補(bǔ)體與心臟移植超急性排斥反應(yīng)

1、補(bǔ)體與心臟移植超急性排斥反應(yīng)首都醫(yī)科大學(xué)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(yīng)是指供體心臟移植到受體體內(nèi)開(kāi)放血管后馬上發(fā)生的受體抗供體的排斥反應(yīng)，一般在血管接通后即刻至幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)發(fā)生，來(lái)勢(shì)兇猛，一旦發(fā)生，供體心臟一般在24小時(shí)內(nèi)喪失功能，導(dǎo)致移植失敗1,2。其病理表現(xiàn)為毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞破壞，巨噬細(xì)胞積聚，血管內(nèi)充血，激活的血小板與白細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞膜上，觸發(fā)血液凝固及血管內(nèi)血栓形成，心肌間質(zhì)出血水腫，并迅速進(jìn)展至血管完全閉塞，導(dǎo)致心肌細(xì)胞缺血壞死，移植心臟功能喪失3。其機(jī)制與補(bǔ)體系統(tǒng)激活有關(guān)4。補(bǔ)體系統(tǒng)由30余種存在于血清、組織液和細(xì)胞膜表面的一

2、組經(jīng)活化后具有酶活性的蛋白質(zhì)組成。有三種激活途徑：經(jīng)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(zhuǎn)化酶，裂解C3，C5，最終造成細(xì)胞溶解壞死。補(bǔ)體的中間產(chǎn)物C3a與C5a為過(guò)敏毒素，C5a是一種很強(qiáng)的過(guò)敏毒素以及化學(xué)趨化因子，可以通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體使細(xì)胞激活，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞黏附，單核細(xì)胞與白細(xì)胞離開(kāi)血管游到炎性部位，并釋放其它炎性介質(zhì)。C5a激活內(nèi)皮細(xì)胞釋放硫酸類(lèi)肝素，破壞血管壁的完整性，導(dǎo)致纖維素沉積，促進(jìn)凝血酶介導(dǎo)的血小板聚集。C5b-9既可以直接溶解細(xì)胞導(dǎo)致組織損傷，在亞溶細(xì)胞濃度時(shí)也可以沉積在細(xì)胞表面激活炎性細(xì)胞，并釋放氧自由基，前列腺素，白三烯以及細(xì)胞因子。C3a的過(guò)敏

3、毒素作用遠(yuǎn)弱于C5a，也沒(méi)有明顯的嗜中性粒細(xì)胞化學(xué)趨化作用。C3b是血液中重要的調(diào)理素(opsonin)，具有結(jié)合病原微生物，協(xié)助中性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)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(fù)合物結(jié)合，參與清除循環(huán)免疫復(fù)合物，起到防止發(fā)生自身免疫性損傷。C3b與補(bǔ)體受體3(CR3)結(jié)合還可以抑制IL-12生成。機(jī)體補(bǔ)體系統(tǒng)的活性受到自身以及補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白的精密調(diào)控。補(bǔ)體的某些中間產(chǎn)物極不穩(wěn)定，如C3轉(zhuǎn)化酶容易衰變，限制了補(bǔ)體的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。補(bǔ)體調(diào)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(zhuǎn)化酶的形成，從而抑制補(bǔ)體活性。維持補(bǔ)體系統(tǒng)平衡，使得機(jī)體既能有效殺滅外來(lái)微生物，又可以防止對(duì)自身組織造成損害。一 心臟移植超急性排斥反應(yīng)中補(bǔ)體激活的依據(jù)：心臟移植超急性排斥反應(yīng)、急性血管性排斥反應(yīng)以及慢性排斥反應(yīng)均可以觀察到補(bǔ)體沉積現(xiàn)象，移植心臟在遭到排異反應(yīng)時(shí)可看到補(bǔ)體C4、C3、C5b-9、IgM沿血管內(nèi)皮細(xì)胞分布，其沉積程度與排斥反應(yīng)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(yīng)的標(biāo)志物7。二 心臟移植超急性排斥反應(yīng)中補(bǔ)體激活的機(jī)制：由于輸血、妊娠、再次移植等原因，受體在心臟移植前體內(nèi)已經(jīng)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(jié)合，暴露補(bǔ)體結(jié)合部位，激活補(bǔ)體經(jīng)典或旁路激活途徑，形成C3、C5轉(zhuǎn)化酶，最后形成C5b-9，即膜攻擊復(fù)合物(membrane attack complex，MAC)，附著于供體血管內(nèi)皮細(xì)胞，使內(nèi)皮細(xì)胞溶解壞死。同時(shí)激活凝血系統(tǒng)與炎性反應(yīng)，導(dǎo)致心肌間質(zhì)彌漫性充血、水腫以及炎性細(xì)胞浸潤(rùn)5,6。三 抑制補(bǔ)體系統(tǒng)在心臟移植超急性排斥反應(yīng)中的作用：心臟移植超急性排斥反應(yīng)是由抗原抗體結(jié)合觸發(fā)的補(bǔ)體反應(yīng)。從補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)的各個(gè)水平進(jìn)行干預(yù)，抑制補(bǔ)體活性，可以抑制心臟移植超急性排斥反應(yīng)的發(fā)生。目前已經(jīng)采用的措施有：使用眼鏡蛇毒因子耗竭體內(nèi)補(bǔ)體；可溶性補(bǔ)體受體1

6、抑制劑和Compstatin抑制C3轉(zhuǎn)化酶；抗C5單克隆抗體抑制C5裂解，阻斷膜攻擊復(fù)合物形成；轉(zhuǎn)基因表達(dá)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(yīng)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(nèi)補(bǔ)體蛋白，從而抑制同種或異種心臟移植的超急性排斥反應(yīng)8。CVF與補(bǔ)體C3是在進(jìn)化中形成的同源分子，結(jié)構(gòu)類(lèi)似C3a，在Mg2+存在下與血清補(bǔ)體B因子可逆結(jié)合，隨即被D因子水解成CVF-Bb和Ba，激活補(bǔ)體替代途徑C3與C5轉(zhuǎn)化酶，水解C3、C5，促使膜攻擊復(fù)合物形成，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔、細(xì)胞溶解，同時(shí)造成C3、C5C9成分耗竭。大鼠腹腔注射C

7、VF(1mgkg)2h后血中補(bǔ)體基本耗竭。CVF性質(zhì)穩(wěn)定，半衰期長(zhǎng)，能不斷激活補(bǔ)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(jī)體快速產(chǎn)生抗CVF抗體，使其效應(yīng)減弱；且CVF耗竭補(bǔ)體為全身性，靶向性差，使機(jī)體感染的機(jī)率增加。此外，CVF激活補(bǔ)體過(guò)程中產(chǎn)生的補(bǔ)體片段增強(qiáng)白細(xì)胞趨化、黏附和吞噬作用，對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生濃度依賴性的損傷，并啟動(dòng)血管內(nèi)凝血機(jī)制9。目前使用CVF抑制同種或異種心臟移植的排斥反應(yīng)的研究?jī)H限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，離臨床應(yīng)用還有一段差距。2. 可溶性補(bǔ)體受體1抑制劑 (soluble complement inhibitor，sCR1)補(bǔ)體受體1(CR1)調(diào)節(jié)補(bǔ)體C3

8、、C4的激活，其可溶性突變形式可溶性補(bǔ)體受體1抑制劑可以與C3與C5轉(zhuǎn)化酶結(jié)合并使之解離，從而阻止補(bǔ)體的經(jīng)典與旁路激活途徑，防止心臟移植超急性排斥反應(yīng)的發(fā)生10,11。臨床上已經(jīng)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(bǔ)體介導(dǎo)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(diào)理作用，故其對(duì)機(jī)體的防御功能具有負(fù)面影響。盡管sCR1全程阻滯了補(bǔ)體活性，單次治療并不影響病人的對(duì)病原微生物的免疫反應(yīng)。3. CompstatinCompstatin是一個(gè)含有13個(gè)殘基的環(huán)肽，能特異性地與C3結(jié)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(diào)理素C3b以及其裂解片段 C3d；阻止其下游補(bǔ)體產(chǎn)物C5a及C5b-9即膜攻擊復(fù)合物的生成15。Compstatin可以抑制肝素-魚(yú)精蛋白誘導(dǎo)的補(bǔ)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(bǔ)體激活16，在異種腎移植超急性排斥反應(yīng)模型中可以延長(zhǎng)移植的豬腎的存活時(shí)間17，但尚未見(jiàn)到Compstatin用于心臟移植超急性排斥反應(yīng)的報(bào)道。由于C3b是一種重要的調(diào)理素，具有抗感染作用及清除循環(huán)免疫復(fù)合惡物的作用。因此在C3水平阻滯整個(gè)補(bǔ)體活性應(yīng)局限于短期治療，以避免造成嚴(yán)重的感染以及誘發(fā)自身免疫性疾病。4. 補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白(compleme

10、nt regulate proteins，CRPs)補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白是一組種屬特異性蛋白，其功能是保護(hù)機(jī)體細(xì)胞免受自身補(bǔ)體介導(dǎo)的損傷，但對(duì)其他種屬的補(bǔ)體沒(méi)有調(diào)節(jié)作用18。在異種心臟移植中，使用轉(zhuǎn)基因豬表達(dá)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(bǔ)體介導(dǎo)的器官損害以及超急性排斥反應(yīng)的發(fā)生19。豬是人類(lèi)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(lái)源困難的問(wèn)題。轉(zhuǎn)基因供體的進(jìn)展為異種心臟移植開(kāi)拓了廣闊的前景。5. 抗C5單克隆抗體補(bǔ)體C5在心臟移植超急性排斥反應(yīng)具有關(guān)鍵性的作用。補(bǔ)體經(jīng)典途徑

11、和替代途徑都必須通過(guò)C5轉(zhuǎn)化酶，裂解C5形成C5a和C5b，后者與C6、C7、C8以及C9結(jié)合，形成補(bǔ)體C5b-9，即膜攻擊復(fù)合物。在補(bǔ)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(fù)合物C5b-9生成，保護(hù)細(xì)胞免遭破壞，又可以保留上游補(bǔ)體產(chǎn)物如C3a與C3b的生成，保留免疫調(diào)理作用。一系列動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)：抗C5單克隆抗體可以抑制心臟移植超急性排斥反應(yīng)。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(duì)補(bǔ)體介導(dǎo)的超急性排斥反應(yīng)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(duì)

12、照組的25min延長(zhǎng)到>360min，經(jīng)典補(bǔ)體激活途徑被完全阻斷，在濃度最高組中，病理檢查沒(méi)有顯示超急性排斥反應(yīng)的證據(jù)，也沒(méi)有C5b-9沉積。說(shuō)明激活的終端補(bǔ)體復(fù)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(yīng)模型中起了重要的作用，同時(shí)也說(shuō)明人C5單克隆抗體抑制終端補(bǔ)體復(fù)合物的形成在異種心臟移植中具有臨床應(yīng)用價(jià)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(bǔ)體對(duì)超急性排斥反應(yīng)的抑制作用21。發(fā)現(xiàn)C5單克隆抗體可以完全阻斷補(bǔ)體激活，成功地避免超急性排斥反應(yīng)的發(fā)生。然而C5單克隆抗體并不能阻止術(shù)后6天發(fā)生急性血管排斥反應(yīng)，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(yīng)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(duì)急性血管排斥反應(yīng)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(yīng)，移植老鼠體內(nèi)補(bǔ)體活性顯著增高。C5單克隆抗體可以完全抑制補(bǔ)體系統(tǒng)激活，并減輕急性血管排斥反應(yīng)，但并不能阻止急性細(xì)胞性排斥反應(yīng)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(bǔ)體激活，避免發(fā)生體液性以及細(xì)胞性排斥反應(yīng)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(nèi)皮細(xì)胞衍生的炎性介質(zhì)，其功能是促使白細(xì)胞黏附聚集于內(nèi)皮細(xì)胞。Solvik研究了急性血管排斥反應(yīng)的豬主

14、動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞激活中補(bǔ)體系統(tǒng)對(duì)E-選擇素表達(dá)的影響23。在不同補(bǔ)體水平（使用補(bǔ)體C1, C3，C5 ,C7抑制劑）可以抑制E-選擇素的表達(dá)，說(shuō)明血管急性排斥反應(yīng)中血管內(nèi)皮細(xì)胞激活產(chǎn)生的E-選擇素的表達(dá)的表達(dá)完全是補(bǔ)體依賴性的。C5單克隆抗體可以保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞激活，從而避免發(fā)生急性血管排斥反應(yīng)。Pexelizumab是Alexion公司開(kāi)發(fā)的抗人C5短鏈單克隆抗體，目前在國(guó)外正進(jìn)行多個(gè)大規(guī)模期臨床試驗(yàn)。在體外循環(huán)冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)中，Pexelizumab可以明顯降低冠脈搭橋病人術(shù)后30天的死亡和心肌梗塞發(fā)生率24。在對(duì)急性心梗溶栓治療的COMPLY（急性心梗溶栓治療的補(bǔ)體抑制試驗(yàn)）試驗(yàn)中25，Pexelizumab單次注射可以抑制補(bǔ)體活性達(dá)4小時(shí)，連續(xù)輸注可以抑制補(bǔ)體活性達(dá)20 24小時(shí)，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(cè)定），也不減少病人的臨床不良后果。在對(duì)急性心梗PCI治療的COMMA（急性心梗介入治療的補(bǔ)體抑制試驗(yàn)）試驗(yàn)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(cè)定），也不減少90天的心臟嚴(yán)重事件指數(shù)（由死亡、充血性心力衰竭、心源性休克和中風(fēng)組