急性抗體介導(dǎo)排斥反應(yīng)中能量代謝失衡致移植物損傷機(jī)制的研究進(jìn)展

周禹瑄，張勇

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院泌尿外科，北京100050

器官移植是挽救終末期器官衰竭患者的重要手段。但目前器官移植仍面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，如供體嚴(yán)重短缺、移植排斥反應(yīng)以及器官移植相關(guān)的法規(guī)尚不完善等。同種異體組織或器官移植后，外來(lái)的組織或器官作為一種“異已成分”被受者免疫系統(tǒng)識(shí)別，并針對(duì)移植物發(fā)起攻擊、破壞、清除等免疫學(xué)反應(yīng)，這一過(guò)程被稱為排斥反應(yīng)。排斥反應(yīng)是影響移植物存活的重要因素之一，其發(fā)生機(jī)制主要涉及細(xì)胞免疫和體液免疫兩個(gè)方面。細(xì)胞免疫常在急性排斥反應(yīng)中起主導(dǎo)作用，而體液免疫在排斥反應(yīng)中亦發(fā)揮著重要作用，尤其是超急性排斥反應(yīng)和慢性排斥反應(yīng)。這種以抗體、補(bǔ)體等體液免疫效應(yīng)因子介導(dǎo)的急性排斥反應(yīng)被稱為急性抗體介導(dǎo)排斥反應(yīng)（AMR），是導(dǎo)致移植物損傷的首要原因，也是器官移植面臨的難題之一。能量代謝是指體內(nèi)物質(zhì)代謝過(guò)程中所伴隨著能量釋放、貯存、轉(zhuǎn)移和利用的過(guò)程，是維持人體生命活動(dòng)的基本環(huán)節(jié)。能量代謝失衡會(huì)引起細(xì)胞、組織或器官的代謝特征改變，從而影響其正常的結(jié)構(gòu)和功能。有學(xué)者認(rèn)為，能量代謝失衡還會(huì)通過(guò)多種途徑影響移植排斥反應(yīng)。本文結(jié)合文獻(xiàn)就AMR 能量代謝失衡致移植物損傷的研究進(jìn)展作一綜述。

1 AMR致移植物損傷概述

在器官移植過(guò)程中常發(fā)生排斥反應(yīng)，按其發(fā)生機(jī)制可分為細(xì)胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)和抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)兩種。AMR 通常發(fā)生在器官移植術(shù)后數(shù)小時(shí)至一個(gè)月內(nèi)，是一種可導(dǎo)致移植物功能突然減退的急性排斥反應(yīng)。AMR 常規(guī)抗排斥治療效果不理想，臨床預(yù)后較差。因此，早期診斷AMR，及時(shí)阻斷抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，是減輕移植物損傷和保證移植物長(zhǎng)期存活的關(guān)鍵［1］。

AMR 致移植物損傷的機(jī)制主要有兩種：一種是過(guò)敏性排斥反應(yīng)，即受者在器官移植前因輸血、移植或妊娠等原因，體內(nèi)已形成預(yù)存抗體，移植物進(jìn)入體內(nèi)后，預(yù)存抗體與移植物上的抗原結(jié)合，激活補(bǔ)體系統(tǒng)，從而攻擊移植物血管內(nèi)皮細(xì)胞，造成移植物缺血壞死；另一種是移植物上的抗原直接刺激并激活受者免疫系統(tǒng)，使受者B 細(xì)胞產(chǎn)生供者特異性抗體（DSA），這些DSA既可激活補(bǔ)體系統(tǒng)，又可誘導(dǎo)抗體依賴性細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒作用，從而攻擊移植物，造成移植物損傷甚至失活。

依據(jù)Banff-2017 移植腎病理分類方案，活動(dòng)性AMR 的診斷需要滿足以下條件：急性組織損傷組織學(xué)證據(jù)；現(xiàn)在或近期抗體與血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用證據(jù)；血清DSA陽(yáng)性（HLA或其他抗原的DSA）［2］。

2 AMR中能量代謝失衡致移植物損傷的機(jī)制

能量代謝是指體內(nèi)物質(zhì)代謝過(guò)程中所伴隨著能量釋放、貯存、轉(zhuǎn)移和利用的過(guò)程，是維持人體生命活動(dòng)的基本環(huán)節(jié)。能量代謝一方面為生命活動(dòng)提供能量，另一方面為維持生命活動(dòng)必需物質(zhì)的生物合成提供豐富的底物。能量代謝失衡會(huì)引起細(xì)胞、組織或器官的代謝特征改變，從而影響其正常的結(jié)構(gòu)和功能。在AMR 中，能量代謝失衡能夠從細(xì)胞、分子和器官三個(gè)層面上引起移植物損傷［3］。

2.1 免疫細(xì)胞能量代謝失衡致移植物損傷

2.1.1 B細(xì)胞能量代謝失衡致移植物損傷 B細(xì)胞的主要功能是呈遞抗原、產(chǎn)生抗體和分泌細(xì)胞因子參與免疫調(diào)節(jié)。在自身免疫性疾病中，B 細(xì)胞可作為致病性淋巴細(xì)胞發(fā)揮作用。在B細(xì)胞分化和活化過(guò)程中，其能量代謝方式會(huì)發(fā)生顯著變化。在B 細(xì)胞分化過(guò)程中，其代謝方式以氧化磷酸化為主，然而B 細(xì)胞前體細(xì)胞受能量代謝限制，過(guò)度激活可誘導(dǎo)前體B 細(xì)胞死亡。B 細(xì)胞活化則依賴氧化磷酸化和糖酵解所產(chǎn)生的能量，使B細(xì)胞進(jìn)入高代謝狀態(tài)，以提高氧化磷酸化為主，糖酵解則為核苷酸合成提供底物，活化的B細(xì)胞主要底物是谷氨酰胺，線粒體呼吸功能由腺苷酸活化的蛋白激酶（AMPK）維持。B 細(xì)胞活化后分化為漿細(xì)胞，漿細(xì)胞分泌抗體發(fā)揮免疫效應(yīng)。漿細(xì)胞可直接消耗長(zhǎng)鏈脂肪酸，而葡萄糖分解產(chǎn)生的丙酮酸則可作為漿細(xì)胞的備用代謝底物。雖然糖酵解可補(bǔ)充三磷酸腺苷（ATP），但漿細(xì)胞攝取的大部分葡萄糖還是通過(guò)己糖胺生物合成途徑進(jìn)行抗體糖基化［4-5］。

發(fā)生AMR 后，B 細(xì)胞的能量代謝失調(diào)、免疫耐受功能遭到破壞，導(dǎo)致B細(xì)胞功能異常，在炎癥因子刺激下，B 細(xì)胞活化、降解抗原，并通過(guò)MHC Ⅱ類分子重新呈遞抗原片段。這些分子能夠以間接的抗原呈遞方式與Th2 細(xì)胞相互作用，促進(jìn)活化的B 細(xì)胞分化為漿細(xì)胞并產(chǎn)生DSA。DSA 可能是受者原有的，也可能是移植后新產(chǎn)生的，B 細(xì)胞遷移至淋巴結(jié)形成生發(fā)中心，并經(jīng)歷增殖、多樣化和增加抗原親和力等過(guò)程，放大抗原抗體反應(yīng)。同種異型抗原、B 細(xì)胞活化因子及其他因素共同打破了上述平衡，使得DSA攻擊移植物，最終導(dǎo)致移植物損傷［6］。

2.1.2 T 細(xì)胞能量代謝失衡致移植物損傷 CD4+T 細(xì)胞可促進(jìn)B 細(xì)胞的活化、增殖和分化，誘導(dǎo)高親和力抗體產(chǎn)生，是機(jī)體適應(yīng)性免疫的重要組成部分。T 細(xì)胞激活和分化的關(guān)鍵是葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT1）增加。T 細(xì)胞通過(guò)GLUT1提高葡萄糖攝入量，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)成熟和效應(yīng)T 細(xì)胞增殖。在T 細(xì)胞活化過(guò)程中，初始T 細(xì)胞遇到抗原呈遞細(xì)胞時(shí)，T 細(xì)胞抗原受體（TCR）與呈遞的抗原親和力升高，在促炎環(huán)境中，T細(xì)胞代謝水平升高，激活A(yù)MPK，同時(shí)TCR 復(fù)合體還可促進(jìn)糖酵解，增加鈣依賴性活性氧（ROS）產(chǎn)生，促進(jìn)T 細(xì)胞線粒體攝取鈣離子，進(jìn)一步激活T 細(xì)胞氧化磷酸化，產(chǎn)生大量ATP 及代謝副產(chǎn)物［7-8］。AMPK 和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號(hào)通路在調(diào)節(jié)T 細(xì)胞能量代謝過(guò)程中發(fā)揮核心作用。AMPK 作為一種營(yíng)養(yǎng)和能量傳感器，可感知細(xì)胞內(nèi)ATP 水平。在低ATP 環(huán)境下，AMPK可通過(guò)磷酸化特異性的酶和位點(diǎn)，增加ATP 生成并降低其消耗，以此來(lái)維持能量平衡。AMPK 信號(hào)通路可通過(guò)驅(qū)動(dòng)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和谷氨酰胺水解基因表達(dá)來(lái)維持細(xì)胞能量代謝［9］。mTOR 是PI3K 相關(guān)激酶家族中的一種絲氨酸/酪氨酸蛋白激酶，可整合多種細(xì)胞外信號(hào)，從而參與基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、核糖體合成等生物學(xué)過(guò)程，在細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡、自噬及代謝等過(guò)程中發(fā)揮重要作用［10-11］。

CD4+T細(xì)胞在誘導(dǎo)DSA產(chǎn)生及抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。發(fā)生AMR 后，B 細(xì)胞識(shí)別并內(nèi)吞抗原，進(jìn)一步處理形成抗原肽-MHC Ⅱ類分子復(fù)合物，供輔助性T 細(xì)胞識(shí)別，激活B 細(xì)胞進(jìn)入濾泡并增殖形成生發(fā)中心，進(jìn)一步分化并產(chǎn)生高親和力抗體，從而引起抗原抗體反應(yīng)，造成移植物損傷［12］。

2.1.3 巨噬細(xì)胞能量代謝失衡致移植物損傷 巨噬細(xì)胞是一種重要的免疫細(xì)胞，具有高度異質(zhì)性，主要分為M1 型巨噬細(xì)胞和M2 型巨噬細(xì)胞兩個(gè)亞群。除了產(chǎn)生ATP 外，巨噬細(xì)胞還可通過(guò)糖酵解和磷酸戊糖途徑促進(jìn)核酸、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)合成［13］。M1型巨噬細(xì)胞傾向于有氧糖酵解進(jìn)行能量代謝，可被脂多糖或Th1細(xì)胞因子激活，產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，發(fā)揮促炎作用。M2 型巨噬細(xì)胞傾向于通過(guò)氧化磷酸化進(jìn)行能量代謝，可被Th2 細(xì)胞因子IL-4、IL-13 激活，產(chǎn)生抑炎細(xì)胞因子，發(fā)揮抗炎作用［14］。GLUT1 在巨噬細(xì)胞中被LPS刺激后過(guò)表達(dá)，導(dǎo)致葡萄糖攝取增加，巨噬細(xì)胞的代謝模式由氧化磷酸化轉(zhuǎn)化為有氧糖酵解，通過(guò)此途徑將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，使它們能夠重新利用線粒體產(chǎn)生ROS，而不是ATP。因此，ROS 的產(chǎn)生穩(wěn)定了缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）并促使促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生［15］。

AMR 致移植物損傷的核心機(jī)制是移植物纖維化。有研究報(bào)道，巨噬細(xì)胞數(shù)量與移植物損傷程度呈正相關(guān)關(guān)系，其中M2 型巨噬細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)移植物組織修復(fù)并進(jìn)一步導(dǎo)致其纖維化，器官移植術(shù)后巨噬細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞增加則可能預(yù)示AMR 發(fā)生［16］。巨噬細(xì)胞還與B 細(xì)胞、血小板存在密切聯(lián)系，不僅可成為相互激活的始動(dòng)因素，又可激活后相互作用，從而導(dǎo)致移植物損傷。但在移植排斥反應(yīng)過(guò)程中，巨噬細(xì)胞既可作為炎癥的效應(yīng)細(xì)胞，促進(jìn)免疫反應(yīng)發(fā)生，又可作為免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞，誘導(dǎo)機(jī)體免疫耐受，抑制免疫應(yīng)答。

2.1.4 中性粒細(xì)胞能量代謝失衡致移植物損傷 中性粒細(xì)胞來(lái)源于骨髓干細(xì)胞，屬于多形核粒細(xì)胞。成熟的中性粒細(xì)胞中只有少量線粒體，其線粒體呼吸作用消耗的葡萄糖僅占細(xì)胞消耗全部葡萄糖的5%。因此，中性粒細(xì)胞的三羧酸循環(huán)水平很低，主要依靠磷酸戊糖途徑進(jìn)行糖代謝。在靜息狀態(tài)下，中性粒細(xì)胞的代謝水平很低，而當(dāng)吞噬作用發(fā)生后，磷酸戊糖途徑的相關(guān)酶活性可提高10～20 倍，以保證產(chǎn)生充足的ROS而發(fā)揮生物學(xué)功能。

中性粒細(xì)胞通過(guò)攻擊組織、創(chuàng)造炎癥環(huán)境和形成新表位，在自身免疫性疾病發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。AMR 發(fā)生后，中性粒細(xì)胞被募集到同種異體移植物中，通過(guò)產(chǎn)生ROS 以及多種組織消化酶和中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶介導(dǎo)細(xì)胞損傷，并通過(guò)獨(dú)特的程序性細(xì)胞死亡形式介導(dǎo)移植物細(xì)胞損傷。但中性粒細(xì)胞也可調(diào)節(jié)免疫耐受，抑制T細(xì)胞反應(yīng)，并促使巨噬細(xì)胞向M2表型極化［17］。

2.2 移植物能量代謝失衡致移植物損傷的機(jī)制 器官離體后，移植物將不可避免地經(jīng)歷低氧環(huán)境。代謝重編程是移植物細(xì)胞的重要調(diào)節(jié)途徑。當(dāng)氧濃度較低時(shí)，細(xì)胞可通過(guò)增加糖酵解來(lái)產(chǎn)生ATP，從而維持細(xì)胞正常的能量供給。細(xì)胞的能量代謝途徑對(duì)于葡萄糖、氨基酸、核苷酸和脂肪酸之間的碳交換至關(guān)重要，必要時(shí)脂肪酸和氨基酸也可作為底物進(jìn)入三羧酸循環(huán)。因此，細(xì)胞可在主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧濃度變化時(shí)改變能量和底物需求，以維持細(xì)胞的正常功能［18］。

在器官移植過(guò)程中，移植物細(xì)胞內(nèi)環(huán)境改變?cè)斐裳装Y反應(yīng)和ROS 聚集，進(jìn)而導(dǎo)致移植物功能恢復(fù)延遲，從而影響移植物的遠(yuǎn)期結(jié)局。此外，移植物細(xì)胞內(nèi)環(huán)境改變還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)新的抗原表位，這些抗原表位的產(chǎn)生機(jī)制有兩種：一種是在器官離體經(jīng)歷低氧環(huán)境后，細(xì)胞膜原本致密的磷脂三維空間結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致可被抗原呈遞細(xì)胞識(shí)別的分子暴露出來(lái)；另一種是原本處于細(xì)胞內(nèi)部的抗原，由于細(xì)胞膜受損或滲透壓改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的抗原被抗原呈遞細(xì)胞識(shí)別，誘發(fā)或加重移植后排斥反應(yīng)，從而對(duì)移植物造成不可逆性損傷［19-20］。

2.3 影響能量代謝分子致移植物損傷的機(jī)制 細(xì)胞能量代謝高度依賴蛋白質(zhì)或酶等分子參與，這些分子可通過(guò)催化底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或與細(xì)胞靶點(diǎn)結(jié)合，從而影響細(xì)胞的代謝水平，甚至改變細(xì)胞的代謝特征。本文主要闡述膜外三磷酸腺苷二磷酸水解酶1（NTPDase-1）和缺氧誘導(dǎo)因子1（HIF-1）這兩種影響能量代謝分子致移植物損傷的機(jī)制。

2.3.1 NTPDase-1 與移植物損傷 NTPDase-1 是一種廣泛表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞及各種免疫細(xì)胞的水解酶，其生物學(xué)功能是催化水解細(xì)胞外的ATP 和二磷酸腺苷（ADP）轉(zhuǎn)化為磷酸腺苷（AMP），在水解過(guò)程中ATP 和ADP 釋放能量，維持胞外AMP 的動(dòng)態(tài)平衡，使免疫細(xì)胞維持在靜息狀態(tài)［21］。

AMR發(fā)生后，移植物受到DSA攻擊，同時(shí)還可通過(guò)活化免疫細(xì)胞對(duì)移植物造成免疫和炎癥損傷，在諸多因素的共同作用下導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷。血管內(nèi)皮上的NTPDase-1結(jié)構(gòu)和功能被破壞，不能正常催化水解細(xì)胞外ADP 轉(zhuǎn)化為AMP，導(dǎo)致細(xì)胞外ADP 蓄積。細(xì)胞外ADP 可與血小板表面特異性受體結(jié)合，迅速激活血小板，血小板的代謝產(chǎn)物可激活白細(xì)胞分泌白三烯，后者可使中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮，血小板激活因子則可增加血管通透性，二者共同損傷血管內(nèi)皮；而損傷的血管內(nèi)皮進(jìn)一步募集血小板，激活凝血因子，形成凝血瀑布級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終對(duì)移植物造成不可逆性損傷。除上述損傷機(jī)制外，微血栓形成也是造成移植物不可逆性損傷的重要原因［22］。如果微血栓持續(xù)存在，則可造成移植物局灶性壞死，導(dǎo)致移植物功能障礙。因此，阻斷血小板活化、黏附和聚集或許是抑制AMR的有效途徑。

當(dāng)B 細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，NTPDase-1 正常水解胞外ADP，使胞外AMP 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。但當(dāng)AMR 發(fā)后時(shí)，NTPDase-1 功能異常，胞外ADP 蓄積并作為B 細(xì)胞活化的始動(dòng)因素，促使部分B 細(xì)胞分化為漿細(xì)胞，繼而產(chǎn)生DSA，引起抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致移植物損傷。有研究表明，在腎移植術(shù)后發(fā)生AMR時(shí)，B細(xì)胞NTPDase-1活性顯著增強(qiáng)，從而引起移植腎間質(zhì)纖維化［23］。

此外，AMR 發(fā)生后胞外ADP蓄積還可活化巨噬細(xì)胞，而活化的巨噬細(xì)胞能夠直接攻擊并吞噬移植物細(xì)胞、呈遞抗原、分泌免疫因子，誘導(dǎo)自身免疫應(yīng)答，繼而對(duì)移植物造成不可逆性損傷［24］。

2.3.2 HIF-1與移植物損傷 HIF-1是一種低氧誘導(dǎo)結(jié)合蛋白，是誘導(dǎo)低氧基因表達(dá)和促使細(xì)胞適應(yīng)低氧內(nèi)環(huán)境的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。HIF-1 主要由HIF-1α和HIF-1β 兩個(gè)亞單位組成。HIF-1α 對(duì)氧氣十分敏感。在低氧環(huán)境下，HIF-1α進(jìn)入細(xì)胞核，作用于靶基因的低氧反應(yīng)元件上，激活靶基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。HIF-1α有數(shù)百種靶基因，可影響諸多病理生理過(guò)程。

脯氨酰羥化酶（PHD）是調(diào)節(jié)HIF-1 活性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵酶。在缺氧條件下，PHD 活性被抑制，HIF-1 穩(wěn)定表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)并促進(jìn)多種基因轉(zhuǎn)錄。在氧含量正常條件下，HIF-1α 會(huì)被PHD 羥基化，被泛素-蛋白酶水解復(fù)合體降解［25］。移植過(guò)程會(huì)出現(xiàn)缺氧情況，而缺氧會(huì)導(dǎo)致免疫細(xì)胞的靜息狀態(tài)受到影響，導(dǎo)致AMR 發(fā)生，進(jìn)一步加重移植物細(xì)胞能量代謝失衡。KOCYIGIT 等［26］研究報(bào)道，p-AKT、p-S6和HIF-1α 表達(dá)以及供體類型、冷缺血時(shí)間和供體年齡與移植腎功能延遲恢復(fù)（DGF）有關(guān)；進(jìn)一步多因素分析發(fā)現(xiàn)，HIF-1α 表達(dá)和供體類型是DGF 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。以上研究表明，HIF-1α 表達(dá)上調(diào)可能是腎移植術(shù)后早期恢復(fù)的一個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)。

綜上所述，AMR 發(fā)生后，免疫細(xì)胞能量代謝失衡可導(dǎo)致免疫功能紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致移植物損傷；當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)歷低氧環(huán)境后，移植物出現(xiàn)能量代謝失衡，移植物細(xì)胞將暴露新的抗原表位，繼而被免疫系統(tǒng)識(shí)別并清除，誘發(fā)或加重移植后排斥反應(yīng)，從而對(duì)移植物造成不可逆性損傷；NTPDase-1、HIF-1 等影響能量代謝分子可通過(guò)催化底物分解和結(jié)合細(xì)胞特定靶點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)體代謝水平，改變移植物細(xì)胞能量代謝失衡進(jìn)程，從而影響移植物長(zhǎng)期預(yù)后。但能量代謝失衡與AMR 致移植物損傷的具體機(jī)制仍不完全清楚，尚需進(jìn)一步研究和探索。