2022年器官移植基础免疫学研究进展

2022年器官移植基础免疫学研究进展吴昌鸿徐亚男田倩川赵勇

器官移植是终末期器官衰竭最有效的治疗方法，器官移植技术的建立是20世纪人类生物医学领域最重要的进展之一。移植免疫学基础研究是解决器官移植排斥反应的必由之路，也是器官移植相关技术创新发展的源动力。2022年，器官移植基础研究领域发表了许多重要的研究论文，为器官移植相关的基础科学问题和现实困难提供了更新的解释和潜在更有效的防治方案。本文简要归纳了2022年度发表于各主流国际期刊上有关器官移植免疫学基础研究的论文，以免疫细胞在器官移植过程中的作用和机制、新材料及新药物在器官移植中的研究和使用为主要线索盘点介绍了相关重点研究结果。需要特别指出的是，由于器官移植相关研究领域范围广泛、学科交叉性强及篇幅所限等诸多因素，尚有许多重要的相关研究进展未能在此文中逐一介绍。

1免疫细胞在器官移植排斥反应或免疫耐受形成过程中的作用和机制

移植免疫学的核心内容是研究器官移植过程中供者器官和受者之间相互作用引起免疫应答的机制，其直接指导的实践应用是通过处理和干预降低人类器官移植过程中的排斥反应，建立移植免疫耐受，保障移植器官的长期存活。排斥反应和免疫耐受是器官移植过程中免疫应答天平的两臂，正性和负性的免疫细胞及分子是决定这个天平倾向的重要因素。此方面一直是基础移植免疫学的重要研究内容和热点。

1.1T细胞

适应性免疫细胞在移植排斥反应和免疫耐受过程中的作用一直是器官移植研究中的热点，其中T细胞作为介导移植排斥反应的主要效应细胞，是移植免疫学研究的传统重点对象。钙调磷酸酶抑制剂（calcineurininhibitor，CNI）被广泛用于治疗组织器官移植排斥反应和急性移植物抗宿主病（acutegraftversus-hostdisease，aGVHD），T细胞被认为是其最主要的靶细胞。原有研究证明CNI通过抑制经由活化T细胞核因子（nuclearfactorofactivatedTcell，NFAT）介导的T细胞活化相关基因的表达实现免疫抑制功能。2022年6月，Otsuka等[1]报道了CNI通过NFAT非依赖的途径抑制T细胞免疫应答的新机制。该研究发现CNI能阻止钙调磷酸酶介导的淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶（lymphocyte-specificproteintyrosinekinase，Lck）S59位点的去磷酸化来抑制T细胞受体（Tcellreceptor，TCR）近端信号传导，进而降低T细胞的反应性，从而实现对器官移植排斥反应的抑制功能。该研究提示直接靶向TCR相关钙调磷酸酶可能成为aGVHD治疗的有效且不良反应更低的方案。

器官移植术后受者体内产生的供者特异性抗体（donorspecificantibody，DSA）是介导移植物排斥反应的重要原因之一，研究发现滤泡辅助性T细胞（follicularhelperTcell，Tfh）的发育分化是DSA产生和增强所必须的，同时滤泡调节性T细胞则抑制DSA的产生[2]。Guglielmo等[3]发表的最新研究揭示了促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）对T细胞依赖的体液免疫应答在同种异基因器官移植过程中的重要调节作用。该研究发现EPO能显著抑制CD4+T细胞B细胞淋巴瘤因子（B-celllymphoma，Bcl）-6的表达以减少Tfh的发育分化，从而显著抑制T细胞依赖的体液免疫应答；并且发现该抑制信号是依赖EPO受体-信号传导和转录激活因子（signaltransducerandactivatoroftranscription，STAT）5信号轴，外源添加EPO可显著减缓小鼠同种异基因心脏移植抗体介导的慢性排斥反应，延长移植物存活。辅助性T细胞（helperTcell，Th）亚群在移植免疫应答中发挥着广泛且多样的作用，最新研究表明，转录因子T-bet敲除的Th2具有强烈的免疫抑制潜力。Th2敲除T-bet后能大量分泌白细胞介素（interleukin，IL）-10，抑制树突状细胞（dendriticcell，DC）上CD80和CD86的表达和IL-12的分泌，进而强烈抑制初始T细胞和记忆性CD8+T细胞的活化反应[4]。该研究提示了体内分泌IL-10的Th2可能具有缓解甚至治疗T细胞介导的炎症性疾病或器官移植排斥反应的潜力。

调节性T细胞（regulatoryTcell，Treg）是机体建立自身免疫耐受的重要免疫负性调节细胞，在控制机体过度的免疫应答和自身免疫性疾病过程中发挥重要作用。基于此，大量的前临床实验证实靶向体内的Treg或者直接过继补充Treg显著抑制移植排斥反应，在移植免疫学基础研究和器官移植临床实践领域中得到关注[5]。靶向阻断B7-1和B7-2共刺激信号的细胞毒T淋巴细胞相关抗原4免疫球蛋白（cytotoxicTlymphocyte-associatedantigen4-immunoglobulin，CTLA-4-Ig）治疗可提升同种异体移植器官的功能，但该治疗会显著增加早期排斥反应的发生率。有研究提示了这种早期排斥反应的发生可能与CTLA-4-Ig造成的Treg减少有关[5]。有研究表明，在移植前对移植受者进行短期IL-2复合物（IL-2与IL-2抗体复合物）的给药处理能逆转CTLA-4-Ig介导的Treg减少，显著延长小鼠心脏同种异基因移植物的存活时间。该研究提示IL-2复合物的联合治疗可能是临床移植使用CTLA-4-Ig治疗的重要辅助[6]。有研究发现，肾上腺皮质激素与Treg中高表达的黑皮质素受体（melanocortinreceptor，MCR）家族的MC2R结合，通过增加CD4+T细胞中IL-2Rα（CD25）的表达和CD4+CD25+T细胞中STAT5的激活来促进Treg的形成。肾上腺皮质激素给药处理显著减轻小鼠心脏移植物的慢性排斥反应，且能与CTLA-4-Ig等共刺激信号阻断处理产生协同作用，增加同种异基因心脏移植物中Treg的浸润，从而诱导移植物的长期存活[7]。Trevelin等[8]研究者发现缺失烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（nicotinamideadeninedinucleotidephosphateoxidase，Nox）2（活性氧簇合成相关酶）的Treg具有更强的向同种异基因移植物浸润的能力和更强的抑制功能，显著延长心脏移植物的存活时间。该研究表明，Nox2在Treg中的缺失一方面促进了Treg的增殖，并上调微小核糖核酸（microRNA，miRNA，miR）-214-3p表达，促进Treg表达更高水平的CC趋化因子受体（CCchemokinereceptor，CCR）4和CCR8，从而推动Treg迁移到同种异基因心脏移植物中；同时抑制CD8+CD25-效应性T细胞增殖和干扰素（interferon，IFN）-γ的产生，减少心肌细胞坏死和纤维化的发生，显著延长移植物的存活时间[8]。该研究提示抑制Nox2可能是提高Treg治疗功效的新方法。

Treg的体外编辑和回输治疗被认为是治疗自身免疫性疾病和诱导器官移植免疫耐受很有潜力和吸引力的重要研究方向。基于IL-2对Treg的发育分化、存活、稳定和功能的重要作用，研究人员人工设计并构建了特殊的IL-2/IL-2R分子对（orthoIL-2/IL-2R），并将其应用于Treg的体外编辑和体内扩增治疗中。研究发现，编辑装载了orthoIL-2R的Treg在受体小鼠体内特异性响应外源注射的orthoIL-2并增殖，并介导同种异基因心脏移植物的长期耐受状态[9]。该发现为解决IL-2在器官移植中使用的脱靶效应问题提供了新的解决方案，也为基于Treg扩增的器官移植免疫耐受疗法提供了新的可能。

1.2B细胞

B细胞及其分泌的DSA是2022年器官移植研究和临床实践中关注的重点。近些年来，有关B细胞在移植免疫应答中的其他调节作用开始逐渐被发现和研究[10]。最近，Clark研究团队在《NatureCommunications》杂志发表研究论文，报道了该团队有关移植肾脏中浸润的B细胞的单细胞转录组学测序分析的研究成果。该研究发现，肾脏移植物中的B细胞表现出天然免疫细胞特征，这些天然免疫细胞样的B细胞通过广泛分泌识别肾脏特异性抗原或炎症相关抗原的抗体[而非抗供者人类白细胞抗原（humanleukocyteantigen，HLA）抗体]，介导自身炎症和组织损伤，从另一个角度进一步解释了肾脏移植物中的B细胞浸润水平与临床移植预后负相关的新机制[11]。

抗供者抗体的产生依赖受者B细胞被供者细胞携带的组织相容性抗原激活，而受者淋巴组织中的B细胞如何接触并识别供者抗原的具体机制尚不清楚。有研究发现，供者皮肤移植物和心脏移植物中供者来源的淋巴细胞外迁对于受者T细胞或B细胞的激活并不是必要的，移植物通过产生携带主要组织相容性复合体（majorhistocompatibilitycomplex，MHC）抗原的细胞外囊泡激活受者淋巴结中的B细胞。淋巴结中的巨噬细胞捕获并处理来自同种异基因移植物组织释放的细胞外囊泡，并将HLA提呈给受者B细胞，促进浆细胞的发育和DSA的产生，从而介导对移植物的体液排斥反应[12]。

干扰素调节因子（interferonregulatedfactor，IRF）4在B细胞发育分化各个阶段的表达均受到精密的动态调控。有研究表明在小鼠心脏移植模型中，IRF4内源性调控B细胞生发中心B细胞的形成、浆细胞分化、抗供者抗体的产生和分泌以及对T细胞的活化辅助作用。B细胞特异性IRF4缺失与短时CTLA-4-Ig治疗相结合，可消除小鼠心脏同种异基因移植模型中的急性和慢性排斥反应[13]。该研究证明IRF4是一个器官移植排斥反应治疗的潜在靶点。

调节性B细胞（regulatoryBcell，Breg）是近些年来引起关注和重视的具有免疫调节作用的B细胞亚群，在自身免疫性疾病、感染、肿瘤和器官移植中发挥重要作用。有研究表明，在小鼠心脏移植模型中，过继的Breg通过阻断DC的CD40-肿瘤坏死因子受体相关因子（tumornecrosisfactorreceptor-associatedfactor，TRAF）6信号通路，诱导心脏移植物的免疫耐受。此外，该研究还发现来自供体的肠道微生物可以延长心脏移植物的存活时间[14]。

1.3树突状细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞

在器官移植过程中，受者来源的DC能浸润到移植物组织中进一步分化成为具有不同表型的细胞亚型，包括排斥反应相关的DC（促进急性或慢性排斥反应）和耐受型的DC（抑制炎症、减轻移植物损伤）。

Zheng研究团队报道了利用RNA干扰技术敲低一个环状RNA分子（circFSCN1）构建得到了耐受型DC（Tol-DC），并用其成功实现一定程度的小鼠心脏移植耐受的诱导。该研究发现敲低circFSCN1的Tol-DC维持在未成熟的状态，具有更低的激活T细胞的能力和更高的诱导Treg生成的能力。circFSCN1沉默产生的Tol-DC可以显著延长同种异基因心脏移植物的存活时间，并减少移植物纤维化的发生[15]。另有研究表明，在小鼠异位心脏移植模型中，单独使用小鼠CD70的抗体（FR70）治疗就能显著诱导体内Tol-DC和Treg的产生，同时降低细胞毒性T细胞的增殖，从而诱导小鼠同种异基因移植心脏的长期存活[16]。

Usuelli等[17]在对慢性同种异体移植物血管病变样本的miRNA网络分析发现，巨噬细胞中的miR-21的表达最为显著。进一步实验发现，敲除或拮抗巨噬细胞中的miR-21显著抑制巨噬细胞M1型的炎症极化，导致抑炎M2型巨噬细胞的增加，延长心脏同种异基因移植物存活时间并消除慢性同种异体移植物血管病变。

抗供者抗体介导的自然杀伤（naturalkiller，NK）细胞的活化是介导移植排斥反应的重要原因之一。Lin等[18]研究表明在同种异基因心脏移植慢性排斥反应的小鼠模型中，抗体依赖性NK细胞受体2D（NKG2D）的激活性配体Rae-1高度表达，NKG2D的中和抗体处理显著降低同种异基因移植心脏的血管病变，并显著延长心脏移植物的存活时间。

1.4髓系抑制性细胞

髓系抑制性细胞（myeloid-derivedsuppressorcell，MDSC）是具有免疫抑制功能（尤其是对T细胞增殖的抑制）的幼稚态的髓系细胞群体。随着对MDSC在器官移植免疫耐受建立过程中的重要作用日渐认识，MDSC逐渐成为移植免疫学的研究热点之一[19]。

Scheurer等[20]研究表明，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子诱导的Gr-1+CD11b+CD11c+MDSC亚群在同种异基因骨髓移植模型中通过诱导Th向Th2极化，进而预防移植物抗宿主病（graft-versus-hostdisease，GVHD），同时发现该MDSC亚群的回输并不影响骨髓移植过程中有利的移植物抗肿瘤效应。Li等[21]研究报道，EPO的一个衍生物环状螺旋B肽能通过EPO受体-Janus激酶（Januskinase，JAK）2/GATA结合蛋白3（GATA-bindingprotein3，GATA3）/STAT3通路诱导一群单核型MDSC（M-MDSC）的形成，该M-MDSC为CD11b+Ly6G-Ly6ChighCD127+表型，与CD11b+Ly6G-Ly6ChighCD127-的M-MDSC相比较，具有更强的免疫抑制功能。

2新型生物分子材料的应用

面向器官移植过程中免疫排斥反应、供者器官功能损伤、免疫抑制剂带来的免疫低下等诸多问题，生物材料和分子材料等许多交叉学科也持续不断地在器官移植领域进行实验研究和创新。

2.1免疫抑制剂及其体内递送的优化

安全、高效的免疫抑制剂的源头创新是移植免疫学基础研究的重要内容之一。有研究表明，透明质酸抑制剂4-甲基伞形酮具有良好的免疫抑制功能，其能抑制依赖于透明质酸的DC和T细胞之间免疫突触的形成，从而阻止抗原特异性T细胞反应的产生，进而延长器官移植物的存活时间[22]。DSA介导的补体活化在器官移植排斥反应中发挥重要作用。有研究人员在致敏后的非人灵长类的器官移植模型中，使用中央补体成分C3抑制剂Cp40进行的短时治疗显著抑制了T、B细胞的活化和增殖，减少抗体介导的损伤和补体沉积，大大减轻急性抗体介导的排斥反应，成功延长灵长类动物的移植物存活时间[23]。另有研究表明，抑制剂ARGX-117能通过与C2的Sushi-2结构域结合，阻止C3转化酶原的形成并抑制C3激活上游的凝集素途径激活。该抑制剂显著抑制补体介导的细胞毒作用引起的自身免疫性溶血性贫血和抗体介导的器官移植排斥反应。该研究还发现ARGX-117不抑制补体的抗菌活性，提示ARGX-117作为一种新型补体抑制剂的良好应用前景[24]。

贝拉西普（belatacept）是一种用于肾移植的抑制剂，虽然它能显著降低移植过程中DSA的产生和提高移植物存活率，但是同时也增加了急性细胞性排斥反应的发生风险。有研究者通过对贝拉西普处理后的T细胞进行转录组学测序分析后发现，T细胞中Ⅰ型IFN和IL-6通路调节相关的IRF7转录水平显著提升。抑制贝拉西普治疗相关的Ⅰ型IFN或IL-6，能显著减少T细胞的增殖，降低贝拉西普用于器官移植引发急性细胞性排斥反应的风险[25]。另有研究报道T细胞免疫球蛋白和免疫受体酪氨酸抑制基序结构域蛋白（T-cellimmunoreceptorwithimmunoglobulinandimmunoreceptortyrosine-basedinhibitorydomain，TIGIT）信号通路可能是对抗贝拉西普药物耐受的重要靶标通路，TIGIT激动剂（包括活化抗体）具有治疗器官移植过程中贝拉西普耐药的潜力[26]。

纤维蛋白原样蛋白（fibrinogenlikeprotein，FGL）1/淋巴细胞活化基因（lymphocyteactivationgene，LAG）-3和程序性细胞死亡蛋白1（programmedcelldeathprotein1，PD-1）/程序性细胞死亡蛋白配体1（programmedcelldeathprotein-ligand1，PD-L1）信号轴是移植免疫中两个重要的信号轴。为了增强这两个免疫抑制信号轴，Tsai等[27]科研人员开发了一种可以在小细胞外囊泡的表面同时携带FGL1/PD-L1的工程胞外囊泡；该囊泡能显著抑制小鼠同种异基因心脏移植的排斥反应，显著延长心脏移植物的存活时间。此外，利用该囊泡包载低剂量的他克莫司能实现精准靶向的抑制剂递送，产生更高效的免疫抑制效果。

移植术后免疫抑制剂的大量使用造成的系统性免疫低下是移植受者术后感染、肿瘤发生风险显著升高的重要原因。通过优化递送方法改善药物靶向性，以提高局部免疫抑制剂效能，降低全身不良反应是当前免疫抑制剂相关研究的热点和重点。Deng等[28]研究人员构建了新型装载他克莫司的纳米颗粒用于治疗心脏移植术后的急性排斥反应。该研究发现，与常规他克莫司治疗相比，装载他克莫司的纳米颗粒能在他克莫司用量更低的条件下实现更高的免疫抑制效果。T细胞在介导移植排斥反应过程中表现出显著的内质网应激状态。有研究团队就此合成制备了能靶向细胞内内质网并且包载内质网应激抑制剂的脂质体药物，发现该药物在小鼠移植模型中能延长移植物存活时间。此外，该药物与免疫抑制剂他克莫司联合使用时，可以获得更显著的免疫抑制作用[29]。研究人员使用由透明质酸组成包载CC趋化因子配体22（CCchemokineligand22，CCL22）（趋化Treg）和IL-2（扩增Treg）的微针阵列用于皮肤移植的局部给药和检测。结果显示该微针阵列不仅能显著减缓皮肤移植排斥反应，还能有效辅助对移植皮肤局部免疫状态的及时监测[30]。

天然免疫细胞介导的炎症反应和免疫应答是器官移植中介导移植物功能损伤的重要原因之一，近年来引起人们高度重视。实验研究表明，一种新型的纳米药物Celastrol可能通过Toll样受体4（Tolllikereceptor4，TLR4）/髓样分化因子88（myeloiddifferentiationfactor88，MyD88）/核因子（nuclearfactor，NF）-κB通路抑制M1型巨噬细胞的浸润和炎症因子的分泌。该药物的局部滴注减少了大鼠M1型巨噬细胞的浸润并下调TLR4、促炎因子、趋化因子的表达，显著提高同种异基因角膜移植物的存活率和延长了移植物的存活时间[31]。

2.2新材料与新监测手段在器官移植中的应用

器官移植物在获取和处理过程中的损伤是造成器官移植失败或者器官功能延迟恢复的原因之一。Kizhakkedathu研究团队在《NatureBiomedicalEngineering》杂志发文介绍了其开发的聚合物涂层在器官移植过程中的保护作用。他们发现器官移植过程中血管内皮上保护性的糖萼复合物（glycocalyx）受到破坏，并模拟该复合物合成了免疫抑制性糖聚合物LPG-Q-Sia3Lac。在冷藏条件下，在移植器官血管内皮表面灌注处理涂覆LPG-Q-Sia3Lac，实现了在没有全身免疫抑制的情况下，显著减弱移植后移植物的急性和慢性排斥反应。进一步研究发现，经处理的小鼠血管、肾脏在移植后缺血-再灌注损伤减轻、免疫细胞黏附减少以及免疫细胞毒性减低是LPG-Q-Sia3Lac发挥保护性作用的关键原因[32]。

对于器官移植受者而言，免疫抑制剂的治疗药物监测（therapeuticdrugmonitoring，TDM）对于防止毒性或器官排斥反应至关重要。有研究者利用基于二硫化钨纳米片的激光解吸电离质谱（laserdesorptionionizationmassspectrometry，LDI-MS），提出了一种用于器官移植受者血液中免疫抑制剂的TDM新量化方法。通过采用微液体喷墨打印系统，实现了具有更高灵敏度和重现性的血样高通量分析。该LDI-MS平台可快速并准确分析大量受者的血液样本，用于制定或者调整个性化免疫抑制剂处理方案[33]。另有研究团队构建了具有聚集诱导发射特征的仿生葡聚糖颗粒，实现了小鼠移植过程中心脏移植物内巨噬细胞的跟踪和评估，建立了巨噬细胞浸润与移植物排斥反应水平的实时关联和评价方法[34]。

3区域免疫应答与器官移植

专职免疫器官（包括中枢免疫器官骨髓和胸腺，外周免疫器官脾脏和各级淋巴结等）中免疫细胞的发育、维持和免疫应答高度依赖机体系统性的淋巴循环，是传统免疫学研究的中心。近年来，非专职免疫器官（例如肝脏、肠道、肺脏、脑、肾脏等）中由特殊免疫细胞群体及其产生的特殊免疫应答构建的区域免疫特性开始得到研究和揭示，区域免疫应答在重大疾病发生发展过程中的作用也日益成为研究的热点。组织定居的淋巴细胞是介导区域免疫应答的主角之一，已有研究报道在临床器官移植过程中，组织定居记忆性T细胞（tissue-residentmemoryTcell，TRM）参与移植后的免疫应答，并且对不同类型的移植物可能具有不同的影响[35]。Lucas研究团队在《CellReports》杂志发文报道了有关小鼠器官移植模型中组织定居免疫细胞的动态变化。该研究表明在小鼠肝脏和心脏移植物中存在着多种供者来源的组织定居淋巴细胞群体，在同种异基因移植过程中受体细胞对移植物的浸润增加并引发供体定居淋巴细胞的快速耗竭。该研究发现受体淋巴细胞无法重建器官移植前的组织定居淋巴细胞表型组成，提示了器官移植过程中器官移植物中区域免疫特征的改变可能带来相应的风险[36]。另有一项对人小肠移植过程中TCR库的测序分析研究发现，受者来源的T细胞在小肠移植物中逐渐发育成具有TCR库多样性的TRM群体并广泛分布在小肠移植物的各个区域中。这个过程在无供者来源T细胞嵌合的移植受体中表现更快，并且这可能与该类型受者更倾向于排斥小肠移植物有一定关系[37]。另外，有研究报道了小肠移植过程中，供体小肠组织中的TRM也可能介导移植术后GVHD的发生和发展[38]。

近期发表在《ScienceImmunology》杂志上的研究表明，在小鼠肾移植模型中TRM可能介导肾脏移植物的排斥反应。该研究发现受者效应性CD8+T细胞可以浸润到肾脏移植物中并发育成TRM；这些肾脏移植物中的TRM能发生增殖，并能在再刺激时产生促进排斥反应的IFN-γ。剔除移植肾脏中的TRM显著延长移植物存活时间[39]。笔者研究团队与中南大学湘雅二医院谢续标研究团队和北京朝阳医院泌尿外科王玮研究团队合作在《ScienceAdvances》发文，介绍了其新近建立的可以特异研究TRM介导同种异基因移植物排斥反应的小鼠实验移植模型[40]。该研究团队使用预先移植致敏的同基因皮肤的免疫缺陷小鼠SCID或Rag2敲除小鼠作为受体，进行同种异基因皮肤或心脏移植，创新性地建立了一个单独研究致敏形成的TRM介导移植物排斥反应的小鼠实验模型。将同种异基因皮肤移植物用皮肤移植的方式致敏正常小鼠30d或100d后，将致敏的一块皮肤组织移植到MHC匹配的免疫缺陷小鼠（SCID或Rag2敲除小鼠）。待小鼠恢复30d后，对其进行同种异基因皮肤或心脏移植实验观察。结果表明，预先移植致敏皮