TGF-β与角膜移植诱导的免疫耐受
【摘要】 角膜移植术后免疫排斥反应是角膜移植失败的主要原因。如何诱导免疫耐受是角膜移植成功的关键。许多研究表明, TGF(转化生长因子)- β不仅与角膜移植免疫耐受有密切关系,而且在其它器官移植免疫耐受中也发挥重要作用。本文就TGF-β的生物学特性及其角膜移植中TGF-β的作用作一综述。
【关键词】 转化生长因子-β 角膜移植 免疫耐受
TGF-β and simultaneous immune suspression of keratoplasty
Abstract Keratoplasty rejection is the main failure factor of keratoplasty. The influences of immune suspression are the key of successful operation. Many researches show that TGF-β has close relationship of immune suspression in keratoplasty and other organ transplantation. The purpose of this paper is to summarize the characteristics of TGF-β and its function at keratoplasty .
· KEYWORDS: TGF-β; keratoplasty; immune suspression
0引言
虽然角膜移植术享有较高的成功率，但对于高危角膜移植的患者，免疫排斥反应仍是导致移植失败的主要原因。转化生长因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β)是一多肽类生长因子，对免疫反应的多个环节具有下降性调节作用。它具有作为免疫抑制剂用于防治器官移植免疫排斥的潜在性。本文就TGF-β的生物学特性及其角膜移植中TGF-β的作用作一综述。
1 TGF-β生物学特性
1.1 TGF-β的性质 TGF-β是一组以多肽形式存在的细胞因子,属于一个结构相关的调节蛋白超家族,其中包括活化素（activin）、抑制素（inhibin）、骨形态发生蛋白(ΒMP)等[1]。TGF-β是一种相对分子量为25 000（25kDa），由两个结构相同或相似的、分子量为12.5kDa亚基借两个二硫键连接的二聚体，只有两个相同或不同的亚单位组成的二聚体的形式才有生物活性。TGF-β有4个亚型,哺乳动物只表达其中3个,即TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，三者的序列同源性为70%～80%,人TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3均含有7个外显子，分别定位于第19号、第1号和第14号染色体。人和小鼠TGF-β1的同源性高达99%。许多细胞表面都有TGF-β受体。
1.2 TGF-β生物学活性
1.2.1 TGF-β的生物活性 机体内多种细胞（T细胞、Β细胞、单核细胞、成骨细胞、血小板）均可分泌非活性状态的TGF-β，其中以血小板中的TGF-β含量最高。因此，常常利用血小板作为提取和纯化天然TGF-β的来源。活化后的T细胞或Β细胞产生TGF-β的水平比静止细胞明显高，几乎所有肿瘤细胞内可分泌TGF-β。TGF-β在多种正常及转化细胞中都有表达,如活化T细胞、巨噬细胞、星形胶质细胞等,眼部多种细胞如视网膜色素上皮细胞、晶状体上皮细胞、角膜及结膜上皮细胞等也表达TGF-β[2，3]。TGF-β可拮抗IL-1,TNF-α,IFN-γ等细胞因子的作用，对免疫反应的多个环节具有下降性调节作用，可抑制T细胞、Β细胞的活化和增殖，抑制杀伤细胞和巨噬细胞的功能。而且, TGF-β通过下调白细胞介素-1(Interleukin-1,IL-1)受体的表达而阻断IL-1的作用[4]。TGF-β在炎症过程中也起着重要作用[5]。血小板含有高浓度的TGF-β,炎症早期,通过在损伤部位脱颗粒释放TGF-β进入周围损伤组织。无活性的TGF-β与局部暴露的细胞外基质层结合而激活。激活的TGF-β对于白细胞、单核细胞、T细胞和成纤维细胞具有很强的化学趋化性,通过促进炎症细胞聚集导致组织损伤处大量炎症介质分泌,引起一系列炎症过程。通过聚集作用,伤口处的单核细胞分泌纤维细胞生长因子,使成纤维细胞活化,增加细胞外基质蛋白的合成和积聚,使细胞和基质相互作用增强,导致纤维形成,伤口愈合。
1.2.2 TGF-β对机体的作用方式 TGF-β具有多种免疫调节作用, 体外可抑制T淋巴细胞、Β淋巴细胞和NK淋巴细胞活性,抑制细胞因子的产生和抗体的形成。在活体内也具有显著的免疫抑制作用，对自身免疫性疾病可有效地抑制其复发,缩短病程和改善病情。TGF-β对宿主免疫系统的抑制作用可能是产生免疫耐受的主要机制。
2 TGF-β与角膜移植免疫耐受
2.1 TGF-β与前房相关免疫偏离
2.1.1前房相关免疫偏离 将可溶性抗原或细胞抗原接种于眼前房，眼前房内抗原通过Schlemm管和血流递呈到免疫系统中, 主动调节免疫反应,抑制细胞免疫和增强体液免疫[6],这一现象即为前房相关免疫偏离（anterior chamβer associated immune deviation ,ACAID）。在ACAID中，细胞免疫反应离开Th1方向(可能被IL－10抑制)而转向Th2方向和产生抗体[7]。在角膜移植术后诱导ACAID及正常房水中存在的免疫抑制性细胞因子对植片的长期存活有关键作用。目前认为,ACAID是眼免疫赦免的核心机制。
2.1.2 TGF-β与ACAID TGF-β是房水免疫抑制活性的主要来源,它是一多肽类生长因子,对免疫反应的多个环节具有下降性调节作用。She等[8]首先证实将同种异体淋巴细胞接种于眼前房可诱导ACAID。然后,Okamoto等[9]发现将同种异体APC预先在体外含有TGF-β的液体孵育后静脉注射于处女小鼠可诱导ACAID。最近,数家实验室使用该方法在高危眼小鼠诱导供体特异性ACAID[10，11]。在这些高危受体进行移植,发现可显著延长移植片的存活时间。Streilein等[12]发现继发房水的免疫抑制活性显著下降,认为ACAID的诱导很大程度上依赖于房水抑制因子TGF-β的存在。TGF-β诱导供体特异性ACAID：Sano等[13]曾将TGF-β处理过的腹腔渗出细胞给小鼠静脉注射,从而诱导出供体特异性前房相关免疫偏离,得到这种处理的动物不表现供体特异性DTH,角膜移植排斥反应发生率明显下降。故角膜移植术后TGF-β的存在和应用对排斥反应的预防及起着重要的作用。
2.2 TGF-β与角膜移植免疫排斥反应 正常前房具有TGF-β，TNF-α，IL-4，IL-10等保护因子,这些淋巴细胞对植片不产生损害作用。当前房中保护性细胞因子缺乏或丧失,而IL-1β，IL-2，IL-12，IFN-γ等上调时则发生排斥反应[14-16]。
角膜移植排斥反应是一种多细胞参与的反应,令人感兴趣的是,在发生排斥反应大鼠的角膜缘以及在溃疡处可见大量的TGF-β阳性细胞,Sporn等[17]报道, TGF-β免疫抑制作用远大于环孢霉素Ａ,角膜移植术后,角膜中大量的TGF-β阳性细胞出现,从理论上则应推测此类细胞可能对局部的免疫反应有抑制作用,但临床上观察到的所有大鼠均发生了免疫排斥反应,可见角膜移植排斥反应并未因TGF-β阳性细胞的出现而受抑制,说明角膜移植术后局部的免疫反应是相当强烈的。此外TGF-β本身是一强有力的巨噬细胞趋化因子[18],TGF-β的存在无疑促进了巨噬细胞向角膜的涌入,巨噬细胞既可作为抗原的提呈细胞,也可分泌多种细胞活素,如白细胞介素-Ｉ(IL-1)，IL-6，IL-8及肿瘤坏死因子,这些细胞活素则可引起强烈的炎性反应并可能造成植片的破坏。此可能是角膜移植免疫排斥反应未能有效地被抑制的一个重要原因。
3 TGF-β与细胞因子
3.1细胞因子的作用方式 细胞因子通过自分泌、旁分泌和外分泌几种方式引起靶细胞的生物学变化（如有丝分裂,迁移和分化）[19]。它们结合于靶细胞膜上的特异性受体,改变靶细胞中编码相应蛋白质的mRNA的表达,从而产生特定的生物学作用。多数细胞因子只在很小的范围内起作用,只有少数的细胞因子，如TGF-β，红细胞生成素(EPO)，干细胞因子等,在正常血液中可以测出并作用于远隔部位的靶细胞。
3.2细胞因子的功能 免疫赦免相联系的细胞因子TNF-α, TGF-β,IL-4和IL-10，它们的作用是显著降低抗原引起的T细胞活化,防止对视力有不良影响的不可控制的炎症。房水中细胞因子的作用模式为低浓度、非特异性和小范围,对全身免疫,甚至眼外抗原引起的局部免疫反应也不太可能产生影响。TGF-β是一个免疫和炎症的负调节因子,在保持正常前房微环境中有重要作用。TGF-β对虹膜和睫状体的Ｆ4/80+细胞(树突状细胞或巨噬细胞)有作用,这些细胞在TGF-β存在的情况下获得诱导前房相关性免疫偏离(ACAID)的潜力。正常水平的TGF-β减少一氧化氮的合成和抑制INF-γ激活的巨噬细胞。TGF-β还能调控与免疫反应有关的多种细胞因子的效应。由于TGF-β的抗增生作用,它对正常前房有保护作用。TGF-β水平下降能引起炎症反应中细胞因子反馈机制的紊乱。在炎症时前房免疫赦免被破坏, TGF-β水平下降,巨噬细胞激活和一氧化氮增加。在急性炎症中房水TGF-β水平下降,原因是局部或全身抑制TGF-β产生,或是TGF-β结合于细胞受体或高分子蛋白。炎症高峰后,虹膜和睫状体代偿性产生TGF-β。在炎症反应中, TGF-β或降低眼内细胞增生,或发挥在ACAID中的作用来重建眼免疫赦免,因而在角膜移植中，提高TGF-β的水平是有利的。
4 TGF-β与其它器官移植免疫耐受
研究提示TGF-β具有延长角膜移植片透明存活的作用。这与用于其它组织移植的结果相近似，在胰岛：Carel等[20]将大鼠胰岛在含TGF(转化生长因子)-β的培养基中孵育7d,移植到小鼠受体,发现75%的小鼠的胰岛细胞存活时间超过100d,而对照组为14.5±1.8d,而且部分受体对第2次移植同一胰岛发生了无反应。Gill[21]使用小鼠模型,发现腹腔注射TGF-β也可延长移植的胰岛细胞的存活时间。在心脏：Wallick[22]首先报道同种异体心脏移植腹腔内每天注射重组人TGF-β1可明显延长移植物存活时间,Waltenberger等[23]在大鼠异体心脏移植模型中也证实了该现象, Qin等[24,25]用TGF-β1质粒DNApSVTGF-β1直接注射于大鼠心脏移植物并延长了其生存时间。TGF-β用于诱导移植物局部的免疫耐受,在肝脏、肾脏、骨骼系统均有类似的报道。
5 结论
TGF-β可通过改变抗原提呈细胞（antigen processing cells,APC）所分泌的细胞因子类型来参与ACAID的形成，它可诱导APC分泌TH2型细胞因子IL-10，同时抑制诱导TH-1反应的细胞因子IL-12的分泌。使免疫反应偏离TH1反应而向TH2反应进行，从而避免DH。
总之，TGF-β作为一种抑制性细胞因子，在各种器官移植免疫耐受形成中的作用已被许多实验所证实。目前,对于角膜移植诱导的免疫耐受机制的了解已越来越深入,针对于不同环节的防治角膜移植排斥，诱导免疫耐受的方法如:诱导ACAID,抗CD+4单抗,IL-1受体拮抗剂,抗白细胞功能相关抗原(LFA)的单抗等亦取得了一些效果,但对一些具体机制,还需要从细胞和分子水平上进一步阐明。诱导前房相关免疫偏离的TGF-β1以非活性形式分泌,必须转化为成熟TGF-β1才具有生物活性,因此如何检测其活性及在角膜移植免疫排斥反应中的具体机制有待进一步研究。
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