吻合血管的同种异体骨关节移植的免疫反应

・综　述・吻合血管的同种异体骨关节移植的免疫反应解先宽　综述　顾洁夫　蔡　林　审校中图分类号　R318.06 文献标识码　A 文章编号　1005-8478(2002)05-0491-03作者单位:武汉大学中南医院骨科,武汉市　430071作者简介:解先宽(19722),男,湖北武汉人,硕士研究生在读,研究方向:异体骨组织的搜集、加工、贮存与利用。

近30年来,随着显微外科技术的不断发展,吻合血管的骨移植在修复重建外科作用也日益重要,特别是在因外伤、恶性骨肿瘤切除以及先天性骨缺损引起的大段骨关节缺损治疗中的作用优势明显。

吻合血管的自体骨关节移植因其缺乏抗原性,愈合过程类似于骨折而受到外科医师的青睐,但自体骨关节来源有限,且有供骨区损伤的问题;目前多采用同种异体骨关节移植,而非血管化的同种异体骨关节移植修复缺损时,常因病理骨折、骨不连接、感染、移植骨吸收等并发症而不理想〔1〕。

吻合血管的同种异体骨关节移植,作为血管化的骨关节移植有供源广、形状大小适中、能满足肢体支撑功能且愈合快的优点。

尽管骨移植已取得了很大的发展,但免疫反应仍是影响移植成败的关键因素。

本文概述吻合血管的同种异体骨关节移植的抗原性、排斥反应及影响其免疫反应的相关因素。

1　吻合血管的同种异体骨关节移植的移植抗原1908年,Lexer 首先在临床上进行了新鲜的异体关节移植的尝试,由于排斥反应而失败,随着免疫学的不断发展,同种异体移植中的移植抗原也得到了深入的研究。

吻合血管的同种异体骨关节移植的抗原来自由主要组织相容性复合体(MHC )决定的细胞表面糖蛋白抗原。

即MHC 2Ⅰ和MHC 2Ⅱ型抗原。

骨关节组织中,骨髓细胞、骨细胞、及成骨细胞表达这两类抗原,而破骨细胞表达MHC 2Ⅰ类抗原,但不能完全排除其不表达MHC 2Ⅱ类抗原。

关节软骨和关节囊以及骨组织中有机成分如胶原、基质抗原性较低,但无机成分如矿物质无抗原性。

对新鲜异体血管组织,肌层、弹力纤维、残留的白细胞及内皮细胞是具有抗原性的,特别是内皮细胞位于供、受体间的临界位置,首先被受体的免疫系统所接触,所以其表达的同种异体抗原具有重要意义。

血管内皮细胞表达MHC 抗原,除脑和胎盘外,几乎所有的血管内皮细胞均不同程度的表达MHC 2Ⅰ类抗原,大部分器管的毛血管都表达MHC 2Ⅱ类抗原,而大中血管在生理情况下表达MHC 2Ⅱ类抗原程度不一〔2〕。

另外,还有一类由体细胞基因编码的次要组织相容性抗原如血型抗原、组织特异性抗原等,它们在骨移植中不起主要作用,但是对MHC 相配的移植骨关节长期生物学行为却有着重要的作用。

ABO 血型抗原不仅分布在红细胞表面,也存在血管内皮细胞表面,ABO 不相容的移植可由血型抗体与血管内皮细胞上ABO 抗原结合,其随后的免疫反应可损伤血管内皮细胞导致移植物功能毁损。

近年有人认为,血型抗原引起的免疫反应很少见,而且一般没有检出血型抗体。

特异性抗原是指特异性能表达于某一器官、组织或细胞表面的抗原,属独立于HLA 抗原ABO 血型抗原之外的一类抗原系统。

Y ard 等则描述了肾血管内皮上的组织特异性抗原系统,它可以被内皮细胞抗体依赖性细胞毒试验(ADCC )所测出,且与移植物的存活有相关性〔3〕。

技术上的限制,目前研究尚不深入。

另外,骨组织中含有多种细胞因子,如胰岛素样生长因子(IGF )、骨形态发生蛋白(BMP )、碱性成纤维细胞生长因子(bF GF )、和血小板衍生生长因子(PD GF )等。

在骨关节的损伤修复中发挥着重要作用,它们一般无抗原性,多物种属限定性,亦无MHC 限制性,但局部炎性环境和某些细胞因子的作用下可诱导或增加MHC 抗原的表达。

〔2〕2　吻合血管的同种异体骨关节移植引起的免疫反应异体骨关节移植后,受者系统对供体抗原经摄取、处理、加工和提呈,导致T 、B 细胞活化,增殖、分化、产生体液免疫和细胞免疫。

非血管化的异体骨关节移植,移植抗原与宿主免疫识别系统呈相对隔离状态,通常不表现为急性排斥反应,而表现为慢性排斥反应且较持久。

吻合血管的同种异体骨关节移植可引起类似器官移植的急性排斥反应,这是由于:①血管直接相通,使移植物抗原与宿主的循环效应细胞及其产物直接接触,成为免疫致敏的关键因素;②存活的供骨骨髓细胞是早期排斥反应的刺激原;③供骨内起抗原提呈作用的树突状细胞增加了排斥反应的强度;④血管内皮细胞以及残存的白细胞具有较强的抗原性,在诱发免疫损伤中发挥重要作用〔4〕。

Innis 等证实,新鲜的吻合血管的异体关节移植后,第5d 就出现较明显的细胞免疫和体液免疫反应,而非血管化的新鲜异体关节移植术后2周才出现〔5〕。

其中细胞介导的细胞毒作用在免疫排斥中占主要作用,尤其是在排斥反应的早期。

受者CD4+T 细胞识别异体骨关节抗原而被激活,释放多种炎性细胞因子,如(IL 22、IFN 2•)等,一方面可活化CD8+细胞产生细胞毒效应,一方面引起炎性反应。

活化的CD4+T 细胞也可激活该B 细胞分化为浆细胞产生特异性抗体,抗体通过调理作用、免疫粘附、抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用(ADCC )等对骨关节造成损伤。

吻合血管的异体骨关节排斥,类似于其他器官的移植,G otfried 〔6〕报道,主要是由血管内皮细胞的损伤和微循环的停止而导致的。

免疫学与形态学研究显示,移植物的微血管床是排斥反应的主要靶组织,血管内皮细胞因表达Ⅱ类抗原,抗原性强,而且血流较慢,是首先排斥的靶细胞。

G ornet 等也通过研究吻合血管的新鲜异体关节移植的早期排斥反应和超微结构改变,发现术后24h ,血管内皮细胞上・194・中国矫形外科杂志　2002年4月第9卷第5期　Orthop J Chin ,Vol.9,No.5April 2002就有抗体和补体的沉积〔4〕。

Usui等〔7〕认为,骨细胞对缺血再灌注较敏感,但是自体移植和同系移植时,骨细胞的损伤不明显,故而推断骨细胞的损伤主要是由免疫反应造成的不利生长环境而导致的。

另外,Stevensons〔8〕等认为同种异体移植骨可诱导产生移植物特异性抗体,大块骨尤其如此;而且MHC抗原差异越大,移植物的抗体反应也越大,移植物愈合也越差。

3　影响吻合血管的同种异体骨关节移植免疫反应的因3.1　免疫抑制剂环孢素A(CsA)的作用为了减轻吻合血管的异体骨关节移植后的排斥反应,免疫抑制剂得到了应用,在骨关节移植过程中常用的免疫抑制剂有:巯唑嘌呤、强的松龙、抗淋巴细胞血清,环孢素A以及F K2506;其中以环孢霉素A的研究与应用最多,F K2506也因其用量小,作用强而受到关注。

吻合血管的同种异体骨关节移植后,应用免疫抑制剂,可抑制移植骨的免疫反应,促进新骨的形成和移植骨的愈合。

移植后的早期阶段应用免疫抑制剂,可保护血管内皮免遭损伤,维持吻合血管的通畅,并给血管内皮提供修复再生的时机,也是克服急性排斥反应的主要措施。

1969年,Reeves以狗为实验对象,以巯唑嘌呤和羊抗狗淋巴细胞免疫血清作免疫抑制剂进行了首例吻合血管的异体关节移植,其后,更多的研究者以环孢素A作为免疫抑制剂研究吻合血管与异体骨关节移植。

Doi〔9〕等研究证实,吻合血管的同种异体关节移植后,用环孢素A作短期治疗(2～4周),可有新骨产生和骨性连接,但停止使用CsA后2～3周,慢性排斥反应发生,会使移植的关节软骨下区和干骺端骨血管再生延迟,骨的修复功能差,骨慢慢吸收,导致关节功能毁损。

An2 drew〔10〕等也证实,环孢素A对维持吻合血管的异体关节移植的长期存活的生理功能是必须的;而且指出使用CsA10周后停用与间断使用(每周2次),2者免疫学及移植物组织学上的资料显示无统计学意义。

对异体关节移植而言,毕竟不象实质性内脏器官如心、肝、肾那样重要,长期使用免疫抑制剂是不可取的。

而吻合血管的异体骨移植因没有关节结构,且骨组织特有的再生和血管的再殖能力,停止使用CsA后,尽管排斥反应使移植骨不能成活,但骨性支撑结构可维持,直至新骨形成取代移植骨。

而Shigetom〔11〕等人的实验研究表明,短期使用免疫抑制剂可使吻合血管的同种异体骨移植早期的愈合、生长取得类似于吻合血管的自体移植的效果;在骨连接发生以后再停止使用CsA,大块骨缺损的修复可得以实现。

CsA能够广泛抑制细胞因子(IL22、IFN2 )等的合成,明显减少移植物上的T细胞、N K细胞和巨噬细胞的沉积〔12〕。

在以鼠为实验对象的吻合血管同种异体骨关节移植中,短期应用CsA可诱导受者产生不完全的免疫无反应状态〔13〕;Sakai等进一步证实,这种免疫无反应状态是CsA诱导受体产生的免疫耐受所致,并非移植物抗原发生调变〔14〕。

这种免疫耐受的诱导与物种及移植物组织类型有关,与CsA使用的时间及剂量的关系,各报道不尽一致。

应用免疫抑制剂,早期有暂时增加骨吸收的作用,但同时也增加了骨诱导的作用,促进了新骨的形成,并且以后者为主〔15〕。

因此,在吻合血管的同种异体骨关节移植中,尤其是大块骨移植中,应用免疫抑制剂是有意义的。

3.2　灌注冷存对吻合血管同种异体骨关节移植的影响低温冷冻可以降低移植物的抗原性,为了降低吻合血管的同种异体骨关节移植的排斥反应,在异体血管移植的基础上,周健生〔16〕等进行了冷冻保存的同种异体骨关节移植的实验研究,证实冷冻与小剂量CsA在降低吻合血管的同种异体骨关节移植的排斥反应方面有协同作用。

随着吻合血管的异体骨关节移植研究的不断发展,对供骨的低温冷冻保存将成为必然。

Muscolo等〔17〕认为同种异体骨经过冷冻处理后,由于细胞死亡和细胞表面抗原发生变化,受者T细胞是通过间接途径致敏的,从而引起慢性排斥反应或产生免疫耐受延长移植骨的存活时间。

低温可以降低移植骨的抗原性,并保留一定生物学、物理学性能,但低温组织易造成一定损害。

当血管生物活性及内皮细胞完整性严重受损时可导致血栓形成。

一般常用15%二甲基亚砜(DMSO)和甘油作低温冷冻保护剂,以减少损伤。

有实验表明〔18〕-60℃是血管冷冻保存中较理想的温度,血管在该温度下冷冻处理后,内皮细胞完整性得到了部分保持,移植后排斥反应降低,内皮细胞的破坏与修复呈现相对平衡状态,维持较高的远期通畅率。

移植骨关节应尽量清除骨表面的软组织,并冲洗掉骨髓,冷冻保存到移植术日。

移植骨关节在断蒂后,立即用肝素林格氏液冲洗血管床,使之进入冷缺血状态,应用15%DMSO灌洗血管床后冷冻保存。

通过灌注技术后低温冷冻保存,不仅可以破坏移植骨表面的抗原结构,并且可以清除残留的白细胞。

但操作者应注意易于造成血管内皮损伤的理化因素:如热缺血时间,冲洗灌注的时间(小于10min)和压力(小于8kPa),冷冻速度等,以减少血管内皮损伤。

移植物复温后,也必须彻底清除骨瓣内外的DMSO,因其在常温下对组织有毒性作用。