补体与心脏移植超急性排斥反应

1、补体与心脏移植超急性排斥反应首都医科大学附属北京安贞医院麻醉科 100029 董秀华 卿恩明 王义军心脏移植超急性排斥反应是指供体心脏移植到受体体内开放血管后马上发生的受体抗供体的排斥反应，一般在血管接通后即刻至几个小时之内发生，来势凶猛，一旦发生，供体心脏一般在24小时内丧失功能，导致移植失败1,2。其病理表现为毛细血管内皮细胞破坏，巨噬细胞积聚，血管内充血，激活的血小板与白细胞黏附到内皮细胞膜上，触发血液凝固及血管内血栓形成，心肌间质出血水肿，并迅速进展至血管完全闭塞，导致心肌细胞缺血坏死，移植心脏功能丧失3。其机制与补体系统激活有关4。补体系统由30余种存在于血清、组织液和细胞膜表面的一

2、组经活化后具有酶活性的蛋白质组成。有三种激活途径：经典激活途径，旁路激活途径以及凝集素途径。其共同通路是形成C3转化酶，裂解C3，C5，最终造成细胞溶解坏死。补体的中间产物C3a与C5a为过敏毒素，C5a是一种很强的过敏毒素以及化学趋化因子，可以通过G蛋白偶联受体使细胞激活，促进内皮细胞黏附，单核细胞与白细胞离开血管游到炎性部位，并释放其它炎性介质。C5a激活内皮细胞释放硫酸类肝素，破坏血管壁的完整性，导致纤维素沉积，促进凝血酶介导的血小板聚集。C5b-9既可以直接溶解细胞导致组织损伤，在亚溶细胞浓度时也可以沉积在细胞表面激活炎性细胞，并释放氧自由基，前列腺素，白三烯以及细胞因子。C3a的过敏

3、毒素作用远弱于C5a，也没有明显的嗜中性粒细胞化学趋化作用。C3b是血液中重要的调理素(opsonin)，具有结合病原微生物，协助中性粒细胞与巨噬细胞的吞噬与杀伤功能，起到抗感染作用。C3b也能与循环免疫复合物结合，参与清除循环免疫复合物，起到防止发生自身免疫性损伤。C3b与补体受体3(CR3)结合还可以抑制IL-12生成。机体补体系统的活性受到自身以及补体调节蛋白的精密调控。补体的某些中间产物极不稳定，如C3转化酶容易衰变，限制了补体的级联反应。补体调节蛋白，如膜辅助蛋白(membrane cofactor protein)以及衰变加速因子(decay-accelerating factor

4、)均可抑制C3转化酶的形成，从而抑制补体活性。维持补体系统平衡，使得机体既能有效杀灭外来微生物，又可以防止对自身组织造成损害。一 心脏移植超急性排斥反应中补体激活的依据：心脏移植超急性排斥反应、急性血管性排斥反应以及慢性排斥反应均可以观察到补体沉积现象，移植心脏在遭到排异反应时可看到补体C4、C3、C5b-9、IgM沿血管内皮细胞分布，其沉积程度与排斥反应程度成正比5,6。由于C4d性能较稳定，C4d可以作为慢性体液性排斥反应的标志物7。二 心脏移植超急性排斥反应中补体激活的机制：由于输血、妊娠、再次移植等原因，受体在心脏移植前体内已经形成了抗供体的HLA (human leukocyte a

5、ntigen)同种抗体，移植后，受体抗体与供体抗原结合，暴露补体结合部位，激活补体经典或旁路激活途径，形成C3、C5转化酶，最后形成C5b-9，即膜攻击复合物(membrane attack complex，MAC)，附着于供体血管内皮细胞，使内皮细胞溶解坏死。同时激活凝血系统与炎性反应，导致心肌间质弥漫性充血、水肿以及炎性细胞浸润5,6。三 抑制补体系统在心脏移植超急性排斥反应中的作用：心脏移植超急性排斥反应是由抗原抗体结合触发的补体反应。从补体级联反应的各个水平进行干预，抑制补体活性，可以抑制心脏移植超急性排斥反应的发生。目前已经采用的措施有：使用眼镜蛇毒因子耗竭体内补体；可溶性补体受体1

6、抑制剂和Compstatin抑制C3转化酶；抗C5单克隆抗体抑制C5裂解，阻断膜攻击复合物形成；转基因表达膜辅助蛋白与衰变加速因子，阻断异种心脏移植超急性排斥反应的发生。 1. 眼镜蛇毒因子(cobra venom factor，CVF)眼镜蛇毒因子可以耗竭体内补体蛋白，从而抑制同种或异种心脏移植的超急性排斥反应8。CVF与补体C3是在进化中形成的同源分子，结构类似C3a，在Mg2+存在下与血清补体B因子可逆结合，随即被D因子水解成CVF-Bb和Ba，激活补体替代途径C3与C5转化酶，水解C3、C5，促使膜攻击复合物形成，导致细胞膜穿孔、细胞溶解，同时造成C3、C5C9成分耗竭。大鼠腹腔注射C

7、VF(1mgkg)2h后血中补体基本耗竭。CVF性质稳定，半衰期长，能不断激活补体使之耗竭。然而CVF作为一种异种蛋白，本身具有抗原性，注射后机体快速产生抗CVF抗体，使其效应减弱；且CVF耗竭补体为全身性，靶向性差，使机体感染的机率增加。此外，CVF激活补体过程中产生的补体片段增强白细胞趋化、黏附和吞噬作用，对血管内皮细胞产生浓度依赖性的损伤，并启动血管内凝血机制9。目前使用CVF抑制同种或异种心脏移植的排斥反应的研究仅限于动物实验阶段，离临床应用还有一段差距。2. 可溶性补体受体1抑制剂 (soluble complement inhibitor，sCR1)补体受体1(CR1)调节补体C3

8、、C4的激活，其可溶性突变形式可溶性补体受体1抑制剂可以与C3与C5转化酶结合并使之解离，从而阻止补体的经典与旁路激活途径，防止心脏移植超急性排斥反应的发生10,11。临床上已经使用sCR1用于急性呼吸及窘迫综合征、心肌梗塞以及肺移植治疗以减少补体介导的组织损伤，并取得了较好的临床效果12,13,14。由于sCR1有效地阻止了C3的激活，丧失了C3b的调理作用，故其对机体的防御功能具有负面影响。尽管sCR1全程阻滞了补体活性，单次治疗并不影响病人的对病原微生物的免疫反应。3. CompstatinCompstatin是一个含有13个残基的环肽，能特异性地与C3结合，抑制C3裂解成C3a与C3b

9、，从而具有3方面的抑制作用：阻止生成亲炎性的C3a；阻止生成调理素C3b以及其裂解片段 C3d；阻止其下游补体产物C5a及C5b-9即膜攻击复合物的生成15。Compstatin可以抑制肝素-鱼精蛋白诱导的补体激活，抑制体外循环中血液与生物界面接触诱发的补体激活16，在异种肾移植超急性排斥反应模型中可以延长移植的猪肾的存活时间17，但尚未见到Compstatin用于心脏移植超急性排斥反应的报道。由于C3b是一种重要的调理素，具有抗感染作用及清除循环免疫复合恶物的作用。因此在C3水平阻滞整个补体活性应局限于短期治疗，以避免造成严重的感染以及诱发自身免疫性疾病。4. 补体调节蛋白(compleme

10、nt regulate proteins，CRPs)补体调节蛋白是一组种属特异性蛋白，其功能是保护机体细胞免受自身补体介导的损伤，但对其他种属的补体没有调节作用18。在异种心脏移植中，使用转基因猪表达人CRPs如CD59或者人衰变加速因子(human decay-accelerating factor，hDAF),可以阻止猪到狒狒异种心脏移植中补体介导的器官损害以及超急性排斥反应的发生19。猪是人类异种心脏移植最合适的供体，可以解决目前心脏移植供体来源困难的问题。转基因供体的进展为异种心脏移植开拓了广阔的前景。5. 抗C5单克隆抗体补体C5在心脏移植超急性排斥反应具有关键性的作用。补体经典途径

11、和替代途径都必须通过C5转化酶，裂解C5形成C5a和C5b，后者与C6、C7、C8以及C9结合，形成补体C5b-9，即膜攻击复合物。在补体C5水平利用抗C5单克隆抗体抑制C5裂解，阻止C5a和C5b生成，既可以避免生成亲炎性分子C5a和膜攻击复合物C5b-9生成，保护细胞免遭破坏，又可以保留上游补体产物如C3a与C3b的生成，保留免疫调理作用。一系列动物实验证实：抗C5单克隆抗体可以抑制心脏移植超急性排斥反应。在体外猪到人异种心脏移植模型中使用人血灌注离体猪心，Kroshus 研究了人C5单克隆抗体对补体介导的超急性排斥反应的抑制作用20，发现人C5单克隆抗体呈剂量依赖型地使猪正常窦性心律从对

12、照组的25min延长到>360min，经典补体激活途径被完全阻断，在浓度最高组中，病理检查没有显示超急性排斥反应的证据，也没有C5b-9沉积。说明激活的终端补体复合物C5a和C5b-9，而不是C3a或者C3b在猪到人异种心脏移植超急性排斥反应模型中起了重要的作用，同时也说明人C5单克隆抗体抑制终端补体复合物的形成在异种心脏移植中具有临床应用价值。在大鼠异种心脏移植模型中，Wang 研究了C5单克隆抗体抑制补体对超急性排斥反应的抑制作用21。发现C5单克隆抗体可以完全阻断补体激活，成功地避免超急性排斥反应的发生。然而C5单克隆抗体并不能阻止术后6天发生急性血管排斥反应，单纯使用环孢霉素与环

13、磷酰胺不能阻止急性血管排斥反应的发生。在老鼠同种心脏移植模型中，Wang 研究了C5单克隆抗体与环孢霉素对急性血管排斥反应的抑制作用22。发现，移植后血管发生了急性血管排斥反应，移植老鼠体内补体活性显著增高。C5单克隆抗体可以完全抑制补体系统激活，并减轻急性血管排斥反应，但并不能阻止急性细胞性排斥反应的发生（平均8.3±0.5天）。C5单克隆抗体与环孢霉素联用可以完全抑制补体激活，避免发生体液性以及细胞性排斥反应的发生，从而成功保证了移植心脏的存活（>100天）E-选择素是一种内皮细胞衍生的炎性介质，其功能是促使白细胞黏附聚集于内皮细胞。Solvik研究了急性血管排斥反应的猪主

14、动脉内皮细胞激活中补体系统对E-选择素表达的影响23。在不同补体水平（使用补体C1, C3，C5 ,C7抑制剂）可以抑制E-选择素的表达，说明血管急性排斥反应中血管内皮细胞激活产生的E-选择素的表达的表达完全是补体依赖性的。C5单克隆抗体可以保护内皮细胞激活，从而避免发生急性血管排斥反应。Pexelizumab是Alexion公司开发的抗人C5短链单克隆抗体，目前在国外正进行多个大规模期临床试验。在体外循环冠状动脉旁路移植术中，Pexelizumab可以明显降低冠脉搭桥病人术后30天的死亡和心肌梗塞发生率24。在对急性心梗溶栓治疗的COMPLY（急性心梗溶栓治疗的补体抑制试验）试验中25，Pexelizumab单次注射可以抑制补体活性达4小时，连续输注可以抑制补体活性达20 24小时，所有病人均耐受良好，且不增加病人的感染发生率，但其并不减少溶栓治疗后心肌梗塞面积（由肌酸激酶-MB曲线下面积测定），也不减少病人的临床不良后果。在对急性心梗PCI治疗的COMMA（急性心梗介入治疗的补体抑制试验）试验中26，Pexelizumab并不减少PCI治疗后的心肌梗塞面积（由肌酸激酶-MB曲线下面积测定），也不减少90天的心脏严重事件指数（由死亡、充血性心力衰竭、心源性休克和中风组