移植物血管病的免疫學(xué)機制

辛世杰

(中國醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 血管/甲狀腺外科，遼寧 沈陽 110001)

自異體血管植入受者開始，受者免疫系統(tǒng)便開始持續(xù)不斷地攻擊移植血管，在反復(fù)打擊與抗打擊中移植血管逐漸發(fā)生變化——血管內(nèi)膜向心性增厚、中膜平滑肌細胞凋亡、外膜纖維化，最終導(dǎo)致移植器官缺血、功能衰竭，此被稱為移植物血管病，由于其可出現(xiàn)纖維脂質(zhì)斑塊、內(nèi)膜出現(xiàn)細胞外基質(zhì)沉積、炎細胞浸潤等類似于動脈粥樣硬化的改變，故亦稱作移植物動脈硬化。據(jù)國際心肺移植協(xié)會(International Society for Heart and Lung Transplantation,ISHLT) 報道，心臟移植術(shù)后1、5、10年AV發(fā)病率逐年增高，分別為8%、30%、50%，已成為慢性排斥反應(yīng)期患者死亡的主要病因[1]。AV形成過程經(jīng)歷4個階段，第1階段：移植后數(shù)天到數(shù)周血管壁滲入炎癥細胞，受體針對移植物發(fā)生免疫反應(yīng)；第2階段：異體免疫反應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)皮細胞損傷、剝脫，中膜平滑肌細胞凋亡，甚至可以觀察到整個中膜完全沒有平滑肌細胞，殘存彈力膜支架；第3階段：失去正常功能的損傷血管的重建；第4階段：新生內(nèi)膜中內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞的失去控制的增殖，導(dǎo)致管腔狹窄、閉塞，最終導(dǎo)致移植物失去功能。在上述過程中免疫因素持續(xù)存在并始終參與，故其在AV中的作用由此可見一斑。

1 細胞免疫介導(dǎo)的損傷

當(dāng)血液復(fù)流后受者T細胞活化為效應(yīng)T細胞，后者發(fā)揮細胞毒作用直接殺傷移植血管細胞。T細胞需經(jīng)過識別供者主要組織相容性復(fù)合體 (major histocompatibility complex, MHC)及共刺激分子作用才能被完全活化，活化信號均由抗原提呈細胞(antigen presenting cell, APC)傳遞，樹突狀細胞、巨噬細胞等專職APC在這一過程中起主要作用，血管內(nèi)皮細胞等非專職APC亦參與其中。T細胞識別有直接識別和間接識別兩種方式，區(qū)別在于前者是識別移植物中供者APC表面的同種異型抗原，而后者識別自身APC提呈的同種異型抗原。間接識別是導(dǎo)致AV的主要途徑，最直接的證據(jù)是將供者抗原提呈細胞去除后仍然存在AV；但在缺乏識別能力的動物模型中也觀察到AV，提示這兩種識別方式同時存在[2-3]。

抗原識別使T細胞初步活化并賦予其適應(yīng)性免疫應(yīng)答的特性，在共刺激分子的作用下才可完全活化，只有完全活化的T細胞才能進一步分泌細胞因子和表達細胞因子受體，反之T細胞克隆失能。CD40、CD80、CD86表達于抗原提呈細胞，其內(nèi)源性配體CD28、CD154表達于T細胞，將該共刺激通路阻斷雖然促進了免疫耐受，但是并不能限制AV的發(fā)展[4]；而阻斷可誘導(dǎo)共刺激分子(inducible costimulator, ICOS)與其配體結(jié)合，則減輕內(nèi)膜中平滑肌樣細胞的增殖程度[5]。并不是所有的共刺激分子都發(fā)揮促進T細胞增殖的作用，如程序性死亡因子-1(programmed death, PD-1)，其有PDL-1、PD-L-2兩個配體，阻斷PD-1/PDL-1加劇了排斥反應(yīng)，但阻斷PD-1/PDL-2卻未觀察到上述表現(xiàn)[6]；T細胞免疫球蛋白粘蛋白分子-1(T-cell immunoglobulin and mucin domain containing molecule, TIM-1)具有激活和抑制T細胞功能的雙重作用，將其阻斷后可抑制Th17而減輕AV[7-8]?？梢姴煌泊碳し肿訉細胞作用不同，即便是同一因子亦可導(dǎo)致不同效應(yīng)，提示共刺激分子對T細胞功能調(diào)控存在更加精密的機制。T細胞完全活化便分化為效應(yīng)T細胞，后者分泌細胞毒性分子，經(jīng)穿孔素/顆粒酶途徑及Fas/FasL途徑激活Caspase級聯(lián)反應(yīng)，促使靶細胞凋亡[9]；分泌細胞因子調(diào)節(jié)免疫和促進自身增殖。

2 抗體和補體介導(dǎo)的損傷

在AV患者中發(fā)現(xiàn)抗MHC抗體、供者特異性抗體，其可經(jīng)過多種直接或間接途徑影響血管內(nèi)皮細胞的功能[10-11]。IgG抗體與MHC-Ⅰ抗原結(jié)合后可使內(nèi)皮細胞迅速釋放粘附分子如假血友病因子、P-選擇素，趨化因子如MCP-1、IL-8 、RANTES及生長因子如血小板源性生長因子(platelet derived growth factor, PDGF)、堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)，這些細胞因子經(jīng)過各種途徑參與AV[12]。MHC分子還可改變細胞骨架結(jié)構(gòu)，以利于炎細胞黏附和增殖。內(nèi)皮細胞表面的抗MHC-Ⅰ抗體可增強Rho-GTP活性，使Rho激酶磷酸化，導(dǎo)致張力纖維重組從而改變細胞骨架結(jié)構(gòu)；同時RhoA通過磷脂酰激醇-3-激酶途徑促進內(nèi)皮細胞增殖[13]。沉默黏著斑激酶(focal adhesion kinase, FAK) 后絲氨酸、樁蛋白和異位樁蛋白的磷酸化與MHC-Ⅰ分子的結(jié)合顯著減少，提示肌動蛋白依賴的分子聚集致細胞骨架改變是MHC-Ⅰ分子發(fā)揮生物學(xué)作用的路徑[14]。在AV患者中發(fā)現(xiàn)毛細血管內(nèi)皮細胞表達S6核糖體蛋白(S6 ribosomal protein, S6RP)[15]，S6RP位于雷帕霉素復(fù)合體1(mammalian target of rapamycin complex 1, mTORC1)下游，mTORC1由Raptor和GβL共同組成，其可使真核起始4E結(jié)合蛋白和激活p70S6激酶、S6RP磷酸化而促進細胞增殖，沉默Raptor、Rictor后可阻斷MHC-Ⅰ對血管內(nèi)皮細胞的增殖作用[16]；mTORC2可通過ERK通路促進細胞增殖，敲除Raptor后發(fā)現(xiàn)MHC-Ⅰ促增殖作用取消，但敲除Rictor卻未能阻斷上述作用[17]；可見mTOR通路是MHC-Ⅰ參與AV的重要途徑，但調(diào)節(jié)機制有所差異。

補體系統(tǒng)激活能使抗體改變內(nèi)皮細胞、白細胞功能，抗體與C1結(jié)合后可被酶切為C2及C4，隨后二者形成復(fù)合體并再次被酶切為C3，C3和C4又可產(chǎn)生生物活性片段C3a、C3b及C4a、C4b，C3b與B因子結(jié)合使其大量沉著并促進白細胞浸潤、黏附；C3b還能激活C5產(chǎn)生活性片段C5a和C5b，前者對白細胞有強烈的趨化作用，而后者與C6、C9形成膜攻擊復(fù)合體溶解靶細胞[12]?？贵w和補體還可通過非經(jīng)典的NF- κB信號通路激活受者T細胞，從而誘發(fā)細胞介導(dǎo)的免疫損傷，激活補體系統(tǒng)意義在于放大了免疫效應(yīng)[18]。

3 細胞因子介導(dǎo)的損傷

細胞因子主要來源于免疫細胞、內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和上皮細胞[19]。在AV中T細胞產(chǎn)生的IFN-γ最為重要，其激活巨噬細胞，促使內(nèi)皮細胞分泌粘附因子、趨化因子募集炎細胞，并通過增強抗原提呈細胞表達MHC-Ⅰ類和MHC-Ⅱ分子放大免疫效應(yīng)。敲除IFN-γ后未觀察到AV，使用抗IFN-γ抗體處理AV明顯減輕[20]。IFN-γ主要由Th1細胞產(chǎn)生，自然殺傷細胞細胞毒性T細胞、樹突狀細胞等分泌量相對少。IFN-γ是巨噬細胞的激活劑，后者活化后合成IL-12、IL-18，繼而進一步激活T細胞，形成正反饋循環(huán)[21]。在IL-12、IL-18刺激下血管平滑肌細胞亦可分泌IFN-γ，而后者可直接促進血管平滑肌細胞增殖[22]，這一作用還與IFN-γ所致的內(nèi)皮細胞對一氧化氮合成酶活性調(diào)節(jié)失能有關(guān)[23]。值得注意的是IFN-γ對移植血管中膜的平滑肌細胞和內(nèi)膜中的平滑肌樣細胞作用不同[24]。腫瘤壞死因子-α(tumour necrosis factor-α, TNF-α)是一種多效促炎因子，其通過促進IL-12的產(chǎn)生進而促使IFN-γ生成，敲除供者TNF受體明顯減輕AV[25]。

趨化因子是一類使細胞發(fā)生趨化運動的小分子蛋白(8-10kD)，可分為CXC、CC、XC及CX3C四個家族，其中以前二者最常見。趨化因子必須通過與其對應(yīng)的受體結(jié)合才能發(fā)揮生物學(xué)功能，MCP-1是典型的CC類趨化因子，血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞均可合成，通過與CCR2受體配體結(jié)合，可以招募單核細胞、T細胞和自然殺傷細胞；而同屬CC類的細胞因子RANTES則在血小板和移植血管新生內(nèi)膜中的平滑肌樣細胞中表達。敲除MCP-1或CCR-2后均能減少單個核細胞的聚集以及遲發(fā)型超敏反應(yīng)對移植血管的損傷[26-27]。IFN-γ可誘導(dǎo)產(chǎn)生一些趨化因子，如IP10(IFN-inducible protein 10)， Mig(monokine induced by IFN-γ)、I-TAC(IFN-inducible T-cell α-chemoattractant)，與AV相關(guān)性更明顯[28-29]。內(nèi)皮祖細胞在趨化因子的作用下定向歸巢至移植物損傷血管內(nèi)膜，要完成黏附并定位于損傷的部位還需要血管內(nèi)膜表達各種黏附分子的幫助。研究顯示，移植物血管內(nèi)皮細胞表面可以表達多種黏附分子，包括細胞間黏附分子(inter cellular adhesion molecule-1, ICAM-l)、血管細胞黏附分子(vaseular cell adhesion molceule-1,VCAM-1)、P-選擇素以及E-選擇素等，對促進內(nèi)皮細胞黏附發(fā)揮重要作用[30-32]。

4 展望

盡管缺血-再灌注損傷、感染等非免疫因素在一定程度參與了AV的發(fā)生、發(fā)展，但免疫因素仍是AV的核心機制。由于免疫細胞分泌的多種細胞因子和趨化因子，使得免疫因素和非免疫因素相互作用，錯綜復(fù)雜的病因?qū)е翧V難防、難治；另外，動脈粥樣硬化與AV在臨床表現(xiàn)、病理機制方面有相似之處，應(yīng)注意甄別?？傊?，AV的治療方案應(yīng)以免疫調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，并重細胞因子調(diào)控的原則制定，而進一步發(fā)掘AV的發(fā)病機制是解決這一臨床議題的根本。

[參考文獻]

[1] Lund L H, Edwards L B, Kucheryavaya A Y, et al. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: thirtieth official adult heart transplant report—2013; focus theme: age[J]. J Heart Lung Transplant, 2013, 32(10):951-964.

[2] Mitchell R N. Learning from rejection What transplantation teaches us about (other) vascular pathologies[J]. J Autoimmun, 2013, 45:80-89.

[3] Ardehali A, Fischbein M P, Yun J, et al. Indirect alloreactivity and chronic rejection[J]. Transplantation, 2002, 73(11):1805-1807.

[4] Shimizu K, Sch?nbeck U, Mach F, et al. Host CD40 ligand deficiency induces long-term allograft survival and donor-specific tolerance in mouse cardiac transplantation but does not prevent graft arteriosclerosis[J]. J Immunol, 2000, 165(6):3506-3518.

[5] Kosuge H, Suzuki J, Haraguchi G, et al. Critical role of inducible costimulator signaling in the development of arteriosclerosis[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2006, 26(12):2660-2665.

[6] Yang J, Popoola J, Khandwala S, et al. Critical Role of Donor Tissue Expression of Programmed Death Ligand-1 in Regulating Cardiac Allograft Rejection and Vasculopathy[J]. Circulation, 2008, 117(5):660-669.

[7] Xiao S, Najafian N, Reddy J, et al. Differential engagement of Tim-1 during activation can positively or negatively costimulate T cell expansion and effector function[J]. J Exp Med, 2007, 204(7):1691-1702.

[8] Shi X, Zhang M, Liu F, et al. Tim-1-Fc suppresses chronic cardiac allograft rejection and vasculopathy by reducing IL-17 production[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2014, 7(2):509-520.

[9] Choy J C. Granzymes and perforin in solid organ transplant rejectio[J]. Cell Death Differ, 2010, 17(4):567-576.

[10] Topilsky Y, Gandhi M J, Hasin T, et al. Donor-specific antibodies to class II antigens are associated with accelerated cardiac allograft vasculopathy: a three-dimensional volumetric intravascular ultrasound study[J]. Transplantation, 2013, 95(2):389-396.

[11] Nath D S, Angaswamy N, Basha H I, et al. Donor-specific antibodies to human leukocyte antigens are associated with and precede antibodies to major histocompatibility complex class I-related chain A in antibody-mediated rejection and cardiac allograft vasculopathy after human cardiac transplantation[J]. Hum Immunol, 2010, 71(12):1191-1196.

[12] Wehner J, Morrell C N, Reynolds T, et al. Antibody and complement in transplant vasculopathy[J]. Circ Res, 2007, 100(2):191-203.

[13] Coupel S, Leboeuf F, Boulday G, et al. RhoA activation mediates phosphatidylinositol 3-kinase-dependent proliferation of human vascular endothelial cells: an alloimmune mechanism of chronic allograft nephropathy[J]. J Am Soc Nephrol, 2004, 15(9):2429-2439.

[14] Jin Y P, Korin Y, Zhang X, et al. RNA interference elucidates the role of focal adhesion kinase in HLA class I-mediated focal adhesion complex formation and proliferation in human endothelial cells[J]. J Immunol, 2007, 178(12):7911-7922.

[15] Lepin E J, Zhang Q, Zhang X, et al. Phosphorylated S6 ribosomal protein: a novel biomarker of antibody-mediated rejection in heart allografts[J]. Am J Transplant, 2006, 6(7):1560-1571.

[16] Li F, Atz M E，Reed E F. Human leukocyte antigen antibodies in chronic transplant vasculopathy-mechanisms and pathways[J]. Curr Opin Immunol，2009，21(5):557-562.

[17] Jindra P T, Jin Y P, Jacamo R, et al. MHC class I and integrin ligation induce ERK activation via an mTORC2-dependent pathway[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 369(2):781-787.

[18] Jane-Wit D,Manes T D,T Yi, et al. Alloantibody and complement promote T cell-mediated cardiac allograft vasculopathy through noncanonical nuclear factor-kappaB signaling in endothelial cells[J]. Circulation, 2013, 128(23):2504-2516.

[19] Rossi D，Zlotnik A. The biology of chemokines and their receptors[J]. Annu Rev Immunol, 2000, 18:217-242.

[20] Nagano H, Mitchell R N, Taylor M K, et al. Interferon-gamma deficiency prevents coronary arteriosclerosis but not myocardial rejection in transplanted mouse hearts.[J]. J Clin Invest, 1997, 100(3):550-557.

[21] Ranjbaran H, Sokol S I, Gallo A, et al. An inflammatory pathway of IFN-gamma production in coronary atherosclerosis.[J]. J Immunol, 2007, 178(1):592-604.

[22] Tellides G,Tereb D A,Kirkiles-Smith N C, et al. Interferon-gamma elicits arteriosclerosis in the absence of leukocytes[J]. Nature, 2000, 403(6766):207-211.

[23] Koh K P, Wang Y,T Yi, et al. T cell-mediated vascular dysfunction of human allografts results from IFN-gamma dysregulation of NO synthase[J]. J Clin Invest, 2004, 114(6):846-856.

[24] Shah R V，Mitchell R N. The role of stem cells in the response to myocardial and vascular wall injury[J]. Cardiovasc Pathol, 2005, 14(5):225-231.

[25] Suzuki J, Cole S E, Batirel S, et al. Tumor necrosis factor receptor -1 and -2 double deficiency reduces graft arterial disease in murine cardiac allografts[J]. Am J Transplant, 2003, 3(8):968-976.

[26] Gosling J, Slaymaker S, Gu L, et al. MCP-1 deficiency reduces susceptibility to atherosclerosis in mice that overexpress human apolipoprotein B[J]. J Clin Invest, 1999, 103(6):773-778.

[27] Boring L, Gosling J, Chensue S W, et al. Impaired monocyte migration and reduced type 1 (Th1) cytokine responses in C-C chemokine receptor 2 knockout mice[J]. J Clin Invest, 1997, 100(10):2552-2561.

[28] Robinson L A, Nataraj C, Thomas D W, et al. A role for fractalkine and its receptor (CX3CR1) in cardiac allograft rejection[J]. J Immunol, 2000, 165(11):6067-6072.

[29] Koga S, Auerbach M B, Engeman T M, et al. T cell infiltration into class II MHC-disparate allografts and acute rejection is dependent on the IFN-gamma-induced chemokine Mig[J]. J Immunol, 1999, 163(9):4878-4885.

[30] Hillebrands J L, Onuta GRozing J. Role of progenitor cells in transplant arteriosclerosis[J]. Trends Cardiovasc Med, 2005, 15(1):1-8.

[31] Hristov M, Zernecke A, Schober A, et al. Adult progenitor cells in vascular remodeling during atherosclerosis[J]. Biol Chem, 2008, 389(7):837-844.

[32] Dietrich H, Hu Y, Zou Y, et al. Mouse model of transplant arteriosclerosis: role of intercellular adhesion molecule-1[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2000, 20(2):343-352.