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急性移植物抗宿主病发病中关键免疫细胞及细胞因子作用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-06 14:09  来源:药品资讯网  浏览次数:96

  1962 年Barnes 等报道移植物抗宿主病(GVHD),1966年由Billingham对其发病进行总结:①移植物中含有免疫活性细胞;②宿主因免疫抑制状态无法将移植物排斥;③受体表达供体的组织抗原。随着后续研究对这一经典三要素理论不断拓展,人们对GVHD的发病机制有了更明确的认识。

  急性GVHD(aGVHD)发病大致可分为三个阶段:①宿主组织因原发病、感染和放化疗预处理损伤导致皮肤、肠道黏膜屏障破坏,细菌及其产物易位,激发机体炎症应答,抗原提呈细胞(APC)活化;

  ②骨髓移植物中同种反应性T细胞与宿主APC 相互作用,识别后者表面不相合主要组织相容性复合物(MHC)分子或由相合MHC所递呈的次要组织相容性抗原(miHA),在协同刺激分子的辅助下开始激活增殖分化,并根据不同归巢受体的表达迁徙至各靶器官组织处;

  ③效应T细胞介导相应靶器官(主要为皮肤、肠道和肝脏)损伤并招募其他效应细胞(如NK 细胞、中性粒细胞、单核细胞等)进一步扩大机体“细胞因子风暴”。

  此外供受者固有免疫相关分子、细胞因子、趋化因子等基因多态性亦可影响aGVHD的发生和发展。

  随着预防和治疗方案的改善,aGVHD发生率及严重程度已有明显降低,然而T细胞去除(TCD)或免疫抑制剂应用仍会增加患者机会性感染、免疫重建延迟等风险,故对aGVHD发病机制更全面的理解有助于寻找预防和治疗的新靶点。

  一、GVHD的启动因素

  1. 骨髓移植供受者MHC/miHA不相合:

  人类6 号染色体MHC位点包含两类多态性MHC基因(即MHCⅠ/Ⅱ基因),负责编码两组结构相异的同源蛋白并与其他非多态性基因产物一同参与抗原呈递。异基因造血干细胞移植(allo-HSCT)中供受者之间MHC 不相合程度直接影响aGVHD 的发生及严重程度。

  个体中可识别异体不相合MHC的同种反应性T 细胞比例很高,在MHC相合情况下,供者同种反应性T细胞仍可识别MHC所提呈的宿主多态性基因编码产物——miHA而介导GVHD的发生。

  miHA分布广而多样,且不同miHA 所引发的免疫应答强弱不等,故而可能影响GVHD发病特点。在MHC不相合情况下,供者APC仍可将miHA作为外来抗原摄取处理,并主要提呈给CD4+T细胞供其识别。

  2. 原发疾病、感染及预处理对宿主组织损伤:

  (1)病原体相关分子模式(pathogen- associatedmolecular patterns,PAMP):预处理中放化疗的不良反应可导致宿主组织损伤,而黏膜屏障(尤其肠道)破坏可使寄生的共生菌易位。

  作为炎症刺激物的G- 细菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、G+肽聚糖、甘露糖等病原体相关分子模式(PAMP)可通过结合TLR等模式识别受体(patternrecognition receptor,PRR)激活固有免疫细胞,诱使后者大量释放促炎因子如IL-1、IL-6、TNF-α等,构成“细胞因子风暴”;其中表达各类PRR的树突细胞(DC)被激活后由外周组织迁入局部引流淋巴结,并逐渐转化为强抗原提呈能力的成熟DC而激活供者同种反应性T细胞。

  (2)损伤相关分子模式(damage- associated molecularpatterns,DAMP):由预处理等造成组织受损而释放的DAMP如蛋白酶、ATP、氧化脂蛋白、尿酸、HMGB1、S100 蛋白家族等在aGVHD的发病中亦起重要作用。

  其中由垂死细胞所释放的ATP 可被宿主APC上P2X(7)R识别,促使后者上调协同刺激分子,引发一系列促炎事件包括IFN-γ的分泌、供者T细胞扩增等。同时P2X(7)R在GVHD中表达上调,又增加了宿主APC对ATP的敏感性。

  对P2X(7)R的阻断可打破该炎症通路正反馈调节,有利于GVHD的控制。此外,尿酸、可溶性细胞外基质成分可活化NLRP3 炎症小体而促进aGVHD发生。

  二、GVHD中的感应细胞

  APC对T 细胞的激活、增殖、分化、迁徙起关键作用,然而因其来源和亚群差异,APC 在不同实验动物模型中介导aGVHD发生的能力亦不相同。

  1. 宿主造血与非造血来源的APC:

  专职APC包括DC、B细胞和巨噬细胞。其中DC摄取、加工处理和提呈抗原功能最强。宿主残余DC受DAMP、PAMP刺激而活化后可迁入局部引流淋巴结,激活供者同种反应性T 细胞参与aGVHD发生。

  研究发现aGVHD发病与严重程度在时间上与全身照射后宿主残余DC 的存活时间相关。过继输注同源MHCⅡ+/+DC 可打破MHCⅡ缺陷小鼠CD4+T 细胞介导的GVHD抵抗,宿主上皮细胞虽不表达MHCⅡ,但仍被同种反应型T细胞识别和攻击;

  而宿主同源MHCⅠ+/+DC在体外可以致敏供者CD8+T 细胞可引发MHCⅠ-/- 宿主小鼠GVHD。专职APC 中另两类细胞则在aGVHD 中表现出一定的保护作用。

  宿主B细胞存在与否对CD4+或CD8+T细胞介导GVHD的发生发展无显著影响,甚至可因TBI诱导而分泌IL-10 短期抑制同种反应性T 细胞扩增,而骨髓移植模型中使用CSF1R 单抗清除宿主巨噬细胞增强供者T细胞活化,使GVHD进一步恶化。

  DC亚群之一的朗格汉斯细胞(Langerhans cells,LC)可在皮肤中自我更替,仅在炎症受损后由骨髓来源的前体细胞替代。骨髓移植后皮肤中宿主来源的LC仍可维持相当一段时间而其宿主源性被认为与皮肤GVHD 的发生至关重要。

  然而Li 等在MHC相合与不相合异基因骨髓移植模型中发现受者LC 存在与否对实验结果都不产生明显影响,实验提示单一DC亚群(如LC)缺失,对同种反应性T 细胞的激活功能可由其余亚群代偿。此外宿主非造血来源APC(成纤维细胞、肌成纤维细胞等)亦可有效地进行相关抗原提呈,诱导供者T 活化并介导aGVHD的发生。

  2. 供者来源APC:

  相较宿主APC,供者来源APC 作为aGVHD启动细胞的研究较少。Toubai 等在性别不匹配的移植模型证实除宿主造血/非造血来源APC外,供者APC也通过递呈H-Y 抗原介导aGVHD 发生。

  而Matte 等将MHCⅠ-/-骨髓移植给异基因型小鼠仍能诱发CD8+T细胞介导的aGVHD,但严重程度较MHCⅠ+/+骨髓移植轻,提示GVHD由宿主APC启动后,供者APC只起扩大作用,并且后者对移植物抗白血病效应(GVL)(小鼠慢性髓性白血病慢性期模型)不构成必要条件。

  三、GVHD中的效应细胞

  供者骨髓中T淋巴细胞不仅介导急慢性GVHD的发生,同时也发挥GVL、抗感染、促进骨髓植入等作用。TCD骨髓移植虽阻断GVHD的发生,但延缓骨髓植入、增加机会性感染和肿瘤复发率。

  1. 初始T 细胞与记忆T 细胞:

  T 细胞可根据是否经历抗原刺激分为初始T细胞和记忆T细胞,后者根据功能与定居部位分为中枢性记忆T 细胞和效应性记忆T 细胞。骨髓移植中,供者来源初始T细胞可利用其所表达CD62L与CCR7迅速迁入二级淋巴器官,其中可识别不相合MHC/miHA 者与宿主APC 相互作用后激活增殖并迁入相应靶器官。

  在miHA 不相合的骨髓移植模型中,Zhang 等发现移植物抗宿主反应中产生的同种反应性记忆细胞是维持GVHD发病的重要因素。供者来源的效应性记忆T 细胞主要由既往受过抗原刺激的T 细胞和进入宿主体内后稳态扩增(homeostatic proliferation)的初始T 细胞构成。

  小鼠模型中同种反应性效应记忆T细胞在最初对异基因抗原作出应答,但激活诱导细胞凋亡(activation-induced cell death,AICD)使这种应答反应维持时间缩短。

  多个研究组已证明未经宿主异基因抗原致敏的效应记忆T细胞不具备介导GVHD能力,但具有过继免疫和诱导GVL作用。不同于CD8+效应性记忆T细胞,经宿主异基因抗原致敏的CD4+效应记忆T细胞虽具备诱发GVHD能力,但可能由于迁徙模式和扩增能力与初始T 细胞不同,因此介导的GVHD 发展较为缓慢。

  2. 辅助T 细胞:

  Th1 通过释放IFN-γ、TNF 介导组织损伤,一度被认为是aGVHD 最重要效应细胞,目前实验发现IFN-γ在介导肠道GVHD同时亦促进APC 吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)表达,导致细胞微环境中色氨酸耗竭,从而抑制T细胞免疫应答。另外IFN-γ还被发现在特异性肺炎综合征(idiopathic pneumonia syndrome,IPS)中诱导产生保护机制。

  Nikolic 等采用STAT4-/-(Th1 缺陷)、STAT6-/-(Th2缺陷)的小鼠GVHD 模型中发现Th1 缺陷总体上延缓aGVHD 进展,但出现更为明显的肝脏、皮肤损害,Th2 缺陷则提早aGVHD发病并伴更为严重的肠道病变,实验结果指出了Th1 与Th2 作用区域存在差异。

  近来研究中发现IFN-γ缺乏扩大Th2和Th17在皮肤和肺GVHD的病理效应,Th2介导IPS 在IFN-γ与IL-17 同时缺乏出现恶化,而阻断Th2 分泌的IL-4 则可缓解肺部病变,减轻肝、皮肤和肠道炎症程度。

  而IFN-γ与IL-4 同时缺乏时,则能扩增Th17 并加重皮肤GVHD,Th2 相关细胞因子IL-4、IL-5、IL-9 和IL-13 缺乏则可促进分泌IFN-γ、IL-17AT细胞增殖,导致GVHD恶化。

  Th17 因其与炎症反应的密切联系被认为参与实体器官移植的免疫排斥反应及一些自身免疫性疾病发生。为评估Th17 诱导aGVHD能力,Iclozan 等通过小鼠骨髓移植模型中输注Th17,确定了Th17 的致病作用;

  当进一步采用RORγt-/-的CD4+T细胞输注给经照射异基因小鼠,结果提示其致病作用与RORγt 野生型供者CD4+T细胞诱导GVHD作用相当,两组总体生存率差异无统计学意义,提示Th17 虽具备诱导GVHD的能力,但不构成发病的必要条件。IL-17作为Th17 特异性分泌的细胞因子具有强大的中性粒细胞趋化和促细胞释放炎性因子能力。

  Kappel 等使用IL-17A基因敲除小鼠作为骨髓移植供者,发现IL-17A-/- T细胞对受者GVHD 诱发能力与野生型供者相似,而输注纯化CD4+IL-17A-/- T细胞可延长受者中位存活时间,但前后两组小鼠总体生存率相仿,这些结果提示IL-17A 在早期CD4+T 细胞介导的免疫反应中具促进作用,但总体上不起关键作用。

  而在类似实验中,Yi 等则证实Th17或IL-17 可通过影响宿主DC间接阻断Th1 分化而起缓解aGVHD作用。值得注意是Th17 并不稳定,当暴露于IL-12(加或不加TGF-β)将迅速下调RORγt 和IL-17F 的表达,转而激活T-bet 和STAT4 增加IFN-γ的合成(http://www.chemdrug.com/article/8/)与分泌。

  Th17 的可塑性提示预处理所引发的“细胞因子风暴”可影响Th17 及Th1 亚群的比例,因而对Th17功能评估在时间点上选择就显得尤为重要。

  3. T细胞的迁徙:

  供者初始T细胞不具备进入非淋巴组织能力,与宿主APC相互作用后所表达的归巢受体对T细胞成功迁入靶器官显得尤为重要。因此效应细胞需迁徙至靶器官作为Billingham 的GVHD发病三要素的补充,强调了GVHD中效应细胞进入靶器官所需表达的一系列归巢受体与趋化因子受体的重要性及作为GVHD治疗靶点的可能。

  (1)选择素及其受体:选择素家族包括3 个成员:L-选择素(CD62L)、P-选择素(CD62P)、E-选择素(CD62E);其中CD62L 对初始T 细胞经HEV(与其内皮细胞所表达外周淋巴结地址素相互作用)归巢到外周淋巴结及派氏集合淋巴小结(Peyer’s patches,PP)过程起重要作用。

  而调节性T 细胞(regulatory T cell,Treg)CD62L-与CD62+的两种亚群虽然在体外抑制异基因抗原免疫应答的能力相当,但后者在体内能更有效迁入外周淋巴结而抑制同种反应性T细胞活化,故对aGVHD 更具保护作用。

  效应T 细胞或效应记忆T 细胞CD62L表达下降,转而高表达相应组织特异性归巢受体,如皮肤淋巴细胞抗原(CLA,一种特殊的糖化P-选择素糖蛋白受体/PSGL-1)在效应记忆T细胞所表达,可与真皮层微血管内皮上E-选择素相结合,而后者在皮肤aGVHD中亦有表达上调。

  (2)趋化因子及其受体:不同的趋化因子与其受体相互作用可引导T 细胞迁入不同组织器官。由DC 提供的1,25(OH)2D3可诱导T细胞表达CCR10,可受表皮角质细胞所分泌CCL27 的趋化迁入相应皮肤组织,相反,1,25(OH)2D3抑制T细胞表达肠道归巢受体α4β7 和CCR9。

  其他趋化因子受体如CCR7(配体为CCL19和CCL21)对初始T及DC迁入二级淋巴器官起重要作用;CCR5 则参与同种反应性T细胞及调节性T细胞在GVHD靶器官的迁徙,而联合CCR5阻断剂Maraviroc 的allo-HSCT 临床试验(http://www.chemdrug.com/sell/24/)证实其在预防aGVHD的有效性。

  临床上作为GVHD一线治疗的糖皮质激素可改变多种趋化因子(如CXCL9、CXCL10、CXCL11、CCL2 和CCL3)的表达,但这种调节因器官而异,其中肠道由于白细胞与皮内细胞黏附性质改变而可能是激素缓解aGVHD最初事件之一。

  (3)整合素:肠道相关淋巴组织(gut-associated lymphoidtissue,GALT)中的DC可利用胆汁或食物来源的维生素A经视黄醛脱氢酶转化为维A酸以此诱导T 细胞表达肠道归巢受体α4β7(LPAM-1)及CCR9。

  Waldman 等发现利用β7-/-小鼠作为供者的骨髓移植可减少宿主肝与肠道的T 细胞浸润,且相较野生型供者,在降低GVHD发生率及病死率的同时保留了GVL。

  (4)磷酸鞘氨醇受体:1-磷酸鞘氨醇受体(sphingosine-1-phoshate receptors,S1P-R)参与细胞骨架的重组、运动及迁徙。FTY720可与5 种S1P-R的其中4 种结合,使后者内化而影响细胞对血小板产生的脂质S1P 发生应答。

  FTY720的免疫调节作用包括限制T细胞从二级淋巴器官的迁出,加强血管内皮细胞间连接和影响DC迁徙及功能。实体器官移植中,使用FTY720 可保护移植物免受排斥且不造成广泛免疫抑制。

  在FTY720 缓解GVHD机制研究中,有人提出FTY720 主要通过延长T 细胞在淋巴结滞留,使后者与宿主APC 接触时间延长而增加AICD,另有研究组认为FTY720对T细胞扣留作用为一过性,而宿主脾脏DC与效应T细胞减少可能有利于GVHD的控制,但效应同时也可干扰GVL。

  4. T 细胞介导的组织损伤:

  同种反应性T 细胞可通过FasL/Fas(CD95L/CD95)、TNF-α、TNFR/TRAIL、穿孔素/颗粒酶系统介导宿主组织损伤。分别采用穿孔素、FasL(或使用FasL 单抗)缺陷的T细胞,或使用TNF-α单抗处理的小鼠骨髓移植模型证明上述三种分子均参与GVHD的发病,但主要作用区域及对GVL影响存在差异。

  FasL/Fas 通路主要介导皮肤和肝脏GVHD,阻断该通路对GVL 无显著影响。Hartmann 等在MHC/miHA不相合骨髓移植模型证实APG101(包含Fas/CD95 胞外段和IgG1Fc 段的可溶性融合蛋白,可阻断FasL 与其受体相互作用,有效控制GVHD而保留对肿瘤细胞的杀伤作用和早期T 细胞免疫。

  而在人体内情况可能更为复杂,不仅FasL 在急慢性GVHD表达增加,穿孔素和颗粒酶B血清浓度亦有所上升,提示两条通路的联合作用。因此针对单一通路阻断对GVHD的临床治疗效果仍待进一步明确。

  TRAIL 可与FasL 协同介导胸腺损伤,延缓T细胞免疫重建和影响外周T细胞功能,但单独对GVL的影响尚存在争议。

  四、GVHD中的调节因素

  Treg 细胞是免疫应答中发挥负向调节作用的一类特殊T 细胞亚群,在维持免疫稳态和自身免疫耐受中起重要作用。Treg 细胞特征性表达Foxp3 因子,可分为由胸腺产生的CD4+CD25+ 自然调节性T 细胞(nTreg)与在外周组织由TGF-β、IL-2 等诱导产生的诱导性调节T细胞(iTreg)。

  动物模型研究证实去Treg 骨髓移植可加重GVHD 程度,Treg 细胞输注可抑制同种反应性T 细胞活化与增殖,缓解肝、皮肤和肠道的病理改变,减缓GVHD所致胸腺和二级淋巴器官损伤,有利于移植术后免疫重建,同时不影响甚至增强GVL的效应。

  利用生物荧光成像等技术对小鼠骨髓移植模型中共输注Treg 细胞进行实时观测,发现预处理所诱发炎症状态和异基因抗原存在对Treg 细胞的活化和扩增同样重要。

  Treg 细胞首先迁徙至二级淋巴器官(其中CD62L与CCR5对这一过程起重要作用),通过影响DC与初始T细胞的相互作用而阻碍后者活化,随后迁入外周组织继续发挥免疫负向调节作用。

  值得注意的是,Treg 细胞对效应T细胞的抑制呈现数量依赖性,先于T细胞进行Treg 细胞输注采用近于生理数量比值(Teff∶Treg 为10∶1)即可有效控制GVHD的发生发展而不影响GVL,而过继性输注Treg 细胞需达到与Foxp3-T细胞比值为1∶1 方能获得良好效果。

  因此实现有效的体外扩增及Foxp3 的稳定表达对Treg 细胞临床治疗具有重要意义。目前涉及iTreg 的研究尚较少,近来在动物模型中发现一群在GVHD早期出现并由宿主DC 通过分泌TGF-β诱导而成CD8+Foxp3+的Treg 细胞,抑制GVHD的能力上与CD4+Treg 相当,并在缓解早期GVHD中起重要作用。

  另外值得注意的是,治疗GVHD常用的免疫抑制药物(http://www.chemdrug.com/)环孢素可降低IL-2 产生而影响Foxp3 的表达,而雷帕霉素和霉酚酸酯则有助于Treg 细胞的增殖并维持其功能。

  相对动物模型中Treg 细胞对GVHD的明确作用,临床上Treg 细胞与GVHD的相关性并不明确,有研究发现监测HSCT患者外周血中Fox3+/Fox3+CD4+CD25+单核细胞,Treg细胞数量与GVHD程度呈负相关,也有两者无明显相关性的研究报道,因此仍需进一步探讨。

  五、总结

  从对GVHD最早的描述至今已超过50 年,研究技术上的进步如生物荧光成像等在体成像技术实现了对aGVHD中各类效应细胞相互作用及迁徙的实时观测,aGVHD相关基因组学研究丰富了人们对GVHD的认识。

  通过免疫学发病机制研究而研发的探索性治疗方案,如针对aGVHD主要介导者——T细胞特异性的去除、诱导无能或功能抑制,限制其向GVHD靶器官迁徙,Treg 细胞体内外诱导,共生菌群调控等,在aGVHD 动物模型研究中的不断取得进展。

  而aGVHD免疫学病理机制复杂,动物模型在免疫学特征、预处理方案与临床疾病之间存在一定差异性,因此对aGVHD免疫学发病机制更为全面地探讨及临床转化仍有待进一步努力。

 
 
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