器官移植免疫学研究前沿及进展

徐亚男，郭易难，吴昌鸿，赵勇（.中国科学院大学存济医学院，北京 000；.中国科学院动物研究所膜生物学国家重点实验室，北京 000；.中国科学院干细胞与再生医学创新研究院，北京 000）

进入21 世纪以来，器官移植技术发展迅速，逐渐成为临床治疗器官终末期衰竭患者的首选方法。与此同时，移植免疫学作为一门伴随器官移植实践发展的实用学科也得到了长足发展。近两年来，器官移植领域发表了许多重要的研究论文，取得了许多前沿研究的进展［1-4］。本文总结盘点了两年来基础器官移植免疫学相关领域的研究热点和前沿进展。

1 免疫抑制剂及新型分子材料的应用

免疫抑制剂的使用依然是临床器官移植过程中保障移植器官长期存活的重要手段，高效、安全的免疫抑制剂的源头创新或者现有免疫抑制剂的优化一直是移植免疫学研究的重要内容。同时，随着移植免疫相关交叉学科的发展，越来越多的新型功能生物材料与技术也逐步应用于器官移植领域，促进器官移植技术的提升。

1.1 免疫抑制剂的应用及其体内递送方法的优化：移植术后常规免疫抑制剂的大量使用通常造成全身系统性的免疫低下，进而增加患者术后微生物感染、肿瘤发生的风险。因而新免疫抑制靶点和机制的研究、新型免疫抑制剂的开发以及通过优化递送方法提高免疫抑制剂的靶向性等研究是当前移植免疫学研究的热点。

研究发现，靶向透明质酸（hyaluronic acid，HA）分子抑制剂4-甲基伞形酮 （4-methylumbelliferone，4-MU）在动物移植模型中具有良好的免疫抑制功能。4-MU 通过抑制抗原提呈细胞和T 细胞之间免疫突触的形成延缓T 细胞的活化，进而降低移植物排斥［5］。DNA 依赖性蛋白激酶催化亚基DNA-PKcs 在体液免疫和细胞免疫应答反应中均发挥重要功能，研究者发现通过抑制剂（NU7441）抑制DNA-PKcs 的催化活性显著降低移植物坏死而延长移植物生存时间。该项研究同时证明了NU7441 对DNA-PKcs 的抑制主要通过对B 细胞活化过程中NF-κB 信号通路的下调实现的［6］。抗肿瘤药物CX-5461 是一种选择性RNA 聚合酶Ⅰ抑制剂，最近有研究报道其在器官移植排斥中的免疫抑制功能。研究发现CX-5461通过p53-DUSP5 信号轴并拮抗Erk1/2 蛋白激酶活性抑制效应T 细胞的活化并促进调节性T 细胞的产生［7］。大麻素-2 （cannabinoid 2，CB2），又名O-1996，可以有效抑制小鼠的体外混合淋巴细胞反应，并能在小鼠皮肤移植模型中发挥显著的免疫抑制功能，延长同种异基因皮肤移植物的存活时间［8］。阿司匹林（即乙酰水杨酸，acetyl-salicylic acid，ASA）曾被发现可影响树突状细胞的成熟、激活及细胞因子的分泌。最近有研究报道该药能显著抑制小鼠同种异基因心脏移植后的免疫排斥反应，并发现其作用主要通过抑制排斥过程中NF-κB 信号通路介导的树突状细胞的成熟［9］。通过抑制树突状细胞分化和功能起到免疫抑制效果的免疫调节剂还包括近期报道的氨基甲酸酯化的促红细胞生成素衍生物CEPO，研究发现CEPO 能通过抑制树突状细胞的发育分化和功能显著促进同种异基因移植物的存活［10］。近期，有研究团队在非人灵长类大动物器官移植模型中发现，使用补体C3 抑制剂Cp40 的短时间治疗能显著抑制移植后淋巴细胞的活化和增殖，显著降低抗供者抗体介导的损伤和补体沉积，延长同种异基因移植物的存活时间［11］。

通过细胞外囊泡（extracellular vesicles，EV）介导靶向性的药物或者抑制信号的递送是提高免疫调节剂效能的重要手段，也是当前移植免疫学研究的热点之一。有研究团队构建了同时表达FGL1/PD-L1 的细胞外囊泡，并证实了该囊泡可以显著延长小鼠心脏移植的存活时间。研究同时发现该囊泡配合他克莫司可进一步延长移植物的存活时间，且抑制效果较单独使用他克莫司更好［12］。靶向T 细胞激活过程中内质网应激状态的脂质体抑制剂也显示显著的免疫抑制效果［13］。此外，PD-L1/CTLA-4 双靶向胞外纳米囊泡［14］、外泌体囊泡介导的定向干扰RNA 递送［15］等方法均在器官移植动物模型中表现出良好的免疫抑制效果，值得进一步关注和研究。基于纳米微载体的抑制剂包载和递送技术也在器官移植领域得到研究尝试，例如装备他克莫司/吗替麦考酚脂/泼尼松龙的PLGA 微球（poly lactic-co-glycolic acid）［16］、高效装载他克莫司的纳米颗粒（PLGA-他克莫司-NPs）等［17］。此外，装载凋亡配体FasL 的琼脂糖水凝胶显著提高同种异基因移植的间充质干细胞的存活比例，在动物实验中具有良好的免疫抑制效果［18］。一种热敏水凝胶（简称mPEG-PLCL）装载他克莫司后经皮下注射可实现药物缓释30 d 左右。在大鼠皮肤移植模型中，该载体水凝胶的应用显著延长移植皮肤的存活时间，最长可达30 d［19］。

1.2 新型生物材料及新监测手段的应用：供体器官在获取和运输处理过程中的损伤是造成器官移植失败或者功能延迟恢复的重要原因之一。2021 年，Nature Biomedical Engineering 杂志介绍了新型聚合物涂层在器官移植过程中的保护作用，得到了广泛的关注。该研究团队发现，器官移植过程中血管内皮上糖萼复合物（glycocalyx）的破坏是器官损伤的重要表现，也是影响器官移植效果的重要因素。据此，该团队模拟该复合物合成得到了免疫抑制性的糖聚合物LPG-Q-Sia3Lac。通过灌注，该复合物能涂覆在血管内皮表面，显著性降低小鼠急性和慢性移植排斥。进一步的研究发现，该复合物显著降低移植器官的缺血/再灌注损伤、显著降低移植后器官中免疫细胞的黏附和浸润［20］。

在临床实践中，移植术后免疫抑制剂的使用和调整直接关系到器官移植物的存活和患者的生活质量。免疫抑制剂的及时监测技术的开发和应用至关重要。有研究团队开发了一种基于二硫化钨纳米片的激光解吸电离质谱（LDI-MS）技术的免疫抑制剂检测新量化方式，实现了高灵敏度和重现性的血样高通量分析，有望服务于移植后患者免疫抑制药物处理方案的定制和调整［21］。此外，有研究者报道了一种用于跟踪评估移植物中巨噬细胞的新方法，成功建立了巨噬细胞在移植物中的浸润水平与排斥水平的实时监测和评估［22］。

2 免疫细胞亚群在器官移植过程中的作用研究

移植免疫学是伴随器官移植临床应用发展起来的一门实用学科，其核心研究内容是器官移植过程中供受体之间相互作用引起免疫应答的机制。免疫细胞是介导器官移植过程中免疫应答反应的主体，免疫细胞的状态和行为将直接决定移植物是被受者接受（形成免疫耐受状态）还是免疫排斥反应。

2.1 淋巴细胞在器官移植中的作用研究：淋巴细胞在器官移植过程中发挥至关重要的作用，是移植免疫学研究的中心，其中T 细胞作为介导移植排斥反应的主要效应细胞是移植免疫学的重点研究对象。2021 年The Journal of Clinical Investigation发表了Ashwell 团队的研究论文，报道了钙调神经磷酸酶活性抑制剂（calcineurin inhibitor，CNI）抑制T 细胞应答的新机制［20］。传统研究认为，CNI 主要通过抑制活化T 细胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）信号通路发挥对T 细胞活化增殖的抑制功能，而该研究证明了CNI 还能通过阻止淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶（lymphocyte cellspecific protein tyrosine kinase，LCK）的去磷酸化修饰以抑制T 细胞受体信号的初始转导，从而发挥抑制T 细胞反应的功能［23］。有研究发现，在器官移植过程中，CD8+T 细胞内源性表达一个抑制性受体FcγR ⅡB，在接受配体信号后，能进一步诱导效应T 细胞的凋亡，从而起到下调免疫应答反应的作用［24-25］。该研究揭示的内源抑制性信号有希望用于器官移植过程中免疫耐受状态的诱导处理中。

辅助性T 细胞亚群是近些年来免疫学研究的热点，在器官移植过程中发挥重要且复杂多样的功能［26］。在众多辅助性T 细胞亚群中，研究发现滤泡辅助性T 细胞（T follicular helper cells，TFH）的发育分化是移植后抗供者抗体（donor specific antibody，DSA）产生和增强所必须的，而滤泡调节性T 细胞（follicular regulatory T cells，Tfr）则反向抑制这一过程［27］。有研究表明，促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）能内源性调节移植过程中T 细胞依赖的体液免疫应答，EPO 能经由STAT5 信号通路显著抑制Tfh 的发育分化，外源添加EPO 能显著减缓小鼠同种异基因心脏移植中抗体介导的慢性排斥反应［28］。另有研究报道T-bet缺失的二型辅助性T 细胞（helper T cell 2，Th2）具有强烈的免疫抑制功能，该研究发现敲除T-bet后，Th2 细胞能通过大量分泌IL-10 抑制树突状细胞的功能，进而抑制T 细胞活化反应［29］。组织定居的记忆性T 细胞（resident memory T cells，Trm）及其介导的区域免疫应答在器官移植中的作用是近两年来研究的热点之一。有研究报道在临床器官移植过程中，Trm 可能对不同类型的器官移植具有不同的影响［30-31］。前后发表在Science Immunology 和Science Advances 上的研究论文证实了Trm 能快速介导小鼠同种异基因器官移植排斥反应［32-33］，值得移植免疫学和临床器官移植的更多关注和研究。

B 细胞在器官移植中同样发挥多种作用，其一方面在活化成浆细胞后分泌DSA 而介导排斥反应，另一方面还能发挥多种免疫调节作用［34］。最近，Clark 研究团队发表研究论文报道移植肾脏中B 细胞的单细胞转录组学测序（scRNAseq）分析的研究成果。该团队发现移植肾脏中浸润的B 细胞表现出天然免疫细胞的特征，并且能广泛分泌能识别移植环境中组织特异性抗原或者炎症相关抗原的抗体（而非只有抗供者抗体），快速介导组织损伤和炎症发展，从而加速排斥反应过程［35］。

自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）是另一个重要的介导移植排斥的淋巴细胞群体。近期有研究发现，在小鼠同种异基因心脏移植的慢性排斥反应模型中，抗供者抗体依赖性的NK 细胞受体2D（natural killer cell group 2D，NKG2D）的活化性配体Rae-1 表达水平显著提高，使用NKG2D的中和抗体能显著降低移植心脏的血管病变，从而显著延长移植心脏的存活时间［36］。

2.2 髓系细胞对器官移植的影响：单核/巨噬细胞在器官移植排斥反应中发挥重要作用，是启动和调节排斥反应的重要细胞类型。有研究报道，移植肺脏中的巨噬细胞能在缺血/再灌注损伤诱导活化后进一步被移植物中残存的内毒素活化并介导早期的移植物损伤反应，为移植物中内毒素残留与不良预后提供了更具体的机制解释［37］。2020 年4 月发表在Nature Communications 上的研究发现，循环的单核细胞能在移植局部向血管内皮细胞和巨噬细胞分化，直接促进移植血管的内皮化［38］。有研究团队发现巨噬细胞中一个小RNA（miR-21）的敲除能显著抑制巨噬细胞M1 型极化促进M2 型极化，延长小鼠同种异基因心脏移植的生存时间［39］。同样的，有研究揭示了TSC1-mTOR 信号通路能通过调节巨噬细胞极化状态影响器官移植过程中缺血/再灌注损伤［40］。值得关注的是，在器官移植过程中单核/巨噬细胞除了参与组织炎症、抗原提呈等过程，还能直接介导对移植器官的排斥作用。我们近期先后报道了巨噬细胞直接介导同种异基因移植排斥的现象和相关机制，并且首次在移植模型下证实了巨噬细胞具有一定的记忆性和特异性［41-42］。同期来自美国研究者团队的报道也证实该结论，并揭示了巨噬细胞记忆性的分子基础［43］。

中性粒细胞作为介导炎症反应的主要细胞，在器官移植过程中发挥重要作用。有研究报道，实验性缺血/再灌注损伤和肺移植模型中，线粒体DNA 能通过Toll 样受体9（toll-like receptor 9，TLR9）活化中性粒细胞产生中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap，NET），促进早期移植物损伤［44］。另有研究发现，人重组血管性血友病因子裂解酶（rhADAMTS13）可以通过抑制中性粒细胞NET 的释放显著延长小鼠同种异基因皮肤移植物的生存［45］。

2.3 树突状细胞介导器官移植排斥反应：树突状细胞（dendritic cells，DCs）作为专职的抗原提呈细胞，在器官移植排斥中发挥重要的作用。Hughes 等［46］在Journal of Clinical Investigation 杂志发表研究论文，报道了器官移植排斥过程中一种新的抗原提呈模式（cross dressing，以下译为交叉修饰）。该研究发现，在器官移植早期，器官中浸润的受者DCs 会捕获供者来源的HMC-抗原肽复合物并展示在细胞表面（即cross dressed，DCs），进而启动移植物中效应T 细胞的应答反应。另有研究团队报道了m6A 甲基化酶METTL3 在树突状细胞介导的移植排斥反应中的重要作用和相关机制［47］。

3 调节性免疫细胞与免疫耐受

人体免疫系统是一个复杂且精妙的平衡系统，正向与负向调控的免疫细胞、免疫分子在时间和空间的尺度上相互制约和调节，维持人体内环境在生理下的稳态和疾病状态下的恢复过程。随着机体内源调节性细胞亚群的鉴定和研究，诱导器官移植耐受有了新的尝试方向，即通过调节性免疫细胞的过继建立对移植物的耐受。

3.1 调节性免疫细胞亚群在器官移植中的研究：调节性免疫细胞指的是机体内源存在的具有抑制免疫应答效应的免疫细胞类型，根据现有研究至少包括调节性T 细胞（regulatory T cell，Treg）、调节性B 细胞（regulatory B cell，Breg 或者B10）、髓 源 抑 制 性 细 胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）和耐受型树突状细胞（tolerogenic dendritic cell，tolerogenic DC）、调节性NK细胞等。

有研究发现，肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）能通过促进Treg 细胞功能延长小鼠同种异基因心脏移植的存活时间。该研究发现ACTH 显著增加CD4+辅助性T 细胞中CD25 的表达和STAT5 的激活，促进Treg 细胞的分化和向移植物中的浸润［48］。另有研究报道了Nox2（ROS 合成相关酶）在器官移植过程中对Treg 功能的内源性限制功能。研究发现，Nox2 敲除的Treg 细胞表达更高水平的CCR4 和CCR8，具有更强的向移植物浸润的迁移能力和更强的抑制效应T 细胞活化的能力，显著降低后者对移植物的排斥作用［49］。该研究提示抑制Nox2 可能成为Treg 细胞相关治疗的新辅助方法。

MDSC 是当前移植免疫学研究的热点细胞亚群，其有望成为建立移植免疫耐受的重要细胞工具［50］。最近有研究报道，同种异基因移植导致MDSC 的积累及其向移植物的浸润，这些MDSC 能内源性降低移植物受到的排斥作用［51］。建立更高效的MDSC诱导体系和方案还是目前MDSC 相关研究的重点，有研究发现了一个衍生物环状螺旋B 肽（cyclic helix B peptide，CHBP）能诱导一群更强的单核型MDSC，并且发现这种诱导作用是依赖EPO 受体-Jak2/GATA3/STAT3 通路的［52］。一项针对38 例肾移植患者术后不同时间点移植肾脏中MDSC 的研究发现，在肾移植术后，单核型MDSC 在肾脏中的占比显著升高而多核型MDSC 的比例则不发生变化，并且发现应用雷帕霉素的患者肾脏来源的单核型MDSC 的抑制功能显著降低［53］。

Breg 在器官移植过程中的免疫抑制机制尚不甚明确。有研究团队应用特异性B细胞受体 （B-cell receptor，BCR）的Breg 过继和小鼠移植模型证实了Breg 细胞诱导器官移植耐受依赖BCR 与特异性抗原识别的信号活化，并且该过程是经由TGF-β介导的［54］。在器官移植过程中，移植器官的耐受状态受到浸润的DC 类型、含量和功能差异的影响。浆细胞样DC（plasmacytoid dendritic cell，pDC）可以通过MEK/ERK、GSK-3β 和NF-κB 信号通路诱导Treg 细胞的生成，介导移植免疫耐受的建立［55］。

3.2 基于调节性免疫细胞诱导移植免疫耐受的新尝试：在自身免疫疾病和器官移植治疗领域，Treg的体外编辑和回输被认为是富有潜力的方向，得到了学术界和产业界的高度关注。有研究团队利用分子生物学手段构建了特殊的IL-2/IL-2R 分子对（ortho IL-2/IL-2R）并用于Treg 细胞的体外编辑和回输后的体内扩增治疗中［52］。在同种异基因心脏移植模型中，该研究构建的Treg 细胞回输联合ortho IL-2 的处理成功实现了移植心脏的长期耐受存活状态［56］。该发现利于解决IL-2 在Treg 细胞过继依赖的治疗过程中的脱靶问题，也为基于Treg细胞基因编辑和回输的免疫耐受建立方案提供有力支持。此外，有研究报道IL-33 诱导扩增的Treg细胞回输体内后具有更强的向移植物浸润的迁移能力和更强的免疫抑制功能［57］。辅助分子的单克隆抗体阻断被认为是诱导器官移植耐受的可行策略。Iglesias 等［58］研究人员报道了Jak/STAT 激酶抑制剂托法替尼在诱导器官移植耐受中的新作用。该研究发现，托法替尼与CTLA4 单克隆抗体的联用能通过诱导耐受型DC 和Treg 细胞的抑制功能和向移植物的浸润，促进器官移植免疫耐受的形成。通过基因编辑构建耐受型DC 并成功实现了一定程度的小鼠心脏移植免疫耐受。该研究通过小RNA 干扰技术敲低DC 中一个环状RNA 分子circFSCN1 发现，这些修饰的DC 在回输小鼠体内后诱导更多Treg产生，进而显著延长心脏移植物的存活时间［59］。

近些年来，多项利用调节性免疫细胞回输构建器官移植耐受的临床试验在世界各国展开。目前该方向的临床实验仍然处于相对谨慎的尝试阶段，主要表现在：① 所使用的细胞类型同质化，这些临床试验中，绝大多数为Treg 细胞的回输治疗，鲜有Breg 或者MDSC 细胞等更多其他免疫细胞亚群的回输临床试验；② 所采用的移植模型主要限于肾移植和肝移植。相关的研究进展和具体情况在2021 年发表的综述文章中进行了全面总结［60］。

4 展 望

随着生命科学研究技术突飞猛进的发展，移植免疫学的研究水平也在迅速提升［61-62］。新技术和新方法在器官移植研究中的应用也在一定程度上提高了基础移植免疫学研究成果向临床器官移植技术转化的效率。结合现阶段器官移植研究的进展和临床器官移植过程中的现实问题，我们展望未来几年器官移植研究将在以下几个方面形成热点并取得一定的突破：① 高效靶向性抑制剂递送制剂的开发和临床应用，大幅度提高免疫抑制剂的效用并降低免疫抑制剂使用的不良反应。② 依赖单克隆抗体、调节性免疫细胞编辑和回输的新方案实现一定程度的器官移植耐受，在临床实践中部分摆脱术后患者对免疫抑制剂的依赖。③ 天然免疫细胞亚群和适应性免疫细胞亚群的协同作用在器官移植排斥中的作用，通过检测和干预天然免疫细胞极化状态降低移植物排斥风险及有效评估免疫耐受建立的状态。④ 区域免疫应答在器官移植中的作用得到更多关注和研究，不同器官中驻留的不同免疫细胞介导对器官移植物的不同作用逐个被揭示，其免疫排斥反应特点及药物敏感性等得到认识，免疫排斥反应的防控更为精准。⑤ 生物学及其他新的研究成果和技术如各种组学、成像示踪、大数据分析、人工智能、纳米技术、细胞治疗、再生医学、3D 技术等等将极大改善器官移植过程的诸多环节，促进建立更为精细的器官移植物的保存及排斥的诊治新技术方案，造福人类。