异种器官移植的研究进展

　　器官移植已成为许多终末期疾病首选的治疗方法。全世界至今接受心、肝、肾等移植者已达60余万例。随着外科手术的成功，免疫抑制剂的不断发展，移植成功率的提高，出现了供体严重短缺现象，异种移植已成为研究的方向。目前，只有1/2的患者有机会接受移植，大约有1/5的患者在等待中死亡。等待器官移植时间越长，患者死亡机率越大。因此，供者器官来源不足严重困扰着器官移植手术的推广和应用。跨物种异种移植成为医学领域亟待解决的问题。

　　1. 异种移植的创立与发展

　　1.    1动物器官移植的特点
　　  
　　异种移植（Xenotransplantation）是用手术的方法将某一种属个体的器官或组织移植到另一种属个体的某一部位。1905年，法国的Princeteau进行了世界第一例异种移植手术。将兔肾植入肾功能衰竭儿童体内，手术很成功，但16天后由于排异反应，儿童死于肺部感染。之后，世界各地的研究者逐步加入到异种移植器官研究之中。在人体的某些脏器功能失去作用时，移植动物器官能在人体内存活一段时间并能发挥作用，待找到合适的人体器官后再进行移植
　　
　　。用实验动物的组织和器官代替人类的器官有以下优点：动物器官取之不尽；动物器官比人造器官更具自然和生物性；动物器官随用随取，可克服使用人体器官存在的各种伦理及法律问题。
　　1.    2动物器官异种移植的排异反应
　　动物器官异种移植排异过程在某些方面与同种排斥相似，可以借鉴。但异种移植又有其特性：细胞表面存在更多的“异物”，会与宿主产生强烈的反应，这种跨物种间的移植[1]存在较大的分子差异，包括天然抗体、补体、NK细胞和巨噬细胞等。常出现的超急性排异反应（HAR），排异反应在血液循环后几分钟或数小时发生，也可在24-48小时内发生不可逆转体液排斥反应，较常见的发生在手术台上；急性血管性排斥反应（AVR），血管化脏器移植后数天到数周间发生，也是不可逆转性体液排斥反应，常发生在手术后早期，病情进展迅速；加速性细胞排斥反应（TMR），受者循环血液中存在抗供者抗体并不一定引起HAR和AVR的情况下，可能出现加速性细胞排斥反应。该反应对免疫抑制剂抑制效果不良。受者抗供者抗体的存在可促进抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用，促使发生细胞性排斥反应，病理表现以间质水肿和局限性炎性细胞浸润为特征，细胞浸润的局部毛细血管内皮细胞变性和坏死。异种移植的免疫障碍也远远大于同种移植（Allografts）。
　　   
　　目前，可以对动物供体进行遗传学、免疫学及生化代谢方面的预处理，如转基因动物等[2]，经改良的实验动物将成为解决器官移植来源缺乏的途径。90年代以来，由于对异种移植HAR的发生机理有了更深入了解，加之，分之生物学和基因工程学等相关学科发展迅速，可通过各种基因工程手段对供者的某些基因进行修饰后作为人体或动物异种移植的供体[3]。现已获得转人补体调节蛋白（CRP）基因型小鼠[4]。针对异种排斥反应，通过基因工程手段也获取基因修饰的供体猪[5]。
　　2.异种移植排斥反应类型
　　依据供、受者种族遗传背景差异程度分为协调性（Concordant）和非协调性（Discordant）。协调性异种移植发生在种属较近的动物之间，如大鼠与小鼠之间；非协调性异种移植则在种系发生较远的种属间进行，排斥以分钟或小时计，常导致HAR发生，如猪器官移植到人、豚鼠与大鼠之间的移植[6]。有学者将协调性异种移植分为困难型和容易型；依据排斥反应发生机理将非协调性异种移植分为抗体型和非抗体型两类。所不同的是在协调性异种移植中是诱生抗体，而在非协调性移植中则是预存天然抗体。
　　　　        /容易型—T细胞介导，如大鼠对小鼠心脏移植。
　　                /协调性  
　　               /           \ 困难型—抗体介导，如仓鼠对大鼠心脏移植。
　　
　　             /　　     天然抗体介导，导致HAR，如猪对人体器官移植。
　　
　　异种动物器官移植　　       抗体介导型
　　
　　
　　\非协调性      诱发抗体介导，导致迟发性排斥反应。
　　
　　              补体介导型—补体旁路激活，导致HAR。如豚鼠对大鼠心脏移植。
　　2.1抗体介导型　　　　
　　   
　　异种移植最大的屏障是受者对移植物严重的免疫反应—天然抗体（XNA）的存在。此抗体的存在可导致HAR，是不需抗原刺激就在体内预存的抗体。不同种属生物之间相互有预存抗体，即异种反应性抗体与移植物血管内皮细胞抗原结合产生强烈反应，在几分钟到几小时引起异种器官的破坏。由于受体内抗体与供体体内的糖基化结构的Galα1—3Gal物质结合在血管内皮细胞上，导致补体活化，内皮细胞损伤，出现水肿、出血、血栓[7]，造成移植器官失活。
　　2.2补体介导型
　　   
　　受者补体在异种HAR发生上起关键作用，补体激活是HAR发生的基本步骤。非协调性异种器官移植时，受体血清补体含量明显下降，HAR发生时，可观察到各类补体成分在移植物细胞表面大量沉着。豚鼠器官移植给大鼠或兔器官移植给缺乏天然抗体的猪时，可自发产生补体成分C3b并与一种B因子结合激活补体。
　　3.异种移植中天然抗体的清除及补体的阻断
　　3.1脾切除法
　　异种移植的免疫排斥反应中，单核细胞、NK细胞、T、B细胞等均参与反应，而这些免疫细胞正是脾脏富含的，说明脾脏在异种移植排斥反应中起重要作用。在异种肝脏移植中，脾脏急剧增大，达原体积5倍左右，抗体滴度显著升高[8]。用作异种移植受者的大多数实验动物器官移植前都做了脾脏切除，使天然抗体水平下降约50%。
　　3.2柱层吸法
　　将天然抗体反应的抗原吸附于葡聚糖等固相基质上，使受者血浆通过免疫亲和柱，可将抗体吸附后的血浆重新与血细胞结合，通过Hickman导管输回体内，能除去>90%的天然抗体[9]。
　　
　　     表1         猪心脏移植到狒狒体内的结果
　　狒狒数   抗GalIgM浓度（ug/ml）  移植器官存活期    排斥反应类型
　　 对照
　　 1       44.2               4h　　    HAV
　　 2       27.2               6h　　    AVR
　　 3       3.9                3d　　    AVR
　　 4       13.0               4d　　    AVR
　　   柱层析除去抗Gal抗体
　　 5       27.2               9d　　    非AVR
　　 6       10.6              12d　　    非AVR
　　 7       6.9               34d　　    非AVR
　　 8       7.9               39d　　    非AVR
　　 注： HAR：超急性排斥反应
　　      AVR：急性血管性排斥反应
　　3.3阻断补体激活
　　   
　　应用高纯度的眼睛蛇毒因子（CVF）或可溶性补体受体Ⅰ来消耗激活的补体。CVF可在其他因子的参与下，与补体系统中的C3结合，代替内源性的组分C3b，使经典和旁路途径均失去功能，造成补体含量下降。可溶性补体受体I能竞争性与补体结合，从而抑制补体[10]。
　　4.转基因动物在异种器官移植中的应用
　　4.1转基因动物的补体调节作用
　　   
　　通过基因工程等各种手段，针对异种排斥反应的其他有关主要因素，对供者的基因进行修饰，作为异种动物移植的供体[11]。已获得转人补体调节蛋白（CRP）基因型动物。实验证明能够有效抑制HAR。使人的一种或数种CRP在动物细胞膜上得到表达，则能抑制人体一定的补体，从而防止或减弱异种移植的HAR发生。动物转入一种人的CRP，并不能完全抑制补体的激活，因为机体存在多种CRP，在补体激活的不同阶段起着不同作用。有学者将两种以上的转人CRP导入动物，发现能更好的抑制补体激活或者将CRP与其他有关抑制排斥反应的基因同时导入[12]，使抗排斥反应的作用加强。Atkinson指出，补体系统分辨“自我”与“非自我”的方式与抗体及T细胞不同，是通过“溶破”同种限制作用而实现[12]。
　　4.2转基因动物的DAF，CD59抑制作用
　　   
　　为了将动物器官移植过渡到人，许多学者将与人亲缘关系最近的灵长类动物黑猩猩作为受体进行异种移植的研究。将DAF（衰变加速因子），CD59（膜反应溶解抑制物）这类蛋白基因导入动物体内，以建立相应的转基因动物，实现基因水平对动物器官的改造，使这些转基因动物的器官血管内皮细胞表达人源性补体抑制蛋白[13.14.15]。
　　综上所述，异种器官移植是解决当前器官短缺的主要途径。近年来，新的研究成果不断出现，但存在着诸多影响器官移植的因素。由于猪的许多器官与人相仿，是几千年与人朝夕相处的食肉动物，较符合伦理道德观念，世界各地学者都在大力研究转基因猪。英国已培育出转人DAF的转基因猪，并出现了基因剔除，基因修饰猪。目前无法解决的问题是移植器官能够长期存活。随着科学研究的深入,异种器官移植长期存活的难题将被攻克。

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