细胞性排斥反应的发生机制

临床上最常发生的急性排斥反应是急性细胞性排斥反应，其本质就是在异体抗原刺激下T淋巴细胞的活化、白细胞介素（IL－2）等细胞因子的产生和致敏T淋巴细胞大量的克隆增殖。当异体器官植入后，由于供、受者之间的组织相容性抗原不同，受者外周循环中的T淋巴细胞识别移植物抗原而致敏，继而进入附近的淋巴结中，一部分转化成淋巴母细胞，并迅速增殖分化为致敏淋巴细胞，其中致敏的CD8＋细胞（细胞毒性T淋巴细胞）可直接攻击移植物，致敏的CD4＋细胞（Th1型）可释放多种细胞因子，如IL－2，IL－6，γ干扰素（IFN－γ）等，直接（具有杀伤活性的亚群）或间接地（辅助CD8＋细胞、自然杀伤细胞和B淋巴细胞）损伤靶细胞。如果T淋巴细胞活化后不产生IL－2，即转化为抑制细胞（suppression）、克隆无功能细胞（anergy），甚至导致程序性死亡，或称细胞凋亡（apoptosis）。

1．T淋巴细胞活化与增殖

（1）抗原提呈与识别（第一信号）：抗原提呈细胞（APC，antigen　presenting　cell）是能够摄取和处理抗原，并将处理后的抗原递呈给T淋巴细胞的一类辅佐细胞。APC的功能有：摄取、加工、递呈抗原分子；运输抗原分子到引流淋巴结；与T淋巴细胞非特异结合（adhesion）；与T淋巴细胞协同刺激作用（costimulation）。APC包括分布在全身各组织中的Ia＋单核巨噬细胞，分布在脾和淋巴结中的树突状细胞（DC）、并指状细胞（IC）和皮肤中的郎汉斯细胞（LC）。DC及IC和LC均为Ia＋，具有很长的胞质伸展部分（伪足），交织在淋巴滤泡内的淋巴细胞之间，通过胞膜上的FcγR和C3bR吸附抗原，将抗原摄入细胞内或直接递呈给T淋巴细胞。

移植免疫的特殊性在于移植物和受者各有一套可刺激免疫应答的抗原提呈细胞。供者APC表达的主要组织相容性复合物（MHC）抗原与受者不同，供者来源的MHC抗原分子可以通过直接识别和间接识别途径来提呈给受者T淋巴细胞。T淋巴细胞抗原受体（TCR）与CD3分子以非共价键连接，形成TCR－CD3复合体。TCR分子多肽链的大部分位于胞质外，仅有小部分在胞质内；而CD3分子则相反，小部分在胞质外，大部分在胞质内。因此，TCR识别抗原后，信号通过CD3分子传到细胞内。此外，T淋巴细胞上的CD4及CD8分子与APC表面的MHCⅡ及MHCⅠ类分子结合，巩固了TCR与抗原的结合。

（2）细胞间黏附作用：黏附分子（adhesion　molecule）是一类介导细胞与细胞、细胞与细胞基质间黏附作用的膜表面糖蛋白。重要的黏附分子有T淋巴细胞表面的LFA－3（CD58）与APC表面的LFA－2（CD2）；T淋巴细胞表面的细胞间黏附分子1（ICAM－1，CD54，gp39）与APC表面的LFA－1（CD11a／CD18，gP50）。这些黏附分子也参与了抗原提呈与信息传递过程。

免疫应答过程中，APC和T淋巴细胞间的相互作用有赖于黏附分子的参与。也就是说，携带抗原的APC表面黏附分子与T淋巴细胞表面的相应配体相互作用，使APC黏附于T淋巴细胞，并在其表面滚动，以检查其是否具有相应的TCR－CD3复合体，即所谓抗原识别。

（3）协同刺激信号（第二信号）：APC加工并提呈抗原至细胞膜表面，运行至T淋巴细胞聚集部位，并与对应的T淋巴细胞发生黏附。T淋巴细胞的TCR－CD3复合体识别APC表面的抗原肽－MHC分子复合物，即为第一信号。此时，T淋巴细胞的激活尚须要第二信号，如果缺乏第二信号的协同刺激，T淋巴细胞将克隆无功能或凋亡。抗原非特异性的协同刺激信号主要来自APC表面的B7分子和T淋巴细胞表面CD28分子的结合。受体与相应配体结合后的相互作用提供了钙离子依赖的协同刺激信号，引起IL－2和其他关键性T淋巴细胞活化基因的稳定转录，参与机体的抗原特异性体液免疫与细胞免疫。因此，B7分子在器官移植中有重要意义。B7分子和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA4）结合的亲和力比CD28高10～20倍，并且相互作用的结果也是不同的，B7分子与CD28结合后能上调免疫应答，在TCR识别抗原肽、MHC分子提供的第一信号下，诱导抗原特异性T淋巴细胞的活化以及细胞因子合成（如IL－2），诱导CD8＋T淋巴细胞的成熟和促进T淋巴细胞存活；而B7分子和CTLA4作用后则产生负性调节信号，下调免疫应答，抑制T淋巴细胞活化、IL－2的分泌以及细胞周期进程。

由此可见，第二信号是T淋巴细胞活化的关键一步，有人将抗原提呈区分为专职提呈（professional　presentation）和非专职提呈（non－professional　presentation），关键在于APC表面是否表达B7分子，B7分子与CD28结合，使T淋巴细胞表面的CD28活化，便称为专职提呈。反之，则称为非专职提呈。不同类型的APC，很有可能表达不同的共刺激分子，因而刺激不同功能的T淋巴细胞，一些APC刺激活化Th1型细胞，而另外一些可能活化Th2型细胞。

活化的T淋巴细胞还可表达另外一种表面分子——CD154。T淋巴细胞表面的CD154分子与APC表面的CD40分子结合，可以使树突状细胞和B淋巴细胞活化。在小鼠心脏移植模型中，阻断这一信号通路，可显著延长移植心脏存活时间。同时阻断CD28和CD40信号通路，可以诱导小鼠异基因皮肤移植物长期存活。

（4）IL－2的自分泌及旁分泌作用（第三信号）：1976年Morgan等发现一种显示有丝分裂原作用的细胞因子，它可引起T淋巴细胞增殖和维持T淋巴细胞在体外持续生长，开始将其命名为T淋巴细胞生长因子（TCGF），1979年国际会议上统一命名为白细胞介素2（IL－2）。IL－2是自分泌和旁分泌的因子，不进入血液，不是内分泌生长因子。IL－2的产生与细胞增殖周期有关，是促使T淋巴细胞从G1期转至S期的关键因子。静止T淋巴细胞表面的IL－2受体（IL－2R）由2个多肽链组成，即β链和γ链，β链是一种相对分子质量为70～75的多肽（CD122）与相对分子质量为64的多肽γ链（CD132）一起形成的IL－2Rβγ复合体。IL－2Rα是一种相对分子质量为55的多肽，仅在T淋巴细胞活化之后才能表达，它最早被称为T淋巴细胞活化抗原（Tac），而现在被命名为CD25。T淋巴细胞活化之后，IL－2Rα链（CD25）迅速表达并与β链和γ链一起形成IL－2Rαβγ复合体，后者以高亲和力（Kd大约为10－11　M）与IL－2结合，并刺激T淋巴细胞增殖。IL－2可以进一步通过自分泌因子的作用促进IL－2Rα的合成。IL－2与IL－2Rα结合并不引起可检出的生物学反应。因为活化的IL－2R复合物与IL－2结合的亲和力很高，所以信号转导所需要的IL－2的浓度便低得多。

T淋巴细胞的活化机制十分复杂，IL－2基因活化、DNA复制，导致IL－2合成与释放是T淋巴细胞活化的关键步骤和中心环节。

静止的（G0期）CD4细胞（Th1型）在识别APC提呈的抗原后（即第一信号），细胞表面即表达IL－1R，成为诱导性T淋巴细胞（Ti），并接受APC产生的IL－1而开始活化。T淋巴细胞在协同刺激因子（第二信号）的作用下，合成分泌IL－2，并表达IL－2R，成为活化的Th细胞（G1期）。当IL－2R和IL－2（自分泌或旁分泌）相结合，T淋巴细胞即母细胞化，分化成效应性Th细胞，分泌一系列细胞因子。此处的关键是效应性Th细胞是Th1或是Th2亚群。Th1型细胞因子包括IL－2、IL－6、IFN－γ等，为排斥反应的促进因子。Th2型细胞因子包括IL－4，IL－10及转化生长因子β（TGF－β）等，为排斥反应对抗因子。因此，在排斥反应过程中起关键作用的是IL－2，它是促进Th细胞增殖并分化的重要介质。当活化Th细胞（G1期）上的IL－2R和IL－2结合后即进入S期（DNA合成期），再经过一个较短的DNA合成后期（G2期），即进入有丝分裂期（M期）。随着有分裂的Th细胞的继续增殖，产生更多的IL－2，作用于Th细胞及其他亚群，使T淋巴细胞不断增殖、分化和成熟。在IL－2的作用下，增殖的T淋巴细胞大多数最终分化为致敏性T淋巴细胞或效应性T淋巴细胞。

2．急性细胞性排斥反应的启动与演变过程　急性细胞性排斥反应是一个极为复杂的生物学过程，由淋巴细胞系统和单核吞噬细胞系统协同完成。这一过程人为地分为3个阶段，即感应阶段（inductive stage）、增殖分化阶段（proliferative and differentiation stage）和效应阶段（effective stage），也可以将前两个阶段统称为淋巴细胞的活化阶段。T淋巴细胞活化，大量的IL－2释放和IL－2R的表达，二者的结合导致大量T淋巴细胞的克隆增殖，这是急性细胞性排斥反应的关键性生物学基础，也就是效应阶段。应当指出，这些大量增殖的T淋巴细胞（包括CD4＋细胞和CD8＋细胞）与前两个阶段的致敏淋巴细胞是同一克隆，具有完全相同的生物学特征，具有相同的TCR－CD3复合体，可以识别相同的MHC－抗原复合物，这类T淋巴细胞离开淋巴器官进入循环，到达靶器官，即移植物，在这里发生效应，即急性细胞性排斥反应。组织病理学检查可见移植物内大量的CD4＋细胞、CD8＋细胞和巨噬细胞浸润，间质渗出和实质细胞的溶解坏死。

（1）CD8＋细胞：活化的CD8＋细胞也称为细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell，Tc）或细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）。Tc与MHCⅠ类抗原的靶细胞结合，直接发挥杀伤作用。Tc与靶细胞结合后，释放丝氨酸二酯酶和淋巴因子（淋巴毒素、穿孔素和肿瘤坏死因子等），可导致靶细胞膜的损伤，致使细胞外液内流，细胞肿胀，以及胞内电解质和大分子物质流出，最终使靶细胞裂解，Tc攻击靶细胞后自身完整无损，在数小时之内可连续杀伤数十个靶细胞。

（2）CD4＋细胞：活化的CD4＋细胞称为辅助性T淋巴细胞（Th），在效应阶段发挥免疫调节作用，分为Th1型和Th2型。Th2型细胞主要作用于B淋巴细胞，并辅助其产生抗体，发挥体液免疫作用；Th1型细胞则主要作用于细胞毒性T淋巴细胞（CTL）和介导迟发性超敏反应的T淋巴细胞（TDTh细胞），诱导其成熟，产生对细胞直接杀伤的细胞毒效应和引起迟发性超敏反应。大量的CD4＋细胞具有细胞毒功能，直接杀伤表达MHCⅡ分子的靶细胞。

急性细胞性排斥反应大多属于迟发性超敏反应（delayed　type hypersensitivity，DTH），介导此类反应的T淋巴细胞属CD4亚群，即TDTh细胞，有人认为还有CD8亚群的Tc参与。巨噬细胞在DTH过程中发挥十分积极的作用。TDTh细胞发挥免疫效应的方式是释放多种可溶性蛋白，统称淋巴因子（lymphokine，LK），这些淋巴因子产量虽小，但活性极强，效应作用所涉及的范围狭小，持续时间短暂。淋巴细胞因子多以非特异的方式作用于其他细胞，产生调节效应和促进生长增殖作用，其中以对巨噬细胞的作用最为重要，它能使巨噬细胞大量集聚和激活，在局部产生巨噬细胞移动抑制因子（MIF）、巨噬细胞活化因子（MAF）和巨噬细胞趋化因子（MCF）等，此外还有其他淋巴细胞生长因子（IL－2，IL－4，IL－5和IL－6）、转移因子、干扰素及淋巴毒素等。