律操纵移植排斥的过程，都是今后需要深入研究的课题。双向理论的实践意义在于它为临床移植耐受的可能性提供了基础。我们认为原因和结果在一定条件下是可以相互转换的，微嵌合体的形成开始可能是非特异的免疫抑制的结果，但微嵌合体形成后，又可能为特异的耐受形成创造条件。这种良性互动的结果，有可能形成稳定的移植耐受。器官移植学正处在一个关键的发展时期，现在重要的是有关移植排斥理论的旧框架已经打破，新的理论框架已经提出，它对器官移植的临床实践已经产生了重要的推动作用。新理论框架还需要在进一步研究中不断修正和逐步完善，其结果必将对临床器官移植的实践产生重大的影响。