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  • 同種異體肌腱移植的免疫學研究進展

    【摘要】  同種異體肌腱移植的結局與肌腱組織的免疫原性及組織學特異性密不可分。本文綜述了同種異體肌腱移植的免疫學機制、肌腱的組織學特性、移植后腱細胞的轉歸、肌腱移植后的血管化以及二次消毒帶來的問題。

    【關鍵詞】  同種異體肌腱;移植;免疫學

    同種異體肌腱移植作為同種異體移植的一部分,其免疫學機制應遵循同種異體移植的免疫學機制。肌腱移植后也要經歷針對移植物的細胞免疫和體液免疫。細胞免疫應答發生于急性反應的早期,在病變組織中常見以單核細胞為主的細胞浸潤(其中主要是t細胞)。肌腱移植后,通過對移植物抗原的識別,受者cd4+t細胞被激活?;罨膖細胞釋放多種炎性因子(ifn-γ,il-2等),一方面直接引起遲發型超敏反應,另一方面可活化cd8+ctl,產生細胞毒效應。移植抗原特異性的活化cd4+th細胞可輔助b細胞分化成漿細胞,后者分泌針對同種異型組織抗原的特異性抗體??贵w可通過調理作用、免疫粘附、adcc和cdc的作用等途徑對移植物造成損傷,引起排斥反應。在移植排斥反應中,體液免疫與細胞免疫協同發生作用,尤其是受者體內的預存抗體在超急性排斥反應中起重要作用。異體肌腱移植有自己的特點,效果優于其他組織器官移植,移植后免疫排斥反應弱,術后易于建立免疫耐受,且術后不需要使用免疫抑制劑。

    1  同種異體肌腱移植的免疫學機制

      1.1  同種異體肌腱的抗原性 

      組成肌腱的腱細胞、基質、膠原成分,都能誘發免疫排斥反應,只是程度不同而已[1]。minami等[2]的研究發現,肌腱在去除膠原后,抗原性增加,認為膠原起到屏蔽作用而使肌腱的抗原性降低。肌腱的抗原性主要來源于腱細胞的糖蛋白,而這些糖蛋白受mhc基因控制。hla和mhc在細胞膜上表達強抗原性,但在基質和膠原內呈弱抗原性[3]。而pinkowski[4]認為抗原主要表現在基質,膠原的抗原性很弱。1981年minami做了兩株純系鼠異體肌腱移植實驗,并通過補體依賴的細胞毒實驗和吸收實驗確定異體肌腱的抗原性主要存在于其腱細胞成分。文獻報道[5],未損傷的膠原不具抗原性,反之,經理化等手段處理后,膠原溶解,這種溶解狀態的膠原有抗原性,由此推測:異體腱植入前的預處理,如消毒、冷凍,低溫保護劑的使用等,可增添新的抗原。

      1.2  同種異體肌腱移植的免疫學作用機制 

      同種異體肌腱移植的免疫學作用機制應歸屬于同種異體移植的免疫學機制范疇。同種異體移植的單向作用機制指出[6],體內存在:(1)宿主抗移植物反應(hvgr):移植抗原可經直接遞呈途徑或間接遞呈途徑激發受者產生免疫反應。直接途徑是移植物表面的異體mhc完整分子被t細胞直接識別,無須經過受者抗原遞呈細胞(apc)處理。直接識別在排斥反應早期階段起主要作用,可誘導強烈的排斥反應,帶有異體抗原的細胞可直接誘發強烈的mcr和ctl。間接途徑是供體抗原或脫落細胞被受體apc加工處理成多肽后被t細胞識別。間接識別在同種移植排斥反應早期即存在,但對較遲發生的排斥反應,特別是對慢性排斥反應起重要作用。供體mhc抗原釋放后,被帶到了淋巴結或脾臟被受者apc細胞遞呈,間接激活th細胞,致敏t細胞浸潤到移植物,并分泌淋巴因子(γ-干擾素),誘導移植物內皮和上皮細胞表達mhc ii類抗原,由受體apc遞呈供體多肽激活的t細胞數量增多,浸潤到移植物,并為激活ctl和b細胞產生特異性抗體起輔助作用。這種間接遞呈作用對免疫反應起放大和維持作用,在較遲的排斥反應中可能起主要作用;(2)若植入含有大量免疫活性細胞的同種異體組織器官,在宿主免疫功能低下的情況下,無力排斥移植物,而移植物中的免疫活性細胞可被宿主的組織相容性抗原激活,繼而導致針對宿主組織器官的免疫損傷,稱移植物抗宿主反應(gvhr)。starzl[6]于1993年提出了“雙向移植排斥模式”的假說:移植早期,移植物中的過路細胞一旦進入受者血循環即分布于全身,刺激受者免疫細胞,使之激活、增生,發生hvgr;另一方面,受者的白細胞也會進入移植物內,刺激移植物中的免疫細胞,使之激活、增生,發生gvhr。一般而言,除超急反應外,抗體在移植排斥反應中不起重要作用。1994年harner[8]等發現,在接受冷凍異體肌腱移植術后16個月,仍可檢查出供體特異性組織相溶性抗體,主要是igg。1996年ritchie等[9]報道用冷凍肌腱重建膝交叉韌帶的患者,45%的人可以查出特異性抗體,但其療效并不差于未查出抗體的患者。

    1.3  肌腱抗原性的處理 

      1976年,friedlaende[10]在兔身上使用凍干異體骨移植,未發現明顯排異反應,他認為深低溫干燥方法處理的異體骨破壞或改變了細胞膜表面存在的hla抗原成分。1981年minami發現反復凍融和多聚甲醛處理的腱細胞抗原性明顯降低。國內唐林俊與程國良[11]采用反復凍融,脫氧鳥苷培養,多聚甲醛處理、cm處理等方法處理異體肌腱并用于移植,取得了良好的效果。為降低肌腱的抗原性,國內外的學者,先后采用酒精浸泡、戊二醛浸泡、3%雙氧水、0.3%潔爾滅、碘伏、丙酮、甲醇/氯仿、γ射線照射等多種方法處理異體肌腱。但經x線照射、絲裂霉素c、戊二醛處理可保留mhc抗原[5]。無論哪種保存方法,目的都是為了:(1)減少抗原性;(2)保持移植材料的完整性;(3)保證無菌。

      目前冷凍處理能降低肌腱的免疫源性結論,已獲得到國內外廣泛共識。其機制是:冷凍處理改變或破壞了腱細胞表面的抗原結構,也殺死了對低溫敏感的抗原呈遞細胞,使其抗原性大大降低的同時,也使得免疫反應得以減弱。異體腱外膜,組織間質內的淋巴管,微血管內的樹突狀細胞、淋巴細胞、巨噬細胞、血管內皮細胞在冷凍處理過程被殺死或受損,這就意味著異體腱組織中不含apc。jackson[12]假設冷凍過程使細胞表面的特定蛋白變性,破壞了細胞膜,因此減弱了抗原性。guidos等[13]學者研究表明,主要組織相容性復合物,不是異體組織移植成功的首要障礙,mhc抗原需要抗原呈遞細胞(apc)―通常是ⅰa陽性的巨噬細胞、樹突狀細胞和過路白細胞的輔佐,才能啟動宿主對抗移植物的反應,而移植物所載的apc是觸發排斥反應的首要因素。文獻報道[14],人和大鼠脾臟樹突狀細胞(dc)在冷凍速率提高時,存活率下降,在以20%/min速率降溫時,存活率低于10%,在以70%/min速率降溫時,冷凍后無活性樹突狀細胞存在。傳統移植免疫學認為,dc是抗原提呈能力最強的apc,也是唯一能夠激活初始型t細胞的apc。表達mhc ii類分子的dc使th細胞活化,激活移植排斥反應,這些dc可以是供者的dc,也可以是受者體內的dc。dc通過直接激活作用或間接激活作用,導致排斥反應發生。因此長期以來,去除移植物中的dc,減少移植的免疫原性,被認為是克服移植排斥反應最有效的方法。dc不僅在增強免疫反應上具有特別重要的作用,而且在誘導特異性的免疫耐受方面也具有十分重要的意義。在人的移植中,樹突狀細胞可能不太重要因為人的ⅱ類抗原主要表達在內皮細胞上[15]。

      冷凍處理的肌腱基本被看作是一種極輕度或無免疫原性,使受體可以接受,而不易產生明顯的排斥反應[1]。許多人認為輕度的免疫反應機體可以接受,不會產生明顯的排斥反應,況且肌腱移植不同于器官移植,器官移植是功能性移植,出現排斥可導致移植失敗,而肌腱移植的主要作用是提供一個生長支架。魯曉波等[16]的實驗發現,經冷凍/凍干處理能降低異體腱組織的抗原性,但仍可導致免疫排斥反應發生,異體腱的免疫排斥反應以受區局部組織為重,異體肌腱細胞的組織活性保存得越好,其抗原性則越強。

      用細胞毒物質處理移植物,其目的是減少移植物的抗原性而不減弱其強度,細胞毒物質可以殺死細胞,使細胞膜破裂,因而破壞了移植物的抗原性,也減少了因冷凍處理抗原引起的移植物強度的下降。1975年urist[17] 首先應用甲醇/氯仿(cm)浸出技術處理異體骨以降低其抗原性,tauro[18]等經過改進建立了處理牛肌腱的cm液,使免疫原性顯著降低。pinkowski[4]體外實驗發現:通過直接接觸15% 3-硝基甲苯,5%β-聚維酮碘和h2o2,75%酒精能100%殺死成纖維細胞。用物理、化學方法消除肌腱組織的抗原性機制是:去除或滅活細胞成分及部分基質,細胞成分壞死殘留的腔隙,會有利于周圍成纖維細胞長入及膠原纖維的形成。但化學試劑殘留可導致移植失敗,輻射不存在殘留的問題,但輻射可使髕腱力學性質產生不良影響,當合并凍干時更甚。

    2  肌腱的組織學特點

      肌腱組織是一種致密的結締組織,由腱細胞、腱基質及膠原纖維束組成。腱細胞有分泌基質及膠原的功能。膠原量一般超過肌腱重量的75%,占干重量的99%,膠原是體現肌腱物物力學性能的主要物質[24]。這些膠原纖維按特定的方向和密度成組形成束,在外周纖維束呈螺旋狀形式排列,而在中央呈縱形排列,在正常膝運動時,不同的張力下,有不同的長度,而不是平行排列的。自然狀態下,前叉韌帶的成纖維細胞被細胞外基質包繞、制約。前叉韌帶的細胞散布于膠原纖維素間[19]。人類的前交叉韌帶由兩種直徑的膠原纖維構成,單一直徑的細膠原纖維(20~50nm)在胎兒的前交叉韌帶才能見到。在成年人伴隨年齡的增長,兩種直徑的膠原纖維出現了,大約有1/2的纖維直徑在25~50nm,1/2的纖維在77~125nm。年齡大于65歲的老人,25~50nm 細膠原纖維占優勢[7]。另外,肌腱組織缺少淋巴管和血管,組織結構致密,能限制抗原的滲出和抗體淋巴細胞的進入,因此免疫反應相對較弱[20]。異體肌腱移植不同于器官移植,肌腱移植屬于非功能性移植,異體肌腱只為受區提供一個生長支架[1]。肌腱組織結構比較均一,功能單一,主要體現在生物力學上。

    3  同種異體腱移植的排斥反應特點

      1959年peacock[21]首次報告了新鮮異體肌腱移植,發生了明顯的排斥反應和炎癥反應。rodrigo報道[22],未經處理異體腱植入宿主體內,局部表現為大量淋巴細胞浸潤和細胞毒反應,這種反應在移植后的第2周達到高峰,腱組織為大量的淋巴細胞浸潤,組織結構變性、壞死,結構消失,膠原纖維破壞,周圍呈炎性改變,隨后以細胞免疫為主的免疫排斥反應可持續存在2~3個月。而植入前經預處理的異體腱植入后,由于幾乎無活細胞存在,抗原性大大降低。早期主要是炎性反應,后期以體液免疫為主,伴有大量細胞因子的釋放,急性免疫反應很少發生。

    4  腱細胞的轉歸問題

      肌腱在移植后4~6周,異體與自體肌腱都表現出腱細胞的再聚集。1992年jackson等[23],1985年amoeczky等[24]對兔的異體肌腱移植研究時發現,在移植腱壞死和塑型的同時,宿主的腱細胞遷移到植入腱的膠原纖維構架上,順序是從外周到內部,并對供體腱內腱細胞的轉歸行pcr測定,結果發現在移植后第2周可以測出供體組織細胞呈陽性,但數量上明顯減少,移植4周后,就不能測出供體細胞。這種供體腱細胞的衰亡起始于移植術后,最終膠原纖維架上的腱細胞均來自宿主細胞的遷移聚集。jackson[12]認為剛開始針對移植物的抗體缺乏可以說明這種隨后細胞加速丟失的過程,他觀察到遷移的細胞包括炎細胞、成纖維細胞和血管細胞。

    5  移植腱的再血管化問題

      同種異體肌腱移植和自體移植一樣,要經歷一個移植物壞死、細胞增殖、再血管化和膠原纖維塑形的過程[25]。異體肌腱移植的修復方式:高新生等[26]實驗觀察到肌腱移植后,大量新生成的纖維細胞、結締組織細胞及毛細血管,沿兩端肌腱表面及腱束浸入移植腱表面及周圍組織,最終演變為排列整齊呈波浪型的膠原纖維束,使移植腱成為具有活細胞代謝功能的腱組織。jackson等[12]在山羊模型中看到了韌帶血管化的過程中,韌帶周圍血管網橫向與韌帶內血管聯系,在移植后6周,與自體移植相比較同種異體移植物鞘周顯示血管化程度增加,且炎性反應增強,盡管兩組(凍干,自體)在6個月時組織學變化相似,但電鏡顯示大量細膠原纖維存在于凍干組,提示膠原塑形延遲。shino[27]對人的同種異體移植的前交叉韌帶活檢研究發現,術后6個月原有的粗大膠原纖維完全就被細膠原纖維代替。

      無論異體還是自體肌腱,在游離移植時都要經歷1個再血管化的過程。jackson[23]在實驗中發現異體肌腱在移植后第2周出現血管化征象,6~8周進入高峰,而在腱的中央部分血管化在相當一段時間呈低調。異體肌腱的完全血管化需30周,達到了正常水平需1年左右時間。horibe等[28]動物實驗證實,移植后肌腱的再生血管和成纖維細胞均來自供體組織周圍和縫合口兩端,移植后2周內已開始有毛細血管長入,移植后6周時間質細胞開始浸潤,移植腱中壞死的膠原組織被新生的成纖維細胞替代,異體腱的愈合時間比自體肌腱愈合時間長,植入的異體腱只起到生長支架作用。shino[27]認為深低溫冷凍的肌腱重新血管化比冷凍干燥的快,原因是經深低溫保存處理的腱組織中,有存活細胞存在,移植后借助周圍組織液營養及兩端血管的迅速長入,使存活細胞復蘇增殖分裂,直接向纖維細胞,腱細胞轉化,共同參與修復過程。冷凍干燥腱組織雖無活細胞,但具有某些活性蛋白物質,可能有誘導周圍組織細胞增殖分化功能,并迅速使間充質細胞向腱細胞分化。深低溫冷凍肌腱移植后,雖失去了代謝功能,但保持了肌腱的連續性,為肌腱的重新血管化和活細胞化提供了物質基礎。臨床研究顯示肌腱同種異體移植物比自體移植愈合更慢,雖然愈合時間慢,但最終其功能與自體移植結果相似。shino[27]通過對人3~55個月肌腱移植物的活檢發現,較多的細胞在移植后18個月才能看到。amoczky[24]觀察到肌腱中心移植物壞死在術后4~8周,隨后血管侵入,細胞增殖在3~4個月能觀察到,再血管化過程完成需要6個月。

    6  二次消毒帶來的問題

      rodrigo[22]在術前、術后測定人類33種白細胞抗原,結果在應用環氧乙烷消毒髕韌帶的人術后,有1/3人出現了抗hla免疫反應,2/3病人存在著移植后松弛,慢性滲出。他用組織病理學檢查了4個病人,3/4的病人對辣根過氧化酶反應呈陽性。他斷定,一定是組織中改變的抗原性導致了免疫反應。他同時也注意到有1/4的病人組織病理測試,雖然為陽性,但隨后的重建修復過程未發生針對hla的免疫反應。有文獻報道[29]對膝關節交叉韌帶重建的病人,從腫脹的關節腔內抽出含有淋巴細胞和中性粒細胞的滲液檢驗,確定是抗原引起了免疫反應,但不能確定為何種成分,有可能是細胞表面殘余的抗原、膠原或基質成分。有文獻[4]認為可能是環氧乙烷消毒過程中改變了軟組織,使它作為一個半抗原誘發了免疫反應。用環氧乙烷消毒凍干的髕韌帶重建交叉韌帶,pinkowski等[4]發現體外用淋巴細胞轉化試驗50%病人發生了免疫反應。有文獻[30]指出,eo及其殘留是導致移植失敗的主要原因,輻射滅菌不存在殘留的問題,但輻射可使髕腱力學性質產生不良影響,當合并凍干時更甚。移植物的加工和2次消毒能潛在的改變移植物的相容性。jackson[12]通過對滑膜和移植物的氣相色譜分析,發現了環氧乙烷代謝產生的有細胞毒性的氯化物,組織學和滑液的數據顯示, 環氧乙烷的有毒代謝產物可導致移植物相容性變化,并且最終可導致移植物裂解。對于冷凍的骨韌帶移植物加用聚維酮碘和過氧化氫處理,毫無疑問可以很大程度減少免疫反應,但同時也使移植物的最大負荷減少了15%[4]。

    7  結束語

      盡管同種異體肌腱移植臨床上取得了良好的效果,但其免疫學機制仍不是十分清楚。jackson等[12]也提出免疫學因素尚未完全解決,經過處理的異體肌腱移植后的輕度排斥反應仍具有潛在危害性,依然是需要進一步研究、解決的問題。

    【參考文獻】

    注:本文摘自網絡,如有不實,還請涼解。

     

    2010年11月28日

    同種異體肌腱移植的免疫學研究進展

    同種異體肌腱移植的免疫學研究進展 【摘要】同種異體肌腱移植的結局與肌腱組織的免疫原性及組織學特異性密不可分。本文綜述了同種異體肌腱移植的免疫學機制、肌腱的組織學特性、移植后腱細胞的轉歸、肌腱移植

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