树突状细胞与角膜移植免疫耐受
【摘要】树突状细胞是专职的抗原提呈的细胞,其功能受发育阶段的影响,在移植免疫中起关键作用。既能激活T细胞参与排斥反应;也能在诱导免疫耐受方面发挥重要的作用,尤其在器官移植领域中。本文就树突状细胞功能作用与诱导角膜移植免疫耐受的关系进行综述。
【关键词】树突状细胞;角膜移植;免疫耐受
【中图分类号】R779.65【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2010)12-086-2
角膜移植术是用健康透明的角膜替代病变混浊角膜的手术,目的主要在于恢复患眼视力或治疗某些难治性角膜病变,有时也为了先改善患眼的角膜基地条件或改变患眼的屈光或美容而行此手术。早在18世纪,就有了角膜移植的设想,但其发展很慢。两百多年来随着免疫学、药理学、分子生物学、遗传学等学科的发展和显微手术器械及技术的进步,角膜移植术才有了飞跃性发展。然而穿透性角膜移植仍然是治疗角膜盲的主要手段,同种异体免疫排斥反应仍是角膜移植失败的主要原因。
, 百拇医药
目前临床使用的各种免疫抑制剂主要通过作用于T淋巴细胞达到抑制免疫排斥反应的目的,但长期用药费用昂贵,且为非特异性免疫抑制。当免疫抑制不足时就会发生排除反应,而抑制过强易诱发感染或肿瘤,并且阻断受体形成免疫耐受。免疫耐受是指受体在无免疫抑制状态下,不能启动针对外源性抗原的免疫应答,其特征包括对特定抗原长期不发生免疫反应,对其他抗原可发生正常的免疫反应性。
角膜移植的最终目标是非药物控制的角膜植片长期存活。近二十年来,有关角膜组织的免疫特性,排斥反应发生机制及诱导免疫耐受方面有了长足进展。而树突状细胞作为一类专职抗原呈递细胞在诱发免疫反应及免疫耐受的形成中起着重要的作用,被广泛应用于肿瘤及器官移植中。本文就树突状细胞与诱导角膜移植后的免疫耐受形成关系进行初步讨论。
1角膜的免疫特性
与其他系统的器官移植相比,角膜组织缺乏血管和淋巴管,可阻止植片抗原进入宿主局部淋巴组织,使得角膜移植不易发生免疫排斥反应,这种低易感性成为角膜组织的免疫赦免特性。近来发现,前房相关性免疫偏离(ACAID)与角膜移植免疫密切相关,其免疫反应的特点是迟发型超敏反应和同种异体排斥反应受到抑制的同时保持着正常的体液免疫和细胞毒性T细胞反应,是眼免疫赦免的中心部分。正常情况下角膜中央无LC,只在角膜周边部和角膜缘区域有大量的郎格罕细胞(LC)、T细胞、B细胞、树突状细胞(DC)。LC是主要的抗原递呈细胞,且能表达HLA-Ⅱ类抗原(HLA-DR)。这些免疫效应细胞在炎症情况下可大量增殖活化,由周边向中央移行,并产生抗体和释放细胞因子,在角膜移植排斥反应中起重要作用。Dana MR等证明在正常角膜上皮存在并表达CD11c+ CD11b+的树突状细胞,并证明这些树突状细胞与传统的上皮LC极为相似。在炎症状态下和角膜移植早期(24小时内),不但角膜缘部大量的抗原提呈细胞募集到角膜,而且角膜固有的抗原提呈细胞也明显上调MHC Ⅱ类分子CD80、CD86的表达。
, 百拇医药
2角膜移植排斥反应发生的机制
角膜移植免疫排斥反应的发生一般包括宿主对异体组织抗原的致敏和宿主对异体组织抗原的反应两方面。免疫致敏过程包括抗原呈递、T细胞活化和淋巴因子的释放。供体表达的抗原包括MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ类抗原。角膜移植术后,这些供体来源的抗原可被受体的抗原呈递细胞处理,进一步呈递给受体的免疫系统,受体的CD8+ T细胞识别供体细胞表面的MHC-Ⅰ类抗原,受体的CD4+ T细胞识别MHC-Ⅱ类抗原。另一方面,免疫效应的传出阶段主要是指激活的T细胞通过淋巴管抵达角膜植床,攻击并破坏携带外来抗原的植片。最终导致角膜水肿、混浊和前房内炎症等角膜排斥反应。此时对植片的破坏过程起作用的是CD4+ T细胞。
3树突状细胞与角膜移植的关系
3.1树突状细胞的生物学特性
DC的概念始于1972年,Steinman于1973年首次在小鼠脾的淋巴结中分离出来,因细胞表面具有伪足样或树枝状突起而得名。DC作为T细胞是抗原特异性活化的最有活力的抗原递呈细胞,在整个掌管免疫系统的细胞中发挥着中心的作用。主要分为两类:髓系DC(BDC)和淋巴系DC(LDC)。MDC来源于骨髓CD34+造血前体细胞,其发育和分化受间质生长因子或直接与骨髓间质细胞接触来调控。
, 百拇医药
3.2树突状细胞的成熟与功能
树突状细胞诱导免疫反应或耐受的能力与其功能成熟状态密切相关。imDC表达CD14、CD1a和CD32、巨噬细胞集落刺激因子受体、甘露糖受体、趋化因子受体,具有极强的抗原内吞和加工处理能力,但低表达MHC-Ⅱ类分子、B7分子,低表达协同刺激分子CD80和CD86。混合淋巴细胞培养实验发现,imDC能够诱导同种异体淋巴细胞低反应,触发T细胞凋亡介导免疫耐受。在一项视网膜移植的动物模型中,实验组移植了用含imDC培养的视网膜胚胎细胞,其免疫耐受明显高于对照组。成熟的树突状细胞体外激发同种异体淋巴细胞反应能力很强但吞噬能力显著降低能,能够提呈抗原刺激Thl细胞反应,是导致移植排斥反应的关键环节。
3.3树突状细胞诱导角膜免疫耐受的机制
国内外学者大量研究发现,在同种异体小鼠的心脏、肾脏、肝脏、小肠、皮肤、骨髓移植时,输注imDC能够减弱移植排斥反应,证实了利用imDC防治移植物排斥反应的可行性。利用DC的这些功能特点,在角膜移植前,将来自供体或负载供体抗原的受体imDC输入受体体内,可以诱导供体抗原特异性的移植免疫耐受,从而延长移植物生存时间。DC的免疫耐受作用主要表现在对T细胞的诱导耐受,归纳起来主要有以下几个方面。
, 百拇医药
3.3.1诱导T淋巴细胞无能无能状态是指抗原特异性T细胞对DC呈递的抗原呈低反应性,不行使效应者的作用,致机体免疫系统对该抗原不产生有效的免疫应答。DC激活T细胞产生特异性免疫应答需要双信号,第一信号主要来自T细胞表面的T细胞受体(TCR)与DC表面MHC分子一抗原肽复合物的特异性结合;第二信号主要由DC表面和T细胞表面黏附分子对的相互作用所提供。第一信号和第二信号联合使T细胞活化,启动机体免疫应答。而imDC表面只表达第一信号(MHCⅠ类分子),不表达第二信号(CD40、B27等),因此不能激活初始型T细胞。导致T细胞的无能或低反应,从而诱导抗原特异性耐受。国内学者朱振新和李元新报道了通过阻断第二活化信号诱导免疫耐受的研究进展。
3.3.2imDC介导T细胞克隆清除角膜内皮和上皮细胞表面表达Fas,使进入角膜内的活化的T细胞凋亡,而角膜细胞本身免于杀伤。利用Fas/Fas介导细胞凋亡这一机制,可通过诱导移植物高表达FasL形成免疫耐受而延长移植物的存活期。imDCs能表达抑制T细胞生长或诱导T细胞凋亡的分子(如NO,FasL等),使得imDCs具有破坏T细胞应答的能力。
, 百拇医药
3.3.3通过诱导调节性T细胞(Treg)介导免疫耐受调节性T细胞是一类具有免疫抑制功能,专职对免疫应答进行控制的T细胞亚群。Treg可抑制mDC的成熟,而且还能触发DC分泌高水平IL-10,使其表达B7-H分子,发挥对效应性T细胞的抑制作用。由imDC诱导的Treg细胞主要包括CD25+ CD4+ Treg细胞、CD4+ Treg细胞、CD8+ Treg细胞。诱导同种异体Treg细胞大量增殖的同时,Treg细胞又可作用于imDC,阻断CD80、CD86共刺激分子的表达,介导移植免疫耐受。
4问题与展望
在器官移植领域,imDC临床应用的前景非常广阔,诸多研究已证实无论是以DC为基础的细胞治疗,还是以DC为调控对象的治疗均可诱导抑制免疫耐受。如对移植物进行预处理,清除移植物中的DC及预存抗体;或对受者预处理降低体内T细胞活性等。尤其是基因修饰的imDC,即避免了全身用药的不良反应,又能够诱导特异性免疫耐受,防治移植排斥反应。但有些学者研究文献报道imDC诱导耐受不一。Zhang等报道,IL-10培养的imDC经静脉途径输入受体体内不能延长心脏移植小鼠的存活时间,而经门静脉途径注射同样的imDC则可显著延长小鼠的存活时间。由于目前基因工程技术的应用尚处于起步阶段,经基因修饰的imDC输入机体后,imDC在体内是如何维持耐受状态的,可以维持多久;目的基因表达不稳定,以及对宿主的安全性等问题,有待进一步研究。但随着移植免疫学和基因治疗学研究的不断深入,基因修饰imDC诱导移植免疫耐受,防治移植排斥反应的临床应用终将成为现实。完善现有的或寻找新的培养DC的方法或寻找新的干预靶点以获得更加稳定的imDC是进一步研究的方向之一。作为重要的免疫调节细胞,DC无疑将会在免疫治疗中发挥重要的作用并将有光明的应用前景。
参考文献
[1] 谢立信,史伟云.角膜病学[M].北京:人民卫生出版社,2007:213-225.
[2] 周光炎.免疫学原理(第二版)[M].上海:上海科学技术出版社,2008:46-47., 百拇医药(苏海英)
【关键词】树突状细胞;角膜移植;免疫耐受
【中图分类号】R779.65【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2010)12-086-2
角膜移植术是用健康透明的角膜替代病变混浊角膜的手术,目的主要在于恢复患眼视力或治疗某些难治性角膜病变,有时也为了先改善患眼的角膜基地条件或改变患眼的屈光或美容而行此手术。早在18世纪,就有了角膜移植的设想,但其发展很慢。两百多年来随着免疫学、药理学、分子生物学、遗传学等学科的发展和显微手术器械及技术的进步,角膜移植术才有了飞跃性发展。然而穿透性角膜移植仍然是治疗角膜盲的主要手段,同种异体免疫排斥反应仍是角膜移植失败的主要原因。
, 百拇医药
目前临床使用的各种免疫抑制剂主要通过作用于T淋巴细胞达到抑制免疫排斥反应的目的,但长期用药费用昂贵,且为非特异性免疫抑制。当免疫抑制不足时就会发生排除反应,而抑制过强易诱发感染或肿瘤,并且阻断受体形成免疫耐受。免疫耐受是指受体在无免疫抑制状态下,不能启动针对外源性抗原的免疫应答,其特征包括对特定抗原长期不发生免疫反应,对其他抗原可发生正常的免疫反应性。
角膜移植的最终目标是非药物控制的角膜植片长期存活。近二十年来,有关角膜组织的免疫特性,排斥反应发生机制及诱导免疫耐受方面有了长足进展。而树突状细胞作为一类专职抗原呈递细胞在诱发免疫反应及免疫耐受的形成中起着重要的作用,被广泛应用于肿瘤及器官移植中。本文就树突状细胞与诱导角膜移植后的免疫耐受形成关系进行初步讨论。
1角膜的免疫特性
与其他系统的器官移植相比,角膜组织缺乏血管和淋巴管,可阻止植片抗原进入宿主局部淋巴组织,使得角膜移植不易发生免疫排斥反应,这种低易感性成为角膜组织的免疫赦免特性。近来发现,前房相关性免疫偏离(ACAID)与角膜移植免疫密切相关,其免疫反应的特点是迟发型超敏反应和同种异体排斥反应受到抑制的同时保持着正常的体液免疫和细胞毒性T细胞反应,是眼免疫赦免的中心部分。正常情况下角膜中央无LC,只在角膜周边部和角膜缘区域有大量的郎格罕细胞(LC)、T细胞、B细胞、树突状细胞(DC)。LC是主要的抗原递呈细胞,且能表达HLA-Ⅱ类抗原(HLA-DR)。这些免疫效应细胞在炎症情况下可大量增殖活化,由周边向中央移行,并产生抗体和释放细胞因子,在角膜移植排斥反应中起重要作用。Dana MR等证明在正常角膜上皮存在并表达CD11c+ CD11b+的树突状细胞,并证明这些树突状细胞与传统的上皮LC极为相似。在炎症状态下和角膜移植早期(24小时内),不但角膜缘部大量的抗原提呈细胞募集到角膜,而且角膜固有的抗原提呈细胞也明显上调MHC Ⅱ类分子CD80、CD86的表达。
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2角膜移植排斥反应发生的机制
角膜移植免疫排斥反应的发生一般包括宿主对异体组织抗原的致敏和宿主对异体组织抗原的反应两方面。免疫致敏过程包括抗原呈递、T细胞活化和淋巴因子的释放。供体表达的抗原包括MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ类抗原。角膜移植术后,这些供体来源的抗原可被受体的抗原呈递细胞处理,进一步呈递给受体的免疫系统,受体的CD8+ T细胞识别供体细胞表面的MHC-Ⅰ类抗原,受体的CD4+ T细胞识别MHC-Ⅱ类抗原。另一方面,免疫效应的传出阶段主要是指激活的T细胞通过淋巴管抵达角膜植床,攻击并破坏携带外来抗原的植片。最终导致角膜水肿、混浊和前房内炎症等角膜排斥反应。此时对植片的破坏过程起作用的是CD4+ T细胞。
3树突状细胞与角膜移植的关系
3.1树突状细胞的生物学特性
DC的概念始于1972年,Steinman于1973年首次在小鼠脾的淋巴结中分离出来,因细胞表面具有伪足样或树枝状突起而得名。DC作为T细胞是抗原特异性活化的最有活力的抗原递呈细胞,在整个掌管免疫系统的细胞中发挥着中心的作用。主要分为两类:髓系DC(BDC)和淋巴系DC(LDC)。MDC来源于骨髓CD34+造血前体细胞,其发育和分化受间质生长因子或直接与骨髓间质细胞接触来调控。
, 百拇医药
3.2树突状细胞的成熟与功能
树突状细胞诱导免疫反应或耐受的能力与其功能成熟状态密切相关。imDC表达CD14、CD1a和CD32、巨噬细胞集落刺激因子受体、甘露糖受体、趋化因子受体,具有极强的抗原内吞和加工处理能力,但低表达MHC-Ⅱ类分子、B7分子,低表达协同刺激分子CD80和CD86。混合淋巴细胞培养实验发现,imDC能够诱导同种异体淋巴细胞低反应,触发T细胞凋亡介导免疫耐受。在一项视网膜移植的动物模型中,实验组移植了用含imDC培养的视网膜胚胎细胞,其免疫耐受明显高于对照组。成熟的树突状细胞体外激发同种异体淋巴细胞反应能力很强但吞噬能力显著降低能,能够提呈抗原刺激Thl细胞反应,是导致移植排斥反应的关键环节。
3.3树突状细胞诱导角膜免疫耐受的机制
国内外学者大量研究发现,在同种异体小鼠的心脏、肾脏、肝脏、小肠、皮肤、骨髓移植时,输注imDC能够减弱移植排斥反应,证实了利用imDC防治移植物排斥反应的可行性。利用DC的这些功能特点,在角膜移植前,将来自供体或负载供体抗原的受体imDC输入受体体内,可以诱导供体抗原特异性的移植免疫耐受,从而延长移植物生存时间。DC的免疫耐受作用主要表现在对T细胞的诱导耐受,归纳起来主要有以下几个方面。
, 百拇医药
3.3.1诱导T淋巴细胞无能无能状态是指抗原特异性T细胞对DC呈递的抗原呈低反应性,不行使效应者的作用,致机体免疫系统对该抗原不产生有效的免疫应答。DC激活T细胞产生特异性免疫应答需要双信号,第一信号主要来自T细胞表面的T细胞受体(TCR)与DC表面MHC分子一抗原肽复合物的特异性结合;第二信号主要由DC表面和T细胞表面黏附分子对的相互作用所提供。第一信号和第二信号联合使T细胞活化,启动机体免疫应答。而imDC表面只表达第一信号(MHCⅠ类分子),不表达第二信号(CD40、B27等),因此不能激活初始型T细胞。导致T细胞的无能或低反应,从而诱导抗原特异性耐受。国内学者朱振新和李元新报道了通过阻断第二活化信号诱导免疫耐受的研究进展。
3.3.2imDC介导T细胞克隆清除角膜内皮和上皮细胞表面表达Fas,使进入角膜内的活化的T细胞凋亡,而角膜细胞本身免于杀伤。利用Fas/Fas介导细胞凋亡这一机制,可通过诱导移植物高表达FasL形成免疫耐受而延长移植物的存活期。imDCs能表达抑制T细胞生长或诱导T细胞凋亡的分子(如NO,FasL等),使得imDCs具有破坏T细胞应答的能力。
, 百拇医药
3.3.3通过诱导调节性T细胞(Treg)介导免疫耐受调节性T细胞是一类具有免疫抑制功能,专职对免疫应答进行控制的T细胞亚群。Treg可抑制mDC的成熟,而且还能触发DC分泌高水平IL-10,使其表达B7-H分子,发挥对效应性T细胞的抑制作用。由imDC诱导的Treg细胞主要包括CD25+ CD4+ Treg细胞、CD4+ Treg细胞、CD8+ Treg细胞。诱导同种异体Treg细胞大量增殖的同时,Treg细胞又可作用于imDC,阻断CD80、CD86共刺激分子的表达,介导移植免疫耐受。
4问题与展望
在器官移植领域,imDC临床应用的前景非常广阔,诸多研究已证实无论是以DC为基础的细胞治疗,还是以DC为调控对象的治疗均可诱导抑制免疫耐受。如对移植物进行预处理,清除移植物中的DC及预存抗体;或对受者预处理降低体内T细胞活性等。尤其是基因修饰的imDC,即避免了全身用药的不良反应,又能够诱导特异性免疫耐受,防治移植排斥反应。但有些学者研究文献报道imDC诱导耐受不一。Zhang等报道,IL-10培养的imDC经静脉途径输入受体体内不能延长心脏移植小鼠的存活时间,而经门静脉途径注射同样的imDC则可显著延长小鼠的存活时间。由于目前基因工程技术的应用尚处于起步阶段,经基因修饰的imDC输入机体后,imDC在体内是如何维持耐受状态的,可以维持多久;目的基因表达不稳定,以及对宿主的安全性等问题,有待进一步研究。但随着移植免疫学和基因治疗学研究的不断深入,基因修饰imDC诱导移植免疫耐受,防治移植排斥反应的临床应用终将成为现实。完善现有的或寻找新的培养DC的方法或寻找新的干预靶点以获得更加稳定的imDC是进一步研究的方向之一。作为重要的免疫调节细胞,DC无疑将会在免疫治疗中发挥重要的作用并将有光明的应用前景。
参考文献
[1] 谢立信,史伟云.角膜病学[M].北京:人民卫生出版社,2007:213-225.
[2] 周光炎.免疫学原理(第二版)[M].上海:上海科学技术出版社,2008:46-47., 百拇医药(苏海英)