同种异体造血干细胞移植后免疫重建的检测技术

造血干细胞移植理论知识点

1.问:什么是同种异体造血干细胞移植?

答:采用健康供者的造血干细胞进行移植治疗和(或)治愈疾病的方法被称为同种异体造血干细胞移植。如果供者与患者之间是亲缘关系,则称为亲缘供者造血干细胞移植;如果造血干细胞有非亲缘关系供者提供,则称为无关供者造血干细胞移植。

2.问:什么是人类白细胞抗原?

答:人类白细胞抗原(human leukocyte antigen, 即HLA)也称为人类主要组织相容性抗原,编码这类抗原的基因群称为HLA基因复合体,位于人类第六号染色体短臂远端,其中,HLA-A、HLA-B和HLA-C基因座位编码的蛋白称为HLA-I类抗原,HLA-DP、HLA-DQ、HLA-DR基因座位编码的蛋白称为HLA-II类抗原。

3.问:进行同种异体造血干细胞移植要进行HLA配型吗?

答:无论是亲缘供者还是无关供者造血干细胞移植都需要进行HLA配型,目前HLA配型主要进行HLA-I类和HLA-II 类抗原的基因座位,其中,供者与受者HLA-A、HLA-B、HLA-DR基因座位相合最为重要。

4.问:什么是HLA高分辨率配型?

答: HLA高分辨率分型有两层含义,其一是抽取移植患者和健康供者的静脉血样本,提取DNA,应用聚合酶链反应(polymerase chain reaction, PCR)测定HLA位点的基因序列;其二是利用基因测序技术测出各自的DNA碱基序列,最后通过软件比对分析得出HLA型别。

HLA高分辨率分型技术是世界卫生组织(WHO)认定的HLA分型标准。分型的作用就是尽可能地找到HLA基因位点排列一致的供者,配型的精度决定了患者干细胞移植后的康复效果和生存质量。多数学者认为决定造血干细胞移植治疗成功的关键就是如何快速、准确地找到与患者HLA型别一致的健康供者。

5.问:供者和受者血型不合能进行造血干细胞移植吗?

答:供受者之间ABO血型不合不是造血干细胞移植的禁忌证,但如果不合,应对受者或供者进行处理,以免发生溶血,确保移植安全。ABO血型不合分为以下三种情况:

(1)ABO血型大不合,即供者含有受者不具有的ABO血型抗原,如A型或B型血供者给O型血受者捐献造血干细胞。

(2)ABO血型小不合,即供者含有受者不具有的的ABO血型抗体,如O型血供者给A型或B型血受者捐献造血干细胞。

(3)既有ABO血型大不合,又有ABO血型小不合,如A型或B型血供者给B型或A型血受者捐献造血干细胞。

ABO血型不合的处理主要是对供者骨髓或外周血进行体外预处理。当ABO血型大不合时,处理原则是利用羟乙基淀粉或血细胞分离机等骨髓或外周血中红细胞,去除95%以上的红细胞,干细胞的回收率达60-70%。当ABO血型小不合时,是否处理取决于供者血清中ABO血型抗体滴度的高低。一般认为若血清抗体滴度大于50%可发生ABO血型不合而溶血;若供者体内抗体滴度大于1:256,体外去除血浆即可;低于1:256则不需要进行处理。由此可见供受者之间ABO血型不合并不影响造血干细胞移植。

6.问:临床上造血干细胞的来源有哪些?

答:造血干细胞的来源有多种,比如外周血液、骨髓和脐带血等。在医学上,移植的干细胞来源于骨髓就叫骨髓移植;来源于外周血就叫外周血干细胞移植;来源于脐带血,就叫脐带血移植。

7.问:什么是造血干细胞动员与采集?

答:在正常生理条件下,骨髓中造血干细胞大约占有核细胞的0.5%,外周血中含量极少,仅占骨髓的1-10%,不能满足移植的需要。使用造血干细胞动员剂可促使骨髓中造血干细胞(CD34+细胞)迁移到外周血循环中,使外周血中造血干细胞数量显著增加,再用血细胞分离机分离采集供者外周血中单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC),其中富含有大量的造血干细胞,可满足移植的需要。

常用的造血干细胞动员剂有:1)粒细胞集落刺激因子(G-CSF),其作用主要是刺激骨髓多能干细胞早期增殖与分化;2)普乐沙福,其作用机制是与趋化因子受体(CXCR4)结合,阻断基质细胞衍生因子-1(SDF-1)与CXCR4结合,从而阻断干细胞/祖细胞的归巢,促进其进入外周血,临床上G-CSF联合普乐沙福可显著增强造血干细胞的动员效果。

8.问:干细胞移植的过程大概是怎样的?

答:首先最好选择疾病缓解期进行,此时没有出现感染等并发症,也没有严重的合并症,比如心脏病等,这样能够让患者获得最大的治愈机会。同时,要寻找HLA型别匹配的造血干细胞,遵循优中选优的原则。比如首先选择HLA系统全相合的造血干细胞;如果没有全相合的,就可以从有血缘关系的亲属中寻找具有半相合的造血干细胞;或者从骨髓库中寻找没有血缘关系,但是匹配度比较高的骨髓造血干细胞或者脐带血干细胞。

当患者病情稳定了,同时也找到了合适的骨髓,就可以安排病人进行移植了。

移植的过程:首先患者需要进入无菌病房,也称为净化仓,实际上就是一种空气被过滤的无菌病房。进到无菌病房后,需要用多种药物进行预处理,想办法把患者体内异常的骨髓造血干细胞清理掉,相当于给即将移植进来的造血干细胞挪出位置。然后,将供体的造血干细胞像输血一样,输到患者体内。造血干细胞有个特点即归巢功能,也就是输到患者外周血液中的干细胞,会自动地通过循环系统,回归到骨髓之中,重建患者的骨髓造血功能,这个归巢的过程大概需要两周。待植入的造血干细胞在患者体内成功造血,产生了红细胞、白细胞、血小板等血细胞后,就说明移植成功了,也称为植活。

植活后,还要进行移植后的处理,比如使用免疫抑制剂。而且,患者的造血功能重建后,免疫系统会逐渐重建,但是一般需要一年甚至更久,因此这期间的重点就是预防感染,避免去公共场所,尽量待在比较干净的环境里。

9.问:什么是免疫重建?

答:造血干细胞移植后,患者免疫免疫系统的恢复即为免疫重建。

10.问:造血干细胞移植后免疫重建的过程一般是怎样的?

答:免疫重建过程相当复杂,很多机制和现象尚未完全阐明。一般包括几类重要的免疫细胞及免疫分子家族的重建:天然免疫系统的NK细胞、适应性免疫系统的T细胞和B细胞、抗原提呈细胞及抗体(即免疫球蛋白)的产生。现在对自体或同种异体造血干细胞移植的免疫重建过程有了更多的了解,二者有一些相似之处,但同种异体免疫系统的植入更为复杂。

移植后最初几周的特征是淋巴细胞减少症,紧随其后的是NK细胞的快速恢复和以CD8+T细胞为主的T细胞慢速恢复。在最初的几个月,T细胞的恢复是不规则的,开始以数个T细胞克隆扩增为主,大约一年后,随着胸腺功能的恢复,CD4+T细胞水平恢复并产生新的胸腺来源T细胞。B细胞及其抗体的恢复比较慢,免疫球蛋白水平恢复通常在6—12个月达到正常水平,其中IgA的恢复需要更长时间。

11.问:天然免疫细胞的恢复过程怎样?

答:不管是在自体还是同种异体造血干细胞移植中,NK细胞是第一个恢复正常水平的免疫细胞,一般在移植后第一个月内。随着淋巴细胞生长因子特别是IL-12和IL-15表达的增加,刺激了NK细胞快速地由CD34+细胞生成。移植物来源的抗原提呈细胞(包括单核/巨噬细胞、树突状细胞(包括髓系和浆系)、朗格汉斯细胞等)在移植后数周内开始产生,大约在6个月时间完全内恢复。

12.问:T细胞的恢复过程怎样?

答:造血干细胞移植后T细胞的及时恢复是由输注的胸腺后T细胞(大部分组分是免疫记忆细胞)完成的,后期的T细胞主要在骨髓内由源于CD34+细胞的前T细胞发育而来,并在胸腺中构建一个新的免疫池。CD8+T细胞的恢复快于CD4+T细胞,这会导致细胞免疫有一定的缺陷。移植后,为了应对淋巴细胞减少症,淋巴因子IL-2、IL-12、IL-15和IL-18大量分泌,从而促进移植的淋巴细胞大量增殖。有研究表明:如果移植的供者之前感染过巨细胞病毒(CMV),那么移植后受者T细胞可以快速扩增,并且能在移植后的几周内控制体内重新活化的CMV病毒;相反,如果供者之前没有感染过CMV病毒,那么受者获得针对CMV的免疫能力会慢得多,有时需要几个月才能产生足够强的免疫反应。

13.问:移植后会产生排斥反应吗?

答:会发生排斥反应的。老百姓常说的排斥反应一般是指,一个外来的器官移植到患者身体后,患者本身的免疫系统会把这个器官当作外来物给排斥掉,导致移植失败,这多见于实体器官的移植,比如肾移植、心脏移植、肝移植等。但是,对于造血干细胞移植恰恰相反,造血干细胞移植所产生的排斥反应是指移植进去的造血干细胞攻击患者自己的组织器官,导致患者出现不良反应,这叫做移植物抗宿主病(graft versus host disease, GVHD)。

移植物抗宿主病分为急性和慢性两种,急性的发生于移植后3个月以内,主要出现皮疹,肝功能异常(特别是黄疸),还有消化道症状,比如腹痛、腹泻、恶心呕吐等。慢性的就会复杂一些,一般发生于移植3个月以后,有的是急性转化而来的。

但实际上,发生排斥反应的几率比较低,外周血干细胞移植和骨髓造血干细胞移植发生排斥几率是1%~2%,脐带血移植发生排斥反应的几率是5%~8%。

14.问:移植物抗宿主反应的免疫学机制?

答:移植物抗宿主反应(graft versus host reaction, GVHR)是由移植物中抗原特异性淋巴细胞识别宿主组织抗原所致的排斥反应,这种排斥反应一旦发生,非常凶险,难以逆转,常给患者带来严重后果。GVHR发生需要一些特定条件:①宿主与移植物间HLA型别不符;②移植物中含有足够数量免疫细胞,尤其是成熟的T细胞;③宿主处于免疫失能或免疫功能严重缺损状态。GVHR常见于骨髓(造血干细胞)、胸腺、脾脏移植,偶尔在新生儿接受大量输血时发生。GVHR的严重程度和发生率主要取决于供、受者间HLA型别匹配程度,也与次要组织相容性抗原密切相关。

GVHR发生的主要机制:移植物中成熟T细胞被宿主型别不同的组织相容性抗原激活,增殖分化为效应T细胞,对宿主组织器官发动免疫攻击。同时,活化的T细胞释放IL-2、IFN-γ、TNF-α等大量细胞因子,一方面导致供者T细胞进一步激活,形成正反馈环路,另一方面过量细胞因子本身具有细胞毒作用,并可激活CTL、NK细胞等,直接发挥细胞毒作用。

急性GVHR以皮肤、肝脏(尤其是胆管上皮)和胃肠道上皮细胞死亡为特征,临床表现为皮疹、黄疸、腹泻和胃肠道出血,严重者皮肤和胃肠道粘膜剥落,并易继发感染危及生命;慢性GVHR 以一个器官或多个器官纤维化或萎缩为特征,也可能牵涉到肺部,引起闭塞性小支气管炎,严重时可导致波及器官的功能完全丧失。

骨髓移植物中供者来源的免疫细胞对受者体内残存的白血病细胞可发动攻击,此为移植物抗白血病反应(graft versus leukemia reaction,GVLR)。临床研究显示,自体或同基因骨髓移植复发率高,但HLA型别相合的异基因骨髓移植复发率则显著降低,提示GVHR对防止骨髓移植后白血病复发具有重要意义。GVLR可被视为特殊类型的GVHR,其针对的抗原包括次要组织相容性抗原、相对特异性的血细胞抗原、白血病特异性抗原及某些在白血病时表达增高的正常蛋白等。

15.问:器官移植供者选择的一般原则有哪些?

答:器官移植成败主要取决于供、受者间的组织相容性。因此,术前须进行严格的组织配型,尽可能选择较理想的供者。

1.血型的配合 一般原则是供、受者同血型移植,或按输血原则进行移植。

2.HLA配型 一般程序是先对等待移植的受者群进行HLA分型(临床上常规监测HLA-A、HLA-B和HLA-DR三个基因座位),将其资料整理成数据库;当有合适的供者时,对供者进行HLA分型。然后将供、受者HLA分型结果进行比对,按照HLA六抗原匹配原则或氨基酸残基配型原则,采用人工方法或配型软件,筛选出相匹配的供、受者(一般要求达到半相合的匹配标准)。骨髓移植时,易发生 GVHR,且不易被免疫抑制剂所控制,故对HLA配型的要求特别高。

3.群体反应性抗体(panel reactive antibody,PRA)检测 PRA即受者体内抗HLA抗体(属IgG类),由于HLA在人群中高度多态性,相应的抗体种类也是多种多样。如果受者在曾经的输血、妊娠或器官移植中接触过他人HLA,则会产生抗HLA抗体。PRA ≤10%为阴性。移植前受者需常规进行PRA检测。如果受者等待移植的时间过长,需3-6月检测1次。当PRA>10%时,需3月检测1次。术前和术后动态监测PRA,有利于预测和诊断排斥反应。

4.交叉配型 即淋巴细胞毒交叉实验。HLA分型技术尚难以检出某些同种抗原的差异,故有必要进行交叉配型,这在骨髓移植中特别重要。交叉配型的方法有两种,一种方法是将供者和受者淋巴细胞互为反应细胞,即做两组单向混合淋巴细胞培养,两组中任何一组反应过强,均提示供者选择不当;另一种方法是采用供者新鲜淋巴细胞作为抗原,加入移植受者新鲜血清共同孵育,在补体的作用下,如果受者血清中含有抗供者HLA抗体,即可杀伤供者淋巴细胞。淋巴细胞死亡率≤10%为阴性。交叉配型是移植前最后的、必备的免疫学筛查,即使PRA结果阴性也不能省略交叉配型试验。


【参考文献】

1.陈虎 主译.《造血干细胞移植移植的临床实践》(北京大学医学出版社)

2.曹雪涛 主编 国家卫生和计划生育委员会“十二五”规划教材《医学免疫学》(人民卫生出版社)

3.龚非力 主编 普通高等教育“十一五”国家规划教材《医学免疫学》(第三版)(科学出版社)

4.Charles A. Janeway Jr. <Immunology Biology > 9th, Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC