巨噬细胞在器官移植急性排斥反应中的双重作用.docx

《巨噬细胞在器官移植急性排斥反应中的双重作用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《巨噬细胞在器官移植急性排斥反应中的双重作用.docx（19页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、一、引言器官移植是治疗各种晚期器官功能衰竭的最有效方法，然而移植排斥反应仍然是限制临床同种异基因器官移植(以下称为器官移植)长期疗效的最主要因素。一般而言，在同种异基因器官植入受体后，天然免疫细胞即开始介导天然免疫反应和炎症，其后启动适应性免疫介导的器官移植排斥反应(以下称为“排斥反应)。目前一线免疫抑制药物主要针对适应性免疫细胞，但其在改善移植器官长期存活方面的效果仍十分有限，这促使人们越来越关注天然免疫细胞在排斥反应中的作用。事实上除了参与炎症反应外，树突状细胞(dendriticcell,DC)巨噬细胞以及自然杀伤(naturalkiller,NK)细胞等天然免疫细胞也密切参与排斥反应。

2、传统观念认为天然免疫细胞主要通过炎症和抗原提呈作用参与排斥反应，然而越来越多的证据表明天然免疫细胞的作用机制远不止这些。同时，新近的研究也提示，除T细胞以外的免疫细胞在排斥反应中的作用愈发重要，尤其是天然免疫细胞。巨噬细胞的表型和功能状态受其所处微环境的影响，因此具有很强的异质性和可塑性。传统上，幼稚巨噬细胞(naivemacrophages,MO)能被不同的条件诱导极化成Ml型和M2型巨噬细胞。Ml型巨噬细胞极化的条件包括干扰素(interferon,IFN)-V或者脂多糖(lipopolysaccharide,1.PS)+IFN-,这种极化依赖于信号转导与转录激活子(SignaItranS

3、dUCerandactivatoroftranscription,STAT)loMI型巨噬细胞能够产生白介素(interleukin,I1.)-1、I1.-6、肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)-和一氧化氮(nitricoxide,NO),并且与Thl型免疫反应相关。M2型巨噬细胞极化条件包括I1.-4和I1.-13,M2极化依赖于STAT6；M2型巨噬细胞能够产生I1.-10、转化生长因子(transforminggrowthfactor,TGF)-和精氨酸酶。在功能方面，MI型巨噬细胞发挥促进炎症反应和组织损伤的作用，M2型巨噬细胞发挥抑制炎症反应和促进纤维化的

4、功能。新近的研究发现I1.-23能够诱导一群独特的巨噬细胞，这群巨噬细胞主要产生I1.-17A、I1.-17E和I1.-22；MO巨噬细胞也能够被极化成血红蛋白/触珠蛋白诱导的巨噬细胞haemoglobin/haptoglobincomplexes-inducedmacrophages,HA-macM(Hb)和亚铁血红素诱导的巨噬细胞(heme-inducedmacrophage,Mhem)。此外，一些巨噬细胞亚群具有免疫调节功能，如调节性巨噬细胞(regulatorymacrophage,Mreg)(图1)O图1巨噬细胞亚群在移植免疫中的作用。Mo(幼稚)巨噬细胞可以极化为Ml和M2。Ml巨

5、噬细胞具有促炎症作用，M2巨噬细胞主要起抗炎作用，促进血管病变和纤维化。急性排斥反应时移植物浸润的巨噬细胞主要是M1,慢性排斥反应时主要是M2。MO也可以极化为Ml7、HA-mac、M(Hb)和Mhem巨噬细胞，但对它们在移植免疫中的作用的研究仍然有限CMonJ分化为Mreg,后者在移植免疫中表现出免疫抑制功能。Mreg为调节性巨噬细胞。排斥反应发生时，巨噬细胞是浸润移植器官中的主要免疫细胞之一，并且这与器官移植的短期和长期效果密切相关。因此，巨噬细胞在移植免疫中的作用十分重要，尤其是在受体的适应性免疫功能被抑制的情况下。利用小鼠同种异基因肾脏移植模型，描述了早期移植器官内巨噬细胞的动态变化过

6、程。移植术后第1天，移植肾脏内产生了许多与巨噬细胞活化相关的因子，如同种异基因移植炎症因子1(allograftinflammatoryfactor1,AIFl)、No合酶2(nitricoxidesynthase2,Nos2)和TNF-a；从移植术后第2天开始，移植肾脏内浸润的巨噬细胞数量开始逐渐增加。巨噬细胞参与排斥反应的机制包括：提呈抗原，提供共刺激信号，产生细胞因子，与其他免疫细胞的交流以及发挥免疫调节作用。更重要的是，新近我们发现巨噬细胞能够直接介导移植器官排斥反应。目前一些免疫耐受诱导方案包括通过Mreg实现器官移植免疫耐受的目标。此外，巨噬细胞也是抑制排斥反应的潜在靶标。事实上,

7、利用纳米生物技术制备的药物能够特异性抑制巨噬细胞,从而实现移植免疫耐受。本文旨在探讨巨噬细胞在器官移植中的不同作用，包括巨噬细胞在排斥反应发生方面的作用及其机制、免疫调节性巨噬细胞对移植器官的保护作用以及免疫抑制药物对巨噬细胞的影响。二、巨噬细胞在同种异基因移植器官中的募集因缺血再灌注损伤(ischemiaandreperfusioninjury,IRI)炎症、组织损伤等原因，移植器官在移植后必然会发生天然免疫反应。以小鼠同种异基因肾移植为例，移植后移植肾内IFN-V诱导的转录本(如泛素蛋白D)、趋化因子配体(包括CXC1.9CXC1.I0、CXC1.ll)的表达会渐进性升高，巨噬细胞活化相关

8、转录本(如AIF1、NoS2、TNF-)的表达水平在移植后第1天便会显著增加。一些移植器官产生的趋化蛋白能够促进巨噬细胞向移植器官浸润，如单核细胞趋化蛋白1(monocytechemotacticpeptide-lzMCP-D、细胞间黏附分子1(intercellularadhesionmolecule1,ICAM-I)、血管细胞黏附分子1(vascularcelladhesionmolecule1,VCAM-I)、巨噬细胞炎症蛋白lot(macrophageinflammatoryproteinl,MIP-Ia)、受激活调节正常T细胞表达和分泌因子(regulated-on-activati

9、on,normalTcell-expressedandsecretedchemokinezRANTES)、巨噬细胞游走抑制因子(ITiacrophagemigrationinhibitoryfacto-MIF)。IRl也会提升移植器官内脂质运载蛋白2(lipocalin-2,2)的表达水平，进而促进巨噬细胞向小鼠同种异基因移植心脏浸润。细胞之间的相互作用对巨噬细胞浸润移植器官的功能十分重要。有研究证实来自CD4+T的辅助能够促进巨噬细胞的浸润能力，并且也有观点认为T细胞的活化能够引起巨噬细胞的浸润。此外，有研究发现B细胞缺失能够抑制巨噬细胞浸润大鼠同种异基因移植肾脏的能力。与之相对应，大鼠同种

10、异基因移植肾脏在发生急性排斥反应时，其内浸润的巨噬细胞数量急剧增加0除了浸润，巨噬细胞也会在移植器官内增殖。巨噬细胞集落刺激因子(macrophagecolony-stimulatingfactor,M-CSF)促进巨噬细胞的增殖，而移植器官以及浸润其中的巨噬细胞均显著表达M-CSFo在发生急性排斥反应的小鼠同种异基因移植肾脏中，浸润的巨噬细胞表达M-CSF的受体集落刺激因子-1受体(colony-stimulatingfactor-1receptor,c-FMS),而拮抗c-FMS能够显著抑制巨噬细胞的浸润及其在移植器官内的增殖。根据以上研究结果，我们认为浸润和在移植器官内的增殖是巨噬细胞在

11、移植器官内募集的途径。结合巨噬细胞在排斥反应中的作用，针对巨噬细胞浸润和增殖可能是抑制排斥反应的潜在有效途径。三、巨噬细胞与排斥反应(一)提供适应性免疫活化所需的刺激信号作为抗原提呈细胞(antigen-presentingcell,APC),巨噬细胞能够通过三种途径作用于受体的适应性免疫反应：提呈主要组织相容性复合物(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)抗原肽复合物，提供共刺激信号以及产生细胞因子。JoSe等详细总结了巨噬细胞的潜在作用：识别与提呈同种异基因抗原；产生促炎分子促进炎症的发生；释放NO和活性氧自由基(reactiveoxygenspecies,

12、ROS)参与抗体依赖的或细胞介导的细胞毒作用；释放促纤维化因子和基质金属蛋白酶促进瘢痕形成。指出巨噬细胞能够分泌一系列与细胞毒性相关的细胞因子，包括IFNw丫、TNF-a、I1.-1、I1.-6、I1.-12、I1.-18、I1.-15、ROS以及粒细胞集落刺激因子(granulocyteCSF,G-CSF)0最近，关于CD47对巨噬细胞的调控作用备受瞩目。20多年前，发现信号调节蛋白(SignalregUlatoryProtein,SlRPa)-CD47通路能够调节巨噬细胞区分自我和非我抗原以及吞噬功能。事实上，所有细胞都表达CD47分子，CD47分子也被冠以不吃我(dorteat-me)信

13、号分子，而SIRPa可在单核细胞、巨噬细胞、DC和粒细胞中表达。对于SIRPa与CD47的相互作用，在肿瘤、自身免疫疾病、同种异基因和异种器官移植领域均有所研究。在同种异基因器官移植领域，CD47分子可能在移植的不同阶段发挥不同的作用。供体细胞表达CD47有利于供体抗原诱导的免疫耐受。移植前，供体特异性细胞输注(donor-specifictransfusion,DST)是常见的诱导移植耐受方法，而供体细胞表达CD47对这种诱导性免疫耐受的形成十分重要。在小鼠皮肤移植模型中，移植前DST的供体细胞若缺乏CD47,将导致DST不能抑制排斥反应和诱导同种异基因移植皮肤的长期存活。对于供体肝细胞输注

14、和同种异基因小鼠皮肤移植的研究也发现了此类现象。发现与移植前DST使用普通供体小鼠来源的肝细胞相比,输注缺乏CD47的供体小鼠来源的肝细胞能够诱发严重的同种异基因皮肤移植排斥反应。然而，在小鼠同种异基因心脏移植模型中，MHC-I/11或Il类分子错配的移植心脏不表达CD47反而延长移植心脏的生存时间。同种异基因移植器官表达的CD47可能会促进IRI的发生。移植前利用CD47拮抗剂灌注同种异基因移植器官，能够显著降低IRI,提升移植器官的功能和生存率，这些器官包括大鼠移植肾脏、发生脂肪变性的大鼠肝脏以及猪的心脏。同种异基因移植器官表达的CD47可能有利于同种异基因移植器官的功能稳定和长期生存。在

15、大鼠同种异基因肾脏移植模型中，移植后注射拮抗SIRPa或CD47的单克隆抗体会打破已经形成的免疫耐受。以上研究预示，因CD47调控的复杂性和其他作用的存在，巨噬细胞与CD47在移植免疫中的作用仍有待进一步探究。（二）急性排斥反应在适应性免疫反应为主的急性排斥反应中，巨噬细胞主要发挥APC的作用（图2）；然而，巨噬细胞具备直接介导排斥反应的作用。在急性排斥反应中，清除巨噬细胞可延长同种异基因移植心脏的生存时间并保护其功能。研究发现在人的移植肾脏中，巨噬细胞占浸润的人类白细胞抗原（humanleukocyteantigen,H1.A）-DR+细胞的80%,这提示移植器官内的巨噬细胞具备很强的抗原提

16、呈能力。此外，移植器官内的巨噬细胞的数量与T细胞介导的排斥反应程度之间存在相关性。通过研究人的移植肾穿刺病理结果，发现轻度排斥反应标本中浸润细胞的52%为巨噬细胞，而重度排斥反应标本中这一比例增至60%。同时，急性排斥反应过程中，浸润同种异基因移植器官的巨噬细胞主要表现为Ml极化状态。此外,人移植心脏病理证据提示，巨噬细胞的血管内活化与急性血管性排斥反应相关，而这些活化的巨噬细胞能够通过降低小血管中的血流量从而导致心肌坏死。图2.巨噬细胞触发并增强对器官异体移植物的适应性免疫反应。器官移植物损伤和其他免疫细胞导致Graftrejection巨噬细胞向同种异体移植物浸润。被招募的巨噬细胞可以在局部增殖以增加细胞数量。巨噬细胞可以通过抗原提呈、共刺激信号和细胞因子的产生触发和放大适应性免疫反应。()慢性排斥反应目前:慢性排斥反应是限制同种异基因移植器官长期生存的重要因素，然而目前仍