T细胞相关细胞因子在移植排斥中的表达及其意义
2011-02-12郑世民东北农业大学动物医学学院哈尔滨150030
刘 畅 邵 悦 郑世民 (东北农业大学动物医学学院,哈尔滨 150030)
T细胞相关细胞因子在移植排斥中的表达及其意义
刘 畅 邵 悦 郑世民②(东北农业大学动物医学学院,哈尔滨 150030)
根据分泌细胞因子的种类,辅助性T细胞分为Th1和Th2细胞两种[1]。其中Th1型细胞因子促进移植物抗原特异性的细胞毒性T细胞(CTL)活化、增殖和分化,诱发迟发型变态反应,从而启动或加速移植排斥反应[2];Th2细胞可抑制Th1细胞分化及其细胞因子表达,调控移植排斥反应,促进免疫耐受[3]。许多研究表明,Th1/Th2轴是移植排斥反应发病机制的核心,其比值与移植排斥反应发生密切相关[4]。Th1型细胞因子主要有:白细胞介素12(IL-12)、IL-15、γ-干扰素(IFN-γ)、肿瘤坏死因子 α(TNF-α)等;Th2型细胞因子主要包括:IL-4、IL-10等。上述两种细胞因子在移植排斥发生、发展中发挥着相反的重要作用。
1 Th1型细胞因子及其表达与器官移植排斥
Th1细胞分泌的IFN-γ具有多潜能的免疫调节作用,涉及该细胞因子的免疫反应统称为Th1反应。IFN-γ由CD8+T细胞、CD4+T细胞、自然杀伤(NK)细胞产生,其作用包括诱导各种抗原提呈细胞(APC)分泌IL-12,激活巨噬细胞,促进MHC分子的表达,刺激Th1亚群细胞的产生,同时抑制Th2亚群细胞的产生[5]。研究发现,在角膜移植后第11天,角膜植片中IFN-γmRNA高表达,给与抗干扰素抗体治疗后,排斥反应消失,表明IFN-γ介导角膜移植排斥反应[6]。异品系大鼠皮肤移植后,IFN-γ/IL-4值不断增大,且排斥发生时异品系移植组。IFN-γ/IL-4显著高于自体再植组,提示在两因子均增高的同时,IFN-γ增高更加显著,导致移植排斥反应发生。其发生可能是在器官移植排斥反应中,IFN-γ可诱导和加强移植物MHCⅠ和MHCⅡ类抗原的表达;能激活炎性细胞,释放多种效应分子;能激活血管内皮细胞,促进CD4+T细胞黏附和形态改变,以利于淋巴细胞移出血管,浸润至移植物中[7],引起排斥反应。IFN-γ可促进IL-12产生,两者具有协同作用。IL-4有稳定Th2细胞的作用,使Th2细胞不接受IL-12的作用而不能逆转为Th1细胞。IFN-γ能消除IL-4对抗IL-12的作用,使IL-12作用于Th2细胞而促进其转变为Th1细胞[8,9],娄诚等[10]经RT-PCR方法检测小鼠体内移植物——肝/小肠中的细胞因子IFN-γmRNA的表达,发现持续低水平 IFN-γ表达是诱导小肠耐受的重要原因之一。研究显示,急性排斥反应移植物中的IFN-γ表达增强,而长期存活的移植物,其 IFN-γ表达降低[11]。Chen等[12]研究发现,新生小鼠使用外源性IFN-γ可改善混合淋巴细胞反应的低增殖性,从而恢复小鼠排斥皮肤移植物的能力。IL-12主要由单核/巨噬细胞产生,少部分由B淋巴细胞产生[13],其可促进T细胞和NK细胞增殖,诱导CTL成熟并增强其细胞毒作用,诱导静止及活化NK细胞及T细胞产生IFN-γ,诱导其他细胞产生 IL-2、IL-3、TNF-α等Th1型细胞因子 ,促进Th1细胞发育,同时抑制Th2细胞发育。现有研究表明,IL-12可与多种细胞因子、膜表面分子和某些免疫细胞构成免疫调节网络,在机体免疫应答中,尤其是在Th1型细胞因子介导的移植排斥中发挥极其重要的作用。赵金平等[2]研究表明,大鼠心脏移植排斥中,IL-12表达上升,移植排斥反应加剧,反之则排斥反应减轻,表明IL-12表达与排斥反应严重程度成正相关。
IL-15是最近几年发现的具有四螺旋结构的内源性Th1型细胞因子[14],研究表明,在心脏移植急性排斥反应中,IL-15表达随术后时间延长明显上升,其表达高峰提前于排斥反应高峰出现,IL-15表达与心脏移植排斥严重程度成正相关[15]。IL-15能激活T淋巴细胞,使之产生趋化性,诱导T淋巴细胞增殖;增强T细胞、NK细胞活性,促进T细胞、NK细胞产生IFN-γ、TNF-α等Th1型细胞因子的作用强于IL-2;其还可通过与IL-2Rβ、γ和IL-15Rα链结合刺激外周血单核细胞,对移植物产生杀伤和细胞毒活性。此外,最近研究表明,IL-15、IL-2及IL-12在移植排斥中具有协同作用[16]。
TNF-α是由单核/巨噬细胞分泌的细胞因子,作用于中枢淋巴器官——胸腺,其可有效调节T细胞,促使T细胞从胸腺内释放迁移到外周,导致胸腺萎缩。在外周,TNF-α在排斥初期可正向调节移植物抗原早期表达,在移植物内,通过促凝血和对效应细胞等的趋化效应发挥作用[17]。林文琴等[18]试验证明,肝脏移植后,发生排斥时,移植肝单核/巨噬细胞内表达TNF-α增加,与血清中的变化同步。另有研究表明,大鼠小肠移植早期排斥反应小肠粘膜上皮细胞凋亡与移植术后血清TNF-α水平呈正相关,并在细胞凋亡发生中起调节作用[19]。
IL-2是目前公认的反映移植排斥中机体免疫功能状态的良好指标,具有广泛的免疫调控和免疫增强作用,是促进T细胞及其亚群增殖分化的重要介质,可刺激T细胞MHCⅡ类抗原表达并产生多种淋巴因子,导致Th细胞、细胞毒淋巴细胞及B细胞等进一步活化、增殖,刺激NK细胞生长、分化,活化巨噬细胞。血清IL-2升高早于小肠移植早期排斥反应病理变化出现前。移植小肠粘膜固有层IL-2受体阳性T细胞的出现与急性排斥的发生密切相关[20],移植小肠粘膜内IL-2表达水平可作为早期诊断急性排斥的重要参考指标。另有研究发现,胰岛移植排斥发生前4日、3日分别检测到IL-2、sIL-2R显著升高[21],为检测胰岛移植排斥提供依据。
2 Th2型细胞因子及其表达与器官移植排斥
IL-6是多功能细胞因子,存在于炎症反应的不同阶段。他可直接激发移植物排异,这些多态蛋白不包括在抗原提呈内,但当供、受体表达不同的等位基因时可产生移植物排异。Marshall等[22]发现,IL-6与肾移植排异显著相关。
IL-10是由活化的Th2细胞、B细胞、单核细胞产生[23],IL-10通过与其受体结合,发挥多种抑制效应,可抑制单核细胞分化为树突状细胞,并促进其进一步分化为成熟巨噬细胞,同时抑制Th1型细胞因子的合成及活化,抑制单核细胞表面MHCⅡ类分子的表达,降低APC的抗原提呈能力,阻断抗原特异性单核/巨噬细胞因子的产生,此外,IL-10可通过抑制IFN-γ的产生对NK细胞活性产生抑制作用[24]。最近研究表明,IL-10对Th细胞亚群进行双向调节:一方面IL-10可抑制APC产生IFN-γ和IL-12,抑制巨噬细胞活性,从而抑制Th1细胞分化,间接促进Th2细胞分化。有实验表明,将IL-10修饰的树突状细胞输入实验性小肠移植大鼠,其存活时间明显延长[25]。另一方面,IL-10可通过抑制B7-2分子表达而间接抑制Th2细胞分化。研究表明,在肾移植排斥中,IL-10具有免疫抑制和刺激双重作用[26]。在肾移植急性排斥中,移植物内IL-10mRNA表达与急性排斥显著相关,研究还发现,在同基因HLA错配肾移植急性排斥中,可检测到高水平IL-10蛋白,且发生排斥的危险性较高。其原因可能是IL-10作为多功能细胞因子,除可抑制T细胞活化外,在体内还可作为一种免疫刺激性多肽,活化B细胞,诱导HLA-Ⅱ类抗原的表达,促进B细胞分泌特异性抗体,介导体液免疫,肾脏对体液免疫排斥更为敏感,这也是IL-10在不同器官排斥中所起作用不同的主要因素之一。但是,IL-10 mRNA表达与肾移植慢性排斥无关。
IL-4由CD4+T细胞产生,其可与IL-2竞争IL-2R的γ链,抑制IL-2的生物学作用,还可以自分泌方式促进Th2型其他细胞因子产生及Th2细胞的增殖、分化,抑制Th1型细胞因子的产生及Th1细胞的增殖与分化[5]。有研究发现,在大鼠同种异体脾移植中,通过向供体脾脏输注IL-4质粒脂质体复合物,使IL-4在脾脏中高表达,抑制IFN-γ的产生及Th1活性,延长移植脾的存活时间[27]。在移植排斥中,IL-4与IFN-γ相互有拮抗作用,在角膜移植排斥中,IFN-γ在血清中含量明显增高,而IL-4相比未见显著变化,因此,Th1因子抑制了Th2因子的表达,导致排斥发生。在肝肠联合移植术后5天,耐受小肠中 IL-4的基因表达较排斥小肠显著下调,据推测,术后早期IL-4水平下调与免疫耐受有关,即IL-4表达下降预示着耐受的产生[10]。
3 转化生长因子β与器官移植排斥
转化生长因子β(TGF-β)是一种重要的致纤维生成因子,其持续过量表达可使组织器官发生纤维化,导致慢性排斥发生和移植物功能的丧失。研究表明[28],TGF-β在急性排斥中发挥作用,可激活T细胞,使其表面发生改变,表达一种新的细胞表面抗原CD103,肾移植急性排斥患者,其CD103+细胞主要集中在肾小管,使小管上皮细胞溶解破坏,与此相对应,TGF-β1在肾小管内的广泛表达亦可使肾小管炎症加剧。孟庆刚等[29]试验证明,对异体神经移植大鼠注射适当剂量TGF-β,神经纤维生长良好,结构破坏不明显,排列整齐,束膜周围少见淋巴细胞,髓鞘和轴突变性较轻。超微结构检查可见,神经纤维内有大量再生髓鞘,板层结构清晰,雪旺氏细胞明显增多,胞质较发达,大量粗面内质网,线粒体结构清晰,再生的轴突内微丝排列密集,线粒体嵴电子密度增高,表明TGF-β抑制坐骨神经移植后免疫排斥。在小鼠心脏移植试验中,对照组移植物在急性排斥早期,其TGF-β1的DNA水平即有较高表达,并于第7天达峰值,之后维持于稍高水平[30]。由于TGF-β1在急性排斥早期发生了高表达,进而促进了Th2类细胞因子随后的表达。RANTES可特异性趋化记忆性T细胞、单核细胞和嗜酸性粒细胞,协同抗原信号共刺激T细胞,促进T细胞克隆增殖和IL-2的产生,参与器官移植排斥[31]。另有研究发现,TGF-β1有修饰树突状细胞(DC)的作用,可抑制 DC成熟[32]。将TGF-β1-DC输入小鼠体内后,受者脾、淋巴结和移植心脏RANTES表达下降,提示TGF-β1-DC有可能通过下调移植受者淋巴器官和移植器官趋化因子RANTES的表达,影响淋巴细胞迁移,降低抗原对T细胞的刺激,从而降低移植排斥,延长移植物存活。吴静等[33]发现,TGF-β1对异体角膜上皮抗原所诱导的 CD25+CD4+、CD25+CD8+、CD71+CD4+及CD71+CD8+双阳性细胞有明显的抑制作用。TGF-β1在特异性免疫耐受中的作用主要通过对IL-2诱导的T细胞增殖活化发挥有效的负调节效应,影响T细胞生长因子受体、转铁蛋白受体、c-myc表达,抑制Rb蛋白磷酸化,诱导 T细胞凋亡;同时,TGF-β1可通过抑制CD4+T细胞分泌细胞因子从而降低CTL的杀伤活性,对B细胞通过影响其增殖、调控其成熟和分化,调节B细胞表面分子表达,抑制IgM、IgA等受体的表达。也可抑制NK细胞增殖和分泌细胞因子,下调NK细胞穿孔素和颗粒酶A基因表达;促进巨噬细胞分泌IL-10而介导免疫抑制[34]。
4 其他类型细胞因子及其表达与移植物排斥
Th17是一种新发现的与IL-23相关的、能分泌IL-17的T细胞亚群,其在分化和生物学功能等方面与Th1和Th2以及Treg细胞亚群均有不同之处。越来越多试验表明,IL-17对自身免疫性疾病的发生、发展具有一定影响。TGF-β1和IL-6以及IL-23在Th17细胞分化过程中起着积极的促进作用,而干扰素和IL-4以及Socs3蛋白则能抑制IL-17分化。Th17细胞参与前炎症反应,诱导自身免疫病的发生。Th17细胞在分化中与Th1、Th2以及Treg细胞等其他CD4+Th细胞关系密切。不同条件下,未分化Th细胞在不同细胞因子作用下向不同方向分化。TGF-β1和IL-6共同执行了诱导Th17细胞分化起始功能,IL-23则在分化启动后,通过介导STAT-3磷酸化,从而促进IL-17的分泌[35,36]。
IL-17在体内、外均是强效的致炎因子,具有多种生物学活性,可通过诱导促炎因子(如 IL-6、TNF-α)、趋化因子(如MCP-1和MIP-2)等促进炎症反应,并参与中性粒细胞增生、成熟和趋化[37]。同时,IL-17还可刺激T细胞增殖,促进树突状细胞成熟。研究表明,小鼠心脏移植后第二天,即可检测到IL-17表达,而IFN-γ表达晚于 IL-17[4]。另有试验表明,小鼠皮肤移植后早期发生急性排斥时,IL-17蛋白及mRNA处于高表达,为预测及纠正排斥发生提供了依据[38]。
趋化因子与其受体相互作用引导白细胞迁徙到移植物内,中性粒细胞通过脱颗粒,释放细胞内半胱氨酸和丝氨酸蛋白酶,导致组织损伤。除脱颗粒作用外,中性粒细胞能被趋化因子激活,产生能诱导趋化因子表达的活性氧物质,这样就能诱导更多的白细胞聚集到移植器官,促进或导致排斥发生[39]。肾移植排斥中,趋化因子CXCL10、单核细胞趋化性肽(MCP-1)、CCL5和受体 CCR1、CCR2、CCR5 、CXCR3等表达增加。趋化因子受体CCR1在移植肾的分布表现出了组织特异性,CCR1阳性细胞主要在肾小球内,而肾小管间质中只能找到一些散在的CCR1阳性细胞[40]。研究表明,在肝脏移植排斥时可检测到包括 CXCL9、CXCL10、CXCL11、CXCL12 和 CCL20 及其受体CXCR3、CXCR4和CCR6等的高表达,其中M IG/CXCL9、IP-10/CXCL10和I-TAC/CXCL11在移植肝中的表达又表现出了明显的组织特异性,IP-10主要分布在肝血窦血管内皮细胞上;MIG除了在肝血窦血管内皮细胞上表达外,还存在于Kupffer细胞;I-TAC主要分布在门静脉和肝静脉内皮细胞上,而CXCR4配体SDF仅限于胆管上皮[39]。心脏移植排斥与 CC(MCP-1、RANTES)和 CXC(IP-10、M IG、I-TAC)类趋化因子密切相关[41]。Wayne[42]证实,在心脏移植急性排斥反应中,IP-10、M IG、I-TAC随病程发展而累积,表达其受体CXC3的T细胞也不断增加。
血管内皮生长因子(VEGF)是一种促血管生长因子,在多种器官移植排斥中可检测到其表达。徐鹏等[43]试验证明,小鼠心脏移植后第7天,VEGF达到高峰,即在移植急性排斥期便达到高峰。由于体内外组织缺氧,使VEGF及其受体表达上调,缺氧信号通过激活VEGF启动子区缺氧反应元件引起VEGF表达增加;或移植物浸润的单核炎症细胞产生各种细胞因子和生长因子,以自分泌和旁分泌形式诱导VEGF及其受体的表达[44],从而介导移植排斥发生。
5 小结
早期监测是目前控制器官急性移植排斥发生的有效手段,细胞因子变化与移植排斥密切相关,有可能作为临床监测急性移植排斥发生的重要指标,细胞因子含量和表达水平变化可反映器官移植受者的免疫状态,对临床检测移植排斥发生提供了科学依据。
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[收稿2010-11-29 修回2010-12-24]
(编辑 许四平)
R318.06
A
1000-484X(2011)05-0477-04
10.3969/j.issn.1000-484X.2011.05.024
①本文为黑龙江省自然基金(C200841)项目
②通讯作者,E-mail:zhengshim inbl@sohu.com
刘 畅(1986年-),女,在读硕士,主要从事禽病免疫病理研究,E-mail:lc1986727@163.com。