補體與心臟移植超急性排斥反應

1、補體與心臟移植超急性排斥反應首都醫(yī)科大學附屬北京安貞醫(yī)院麻醉科 100029 董秀華 卿恩明 王義軍心臟移植超急性排斥反應是指供體心臟移植到受體體內開放血管后馬上發(fā)生的受體抗供體的排斥反應，一般在血管接通后即刻至幾個小時之內發(fā)生，來勢兇猛，一旦發(fā)生，供體心臟一般在24小時內喪失功能，導致移植失敗1,2。其病理表現(xiàn)為毛細血管內皮細胞破壞，巨噬細胞積聚，血管內充血，激活的血小板與白細胞黏附到內皮細胞膜上，觸發(fā)血液凝固及血管內血栓形成，心肌間質出血水腫，并迅速進展至血管完全閉塞，導致心肌細胞缺血壞死，移植心臟功能喪失3。其機制與補體系統(tǒng)激活有關4。補體系統(tǒng)由30余種存在于血清、組織液和細胞膜表面的一

2、組經活化后具有酶活性的蛋白質組成。有三種激活途徑：經典激活途徑，旁路激活途徑以及凝集素途徑。其共同通路是形成C3轉化酶，裂解C3，C5，最終造成細胞溶解壞死。補體的中間產物C3a與C5a為過敏毒素，C5a是一種很強的過敏毒素以及化學趨化因子，可以通過G蛋白偶聯(lián)受體使細胞激活，促進內皮細胞黏附，單核細胞與白細胞離開血管游到炎性部位，并釋放其它炎性介質。C5a激活內皮細胞釋放硫酸類肝素，破壞血管壁的完整性，導致纖維素沉積，促進凝血酶介導的血小板聚集。C5b-9既可以直接溶解細胞導致組織損傷，在亞溶細胞濃度時也可以沉積在細胞表面激活炎性細胞，并釋放氧自由基，前列腺素，白三烯以及細胞因子。C3a的過敏

3、毒素作用遠弱于C5a，也沒有明顯的嗜中性粒細胞化學趨化作用。C3b是血液中重要的調理素(opsonin)，具有結合病原微生物，協(xié)助中性粒細胞與巨噬細胞的吞噬與殺傷功能，起到抗感染作用。C3b也能與循環(huán)免疫復合物結合，參與清除循環(huán)免疫復合物，起到防止發(fā)生自身免疫性損傷。C3b與補體受體3(CR3)結合還可以抑制IL-12生成。機體補體系統(tǒng)的活性受到自身以及補體調節(jié)蛋白的精密調控。補體的某些中間產物極不穩(wěn)定，如C3轉化酶容易衰變，限制了補體的級聯(lián)反應。補體調節(jié)蛋白，如膜輔助蛋白(membrane cofactor protein)以及衰變加速因子(decay-accelerating factor

4、)均可抑制C3轉化酶的形成，從而抑制補體活性。維持補體系統(tǒng)平衡，使得機體既能有效殺滅外來微生物，又可以防止對自身組織造成損害。一 心臟移植超急性排斥反應中補體激活的依據(jù)：心臟移植超急性排斥反應、急性血管性排斥反應以及慢性排斥反應均可以觀察到補體沉積現(xiàn)象，移植心臟在遭到排異反應時可看到補體C4、C3、C5b-9、IgM沿血管內皮細胞分布，其沉積程度與排斥反應程度成正比5,6。由于C4d性能較穩(wěn)定，C4d可以作為慢性體液性排斥反應的標志物7。二 心臟移植超急性排斥反應中補體激活的機制：由于輸血、妊娠、再次移植等原因，受體在心臟移植前體內已經形成了抗供體的HLA (human leukocyte a

5、ntigen)同種抗體，移植后，受體抗體與供體抗原結合，暴露補體結合部位，激活補體經典或旁路激活途徑，形成C3、C5轉化酶，最后形成C5b-9，即膜攻擊復合物(membrane attack complex，MAC)，附著于供體血管內皮細胞，使內皮細胞溶解壞死。同時激活凝血系統(tǒng)與炎性反應，導致心肌間質彌漫性充血、水腫以及炎性細胞浸潤5,6。三 抑制補體系統(tǒng)在心臟移植超急性排斥反應中的作用：心臟移植超急性排斥反應是由抗原抗體結合觸發(fā)的補體反應。從補體級聯(lián)反應的各個水平進行干預，抑制補體活性，可以抑制心臟移植超急性排斥反應的發(fā)生。目前已經采用的措施有：使用眼鏡蛇毒因子耗竭體內補體；可溶性補體受體1

6、抑制劑和Compstatin抑制C3轉化酶；抗C5單克隆抗體抑制C5裂解，阻斷膜攻擊復合物形成；轉基因表達膜輔助蛋白與衰變加速因子，阻斷異種心臟移植超急性排斥反應的發(fā)生。 1. 眼鏡蛇毒因子(cobra venom factor，CVF)眼鏡蛇毒因子可以耗竭體內補體蛋白，從而抑制同種或異種心臟移植的超急性排斥反應8。CVF與補體C3是在進化中形成的同源分子，結構類似C3a，在Mg2+存在下與血清補體B因子可逆結合，隨即被D因子水解成CVF-Bb和Ba，激活補體替代途徑C3與C5轉化酶，水解C3、C5，促使膜攻擊復合物形成，導致細胞膜穿孔、細胞溶解，同時造成C3、C5C9成分耗竭。大鼠腹腔注射C

7、VF(1mgkg)2h后血中補體基本耗竭。CVF性質穩(wěn)定，半衰期長，能不斷激活補體使之耗竭。然而CVF作為一種異種蛋白，本身具有抗原性，注射后機體快速產生抗CVF抗體，使其效應減弱；且CVF耗竭補體為全身性，靶向性差，使機體感染的機率增加。此外，CVF激活補體過程中產生的補體片段增強白細胞趨化、黏附和吞噬作用，對血管內皮細胞產生濃度依賴性的損傷，并啟動血管內凝血機制9。目前使用CVF抑制同種或異種心臟移植的排斥反應的研究僅限于動物實驗階段，離臨床應用還有一段差距。2. 可溶性補體受體1抑制劑 (soluble complement inhibitor，sCR1)補體受體1(CR1)調節(jié)補體C3

8、、C4的激活，其可溶性突變形式可溶性補體受體1抑制劑可以與C3與C5轉化酶結合并使之解離，從而阻止補體的經典與旁路激活途徑，防止心臟移植超急性排斥反應的發(fā)生10,11。臨床上已經使用sCR1用于急性呼吸及窘迫綜合征、心肌梗塞以及肺移植治療以減少補體介導的組織損傷，并取得了較好的臨床效果12,13,14。由于sCR1有效地阻止了C3的激活，喪失了C3b的調理作用，故其對機體的防御功能具有負面影響。盡管sCR1全程阻滯了補體活性，單次治療并不影響病人的對病原微生物的免疫反應。3. CompstatinCompstatin是一個含有13個殘基的環(huán)肽，能特異性地與C3結合，抑制C3裂解成C3a與C3b

9、，從而具有3方面的抑制作用：阻止生成親炎性的C3a；阻止生成調理素C3b以及其裂解片段 C3d；阻止其下游補體產物C5a及C5b-9即膜攻擊復合物的生成15。Compstatin可以抑制肝素-魚精蛋白誘導的補體激活，抑制體外循環(huán)中血液與生物界面接觸誘發(fā)的補體激活16，在異種腎移植超急性排斥反應模型中可以延長移植的豬腎的存活時間17，但尚未見到Compstatin用于心臟移植超急性排斥反應的報道。由于C3b是一種重要的調理素，具有抗感染作用及清除循環(huán)免疫復合惡物的作用。因此在C3水平阻滯整個補體活性應局限于短期治療，以避免造成嚴重的感染以及誘發(fā)自身免疫性疾病。4. 補體調節(jié)蛋白(compleme

10、nt regulate proteins，CRPs)補體調節(jié)蛋白是一組種屬特異性蛋白，其功能是保護機體細胞免受自身補體介導的損傷，但對其他種屬的補體沒有調節(jié)作用18。在異種心臟移植中，使用轉基因豬表達人CRPs如CD59或者人衰變加速因子(human decay-accelerating factor，hDAF),可以阻止豬到狒狒異種心臟移植中補體介導的器官損害以及超急性排斥反應的發(fā)生19。豬是人類異種心臟移植最合適的供體，可以解決目前心臟移植供體來源困難的問題。轉基因供體的進展為異種心臟移植開拓了廣闊的前景。5. 抗C5單克隆抗體補體C5在心臟移植超急性排斥反應具有關鍵性的作用。補體經典途徑

11、和替代途徑都必須通過C5轉化酶，裂解C5形成C5a和C5b，后者與C6、C7、C8以及C9結合，形成補體C5b-9，即膜攻擊復合物。在補體C5水平利用抗C5單克隆抗體抑制C5裂解，阻止C5a和C5b生成，既可以避免生成親炎性分子C5a和膜攻擊復合物C5b-9生成，保護細胞免遭破壞，又可以保留上游補體產物如C3a與C3b的生成，保留免疫調理作用。一系列動物實驗證實：抗C5單克隆抗體可以抑制心臟移植超急性排斥反應。在體外豬到人異種心臟移植模型中使用人血灌注離體豬心，Kroshus 研究了人C5單克隆抗體對補體介導的超急性排斥反應的抑制作用20，發(fā)現(xiàn)人C5單克隆抗體呈劑量依賴型地使豬正常竇性心律從對

12、照組的25min延長到>360min，經典補體激活途徑被完全阻斷，在濃度最高組中，病理檢查沒有顯示超急性排斥反應的證據(jù)，也沒有C5b-9沉積。說明激活的終端補體復合物C5a和C5b-9，而不是C3a或者C3b在豬到人異種心臟移植超急性排斥反應模型中起了重要的作用，同時也說明人C5單克隆抗體抑制終端補體復合物的形成在異種心臟移植中具有臨床應用價值。在大鼠異種心臟移植模型中，Wang 研究了C5單克隆抗體抑制補體對超急性排斥反應的抑制作用21。發(fā)現(xiàn)C5單克隆抗體可以完全阻斷補體激活，成功地避免超急性排斥反應的發(fā)生。然而C5單克隆抗體并不能阻止術后6天發(fā)生急性血管排斥反應，單純使用環(huán)孢霉素與環(huán)

13、磷酰胺不能阻止急性血管排斥反應的發(fā)生。在老鼠同種心臟移植模型中，Wang 研究了C5單克隆抗體與環(huán)孢霉素對急性血管排斥反應的抑制作用22。發(fā)現(xiàn)，移植后血管發(fā)生了急性血管排斥反應，移植老鼠體內補體活性顯著增高。C5單克隆抗體可以完全抑制補體系統(tǒng)激活，并減輕急性血管排斥反應，但并不能阻止急性細胞性排斥反應的發(fā)生（平均8.3±0.5天）。C5單克隆抗體與環(huán)孢霉素聯(lián)用可以完全抑制補體激活，避免發(fā)生體液性以及細胞性排斥反應的發(fā)生，從而成功保證了移植心臟的存活（>100天）E-選擇素是一種內皮細胞衍生的炎性介質，其功能是促使白細胞黏附聚集于內皮細胞。Solvik研究了急性血管排斥反應的豬主

14、動脈內皮細胞激活中補體系統(tǒng)對E-選擇素表達的影響23。在不同補體水平（使用補體C1, C3，C5 ,C7抑制劑）可以抑制E-選擇素的表達，說明血管急性排斥反應中血管內皮細胞激活產生的E-選擇素的表達的表達完全是補體依賴性的。C5單克隆抗體可以保護內皮細胞激活，從而避免發(fā)生急性血管排斥反應。Pexelizumab是Alexion公司開發(fā)的抗人C5短鏈單克隆抗體，目前在國外正進行多個大規(guī)模期臨床試驗。在體外循環(huán)冠狀動脈旁路移植術中，Pexelizumab可以明顯降低冠脈搭橋病人術后30天的死亡和心肌梗塞發(fā)生率24。在對急性心梗溶栓治療的COMPLY（急性心梗溶栓治療的補體抑制試驗）試驗中25，Pexelizumab單次注射可以抑制補體活性達4小時，連續(xù)輸注可以抑制補體活性達20 24小時，所有病人均耐受良好，且不增加病人的感染發(fā)生率，但其并不減少溶栓治療后心肌梗塞面積（由肌酸激酶-MB曲線下面積測定），也不減少病人的臨床不良后果。在對急性心梗PCI治療的COMMA（急性心梗介入治療的補體抑制試驗）試驗中26，Pexelizumab并不減少PCI治療后的心肌梗塞面積（由肌酸激酶-MB曲線下面積測定），也不減少90天的心臟嚴重事件指數(shù)（由死亡、充血性心力衰竭、心源性休克和中風組