同种心脏瓣膜、带瓣血管的免疫原性及其移植后受体细胞替换
作者：于建华
单位：于建华综述 李守先审校 山东医科大学附属医院，心外科，山东省济南市，250012
关键词：同种心脏瓣膜；大动脉；免疫原性；受体细胞替换
中国循环杂志990433 李守先审校
摘要：液氮冻存的人同种异体心脏瓣膜、带瓣血管(CVH)的耐久性及其远期疗效是影响其临床应用的主要因素。CVH移植后的远期疗效(12～15年后)，与植入时供体组织活性的保持及其程度、植入后受体免疫排斥反应的有无及其程度、受体细胞替换供体组织的有无及其程度均有着密切的关系。本文就CVH的免疫原性及其移植后免疫排斥反应、移植后受体细胞替换供体组织方面的实验研究和临床研究结果作一简述。
近30年来，液氮冻存的人同种异体心脏瓣膜、带瓣血管(CVH)较广泛地用于先天性或后天性心脏疾病的外科治疗[1，2]。CVH移植后的远期疗效(12～15年后)，与植入时供体组织活性、植入后受体免疫排斥反应、受体细胞替换供体组织过程均有着密切的关系[3]。
, 百拇医药
1 带瓣血管是否具有免疫原性
以往多数学者认为：CVH即使有免疫原性，其程度也很弱[3～5]。近年研究发现：CVH具有免疫原性；其移植后所激发的特异性慢性免疫排斥反应是导致移植术后远期CVH瓣叶及CVH发生退行性变、瓣叶坏损的主要原因之一[6～9]。Zhao等[6]行大鼠同种带瓣主动脉(CAVH)移植和CAVH细胞与受体脾淋巴细胞混合培养研究发现：CAVH移植后能导致特异性细胞和体液免疫反应，与同种皮片移植极为相似，但是程度较弱并较缓慢达到高峰；混合细胞培养则导致受体的诱导T细胞(CD4+)、细胞毒T细胞(CD8+)细胞比率增加；CAVH的内皮细胞和基质中白细胞能够表达主要组织相容性抗原复合物Ⅰ型抗原、CAVH瓣叶基质的树突状细胞则可表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原。Hamer等[8]对儿童CAVH移植术后采血行人白细胞抗体分析，发现50%患儿血清中有细胞毒性人血细胞抗体，其中75%患儿的人白细胞抗体是特异性地针对CAVH的人白细胞抗原的；临床上也表现出植入CAVH瓣叶的退行性变。认为CVH退行性变是由免疫排斥反应所介导的。
, 百拇医药
2 带瓣血管中不同细胞的免疫原性的差异
内皮细胞：是CVH中免疫原性最强的部分[9]；位于CVH瓣叶和动脉内膜表面及动脉外膜的毛细血管内膜表面。能够较强地表达主要组织相容性抗原复合物Ⅰ型抗原[10]、亦可被诱导表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原和在移植后呈持续的、较低水平的粘附分子表达(内皮-白细胞粘附分子-1、细胞间粘附分子-1、血管细胞粘附分子)[11]。在CVH的采集、灭菌和保存过程中，保存好内皮细胞、防止其脱落，有利于CVH移植后再内皮化、防止血栓形成和抑制钙化，但同时亦增加了CVH的免疫原性；失去内皮细胞则可增加血栓形成的机率，内皮下层成纤维细胞易受损伤而引起CVH瓣叶的退行性变。
平滑肌细胞：免疫原性仅次于内皮细胞。位于CVH瓣叶基质中和动脉壁的中层。具有表达细胞免疫反应的效应细胞(CD8+细胞)所能识别的人血细胞Ⅰ型抗原和参与细胞免疫反应初期的人血细胞Ⅱ型(主要是人血细胞Ⅱ型抗原DR亚区)抗原的能力[12]。
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成纤维细胞：位于CVH瓣叶基质、动脉壁的内膜下层和外膜，是CVH中免疫原性最弱的细胞成分，不能表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原。
心肌细胞：具有较强的免疫原性，能够较强地表达主要组织相容性抗原复合物Ⅰ型抗原[6]。
树突状细胞：位于CVH瓣叶基质和动脉内皮下层中，具有强免疫原性，主要表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原[6]。CVH移植后供体组织中未成熟的树突状细胞由供体向受体的二级淋巴组织(脾脏)迁移，以一种非特异性抗原的形式成熟为有繁殖能力的免疫刺激细胞、激活受体中静止的T淋巴细胞[13]。
3 带瓣血管移植后受体细胞替换对其耐久性的作用
受体细胞、纤维能够长入并替换CVH的细胞和组织，既是CVH区别于异种生物瓣膜的特征之一，也是其具有较好的耐久性的原因之一[14]。其机制主要是：①受体细胞(主要是成纤维细胞)长入CVH组织中可以维持和重塑其基质正常和完整的胶原组织结构，从而保持CVH的耐久性。②受体细胞替换CVH细胞，使供体细胞在CVH中所占比例减少，从而可减少CVH的免疫原性、减轻免疫排斥对CVH的损伤。③受体内皮细胞覆盖CVH内膜(CVH的再内皮化)，不但能够防止血栓形成、抑制钙化从而提高CVH的耐久性；而且可以隔离循环血液、起到封闭抗原的作用，使CVH的免疫原性下降、免疫性损伤减轻。
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O’Brien等[3]在1例移植术后9年的同种主动脉(AVH)瓣叶上培养出活的、受体的成纤维细胞。Angell等[15]在植入术后6个月的AVH上亦发现有活的受体成纤维细胞存在。Gavin等[16]对AVH植入术后(14～442周)行Ⅱ期手术的患者的AVH瓣膜行组织病理学研究，发现AVH瓣膜均表现有细胞反应：沿着AVH瓣膜边缘有巨噬细胞、淋巴细胞、肉芽组织增生，并有受体胶原组织进行性地替换供体主动脉壁。表明宿主纤维逐渐替换植入的AVH组织，而这一过程在不同的瓣膜、甚至在同一瓣膜的不同瓣叶上的发生速度都是不同的。
4 带瓣血管免疫原性的研究热点与展望
供受体组织配型：Hopkins等[2]认为，如同时进行ABO血型和人白细胞抗原配型，则CVH的寿命应在20年以上。但要在临床应用中作到供—受体人白细胞抗原匹配，不但要有充足的CVH供体，而且要具备大型商用型、网络化的CVH冻存库；因此使其在当前的实用价值大受影响。
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开展带瓣血管术后免疫反应监测及免疫抑制治疗：由于CVH移植后主要是引起受体产生较弱的慢性免疫排斥反应，所以术后如果常规地应用免疫抑制剂，则其带来的毒副作用会远大于其免疫抑制的有益之处，而且费用昂贵。因此，探索CVH移植术后简便、准确、快捷、特异性的免疫反应监测方法，针对免疫排斥反应的情况进行及时、适量、有效的免疫抑制治疗则具有较重要的临床价值。
改进带瓣血管的处理和保存方法：探索更为先进的CVH处理和保存方法，以期在最大限度地保持其组织、细胞活性从而提高其耐久性的同时，最大限度地降低其免疫原性。Ketheesan等[7]在改变冷冻降温速度以降低CVH的免疫原性方面已做出有益的探索。鉴于CVH的树突状细胞对其免疫原性具有重要作用、而对其组织结构及耐久性则几无影响，作者认为在如何采取有效的方法灭活或降低CVH的树突状细胞的活性以降低其免疫原性方面，值得进行深入的研究。
第一作者：于建华，男，34岁，主治医师，博士
, 百拇医药
参考文献
1 Ross DN.Technique of aortic valve replacement with a homograft:Orthotopic replacement.Ann Thorac Surg,1991，52:154.
2 Hopkins RA,Reyes A,Imperato DA,et al.Ventricular outflow tract reconstructions with cryopreserved cardiac valve homografts:A single surgeon's 10-years experience.Ann Surg,1996，223:544—554.
3 O’Brien MF,Stafford EG,Gardner MAH,et al.A comparison of aortic valve replacement with viable cryopreserved and fresh allograft valves,with a note on chromosomal studies.J Thorac Cardiovasc Surg,1987，94:812.
, 百拇医药
4 Gonzalez-Lavin L,Bianchi J,Graf D,et al.Degenerative changes in fresh aortic root homografts in a canine model:evidence of an immunological influence.Transplant Proc,1988，20(Suppl 1):815—819.
5 Hoekstra F,Knoop C,Vaessen L,et al.Donor-specific cellular immune response against human cardiac valve allografts.J Thorac Cardiovasc Surg,1996，112:281—286.
6 Zhao XM,Green M,Frazer IH,et al.Donor-specific immune response after aortic valve allografting in the rat.Ann Thorac Surg,1994，57:1158—1163.
, http://www.100md.com
7 Ketheesan N,Ingham E,Gowland G,et al.In vitro immunogenicity of allogeneic cardiac valves.Eur J Cardio-thorac Surg,1994，8:549—553.
8 Hamer ID,Hepkema B,Prop J,et al.HLA antibodies specific for cryopreserved heart valve “homografts”in children.J Thorac Cardiovasc Surg,1997，113:417—419.
9 Pober JS,Collins T,Gimbrone MA Jr,et al.Inducible expression of class Ⅱ major histocompatibility complex antigens and the immunogenicity of vascular endothelium.Transplantation,1986，41:141—146.
, 百拇医药
10 Lupinetti FM,Tsai TT,Kneebone JM,et al.Effect of cryopreservation on the presence of endothelial cells on human valve allografts.J Thorac Cardiovasc Surg,1993，106:912—917.
11 Mulligan MS,Tsai TT,Kneebone JM,et al.Effects of preservation techniques on in vivo expression of adhession molecules by aortic valve allografts.J Thorac Cardiovasc Surg,1994，107:717—723.
12 Salomon RN,Friedman GB,Callow AD,et al.Cryopreserved aortic homografts contain viable smooth muscle cells capable of expressing transplantation antigens.J Thorac Cardiovasc Surg,1993，106:1173—1180.
, 百拇医药
13 Larsen CP,Morris PJ,Austyn JM.Donor Dendritic leukocytes migrate from cardiac allografts into recipients spleen.Trans plant Proc,1990，22:1943—1944.
14 Gonzalez LL,Spotnitz AJ,Mackenzie JW,et al.Homograft valve durability:host or donor influence?Heart Vessels,1990，5:102—106.
15 Angell WW,Angell JD,Oury JH,et al.Long-term follow-up of viable frozen aortic homografts:a riable homograft valve bank.J Thorac Cardiovasc Surg,1987,93:815—822.
16 Gavin JB,Barratt-Boyes BG,Hitchcock GC,et al.Histopathology of ‘fresh’ human aortic valve allografts.Thorax,1973，28:482.
收稿：1998-11-11
修回：1999-02-12, 百拇医药
单位：于建华综述 李守先审校 山东医科大学附属医院，心外科，山东省济南市，250012
关键词：同种心脏瓣膜；大动脉；免疫原性；受体细胞替换
中国循环杂志990433 李守先审校
摘要：液氮冻存的人同种异体心脏瓣膜、带瓣血管(CVH)的耐久性及其远期疗效是影响其临床应用的主要因素。CVH移植后的远期疗效(12～15年后)，与植入时供体组织活性的保持及其程度、植入后受体免疫排斥反应的有无及其程度、受体细胞替换供体组织的有无及其程度均有着密切的关系。本文就CVH的免疫原性及其移植后免疫排斥反应、移植后受体细胞替换供体组织方面的实验研究和临床研究结果作一简述。
近30年来，液氮冻存的人同种异体心脏瓣膜、带瓣血管(CVH)较广泛地用于先天性或后天性心脏疾病的外科治疗[1，2]。CVH移植后的远期疗效(12～15年后)，与植入时供体组织活性、植入后受体免疫排斥反应、受体细胞替换供体组织过程均有着密切的关系[3]。
, 百拇医药
1 带瓣血管是否具有免疫原性
以往多数学者认为：CVH即使有免疫原性，其程度也很弱[3～5]。近年研究发现：CVH具有免疫原性；其移植后所激发的特异性慢性免疫排斥反应是导致移植术后远期CVH瓣叶及CVH发生退行性变、瓣叶坏损的主要原因之一[6～9]。Zhao等[6]行大鼠同种带瓣主动脉(CAVH)移植和CAVH细胞与受体脾淋巴细胞混合培养研究发现：CAVH移植后能导致特异性细胞和体液免疫反应，与同种皮片移植极为相似，但是程度较弱并较缓慢达到高峰；混合细胞培养则导致受体的诱导T细胞(CD4+)、细胞毒T细胞(CD8+)细胞比率增加；CAVH的内皮细胞和基质中白细胞能够表达主要组织相容性抗原复合物Ⅰ型抗原、CAVH瓣叶基质的树突状细胞则可表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原。Hamer等[8]对儿童CAVH移植术后采血行人白细胞抗体分析，发现50%患儿血清中有细胞毒性人血细胞抗体，其中75%患儿的人白细胞抗体是特异性地针对CAVH的人白细胞抗原的；临床上也表现出植入CAVH瓣叶的退行性变。认为CVH退行性变是由免疫排斥反应所介导的。
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2 带瓣血管中不同细胞的免疫原性的差异
内皮细胞：是CVH中免疫原性最强的部分[9]；位于CVH瓣叶和动脉内膜表面及动脉外膜的毛细血管内膜表面。能够较强地表达主要组织相容性抗原复合物Ⅰ型抗原[10]、亦可被诱导表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原和在移植后呈持续的、较低水平的粘附分子表达(内皮-白细胞粘附分子-1、细胞间粘附分子-1、血管细胞粘附分子)[11]。在CVH的采集、灭菌和保存过程中，保存好内皮细胞、防止其脱落，有利于CVH移植后再内皮化、防止血栓形成和抑制钙化，但同时亦增加了CVH的免疫原性；失去内皮细胞则可增加血栓形成的机率，内皮下层成纤维细胞易受损伤而引起CVH瓣叶的退行性变。
平滑肌细胞：免疫原性仅次于内皮细胞。位于CVH瓣叶基质中和动脉壁的中层。具有表达细胞免疫反应的效应细胞(CD8+细胞)所能识别的人血细胞Ⅰ型抗原和参与细胞免疫反应初期的人血细胞Ⅱ型(主要是人血细胞Ⅱ型抗原DR亚区)抗原的能力[12]。
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成纤维细胞：位于CVH瓣叶基质、动脉壁的内膜下层和外膜，是CVH中免疫原性最弱的细胞成分，不能表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原。
心肌细胞：具有较强的免疫原性，能够较强地表达主要组织相容性抗原复合物Ⅰ型抗原[6]。
树突状细胞：位于CVH瓣叶基质和动脉内皮下层中，具有强免疫原性，主要表达主要组织相容性抗原复合物Ⅱ型抗原[6]。CVH移植后供体组织中未成熟的树突状细胞由供体向受体的二级淋巴组织(脾脏)迁移，以一种非特异性抗原的形式成熟为有繁殖能力的免疫刺激细胞、激活受体中静止的T淋巴细胞[13]。
3 带瓣血管移植后受体细胞替换对其耐久性的作用
受体细胞、纤维能够长入并替换CVH的细胞和组织，既是CVH区别于异种生物瓣膜的特征之一，也是其具有较好的耐久性的原因之一[14]。其机制主要是：①受体细胞(主要是成纤维细胞)长入CVH组织中可以维持和重塑其基质正常和完整的胶原组织结构，从而保持CVH的耐久性。②受体细胞替换CVH细胞，使供体细胞在CVH中所占比例减少，从而可减少CVH的免疫原性、减轻免疫排斥对CVH的损伤。③受体内皮细胞覆盖CVH内膜(CVH的再内皮化)，不但能够防止血栓形成、抑制钙化从而提高CVH的耐久性；而且可以隔离循环血液、起到封闭抗原的作用，使CVH的免疫原性下降、免疫性损伤减轻。
, http://www.100md.com
O’Brien等[3]在1例移植术后9年的同种主动脉(AVH)瓣叶上培养出活的、受体的成纤维细胞。Angell等[15]在植入术后6个月的AVH上亦发现有活的受体成纤维细胞存在。Gavin等[16]对AVH植入术后(14～442周)行Ⅱ期手术的患者的AVH瓣膜行组织病理学研究，发现AVH瓣膜均表现有细胞反应：沿着AVH瓣膜边缘有巨噬细胞、淋巴细胞、肉芽组织增生，并有受体胶原组织进行性地替换供体主动脉壁。表明宿主纤维逐渐替换植入的AVH组织，而这一过程在不同的瓣膜、甚至在同一瓣膜的不同瓣叶上的发生速度都是不同的。
4 带瓣血管免疫原性的研究热点与展望
供受体组织配型：Hopkins等[2]认为，如同时进行ABO血型和人白细胞抗原配型，则CVH的寿命应在20年以上。但要在临床应用中作到供—受体人白细胞抗原匹配，不但要有充足的CVH供体，而且要具备大型商用型、网络化的CVH冻存库；因此使其在当前的实用价值大受影响。
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开展带瓣血管术后免疫反应监测及免疫抑制治疗：由于CVH移植后主要是引起受体产生较弱的慢性免疫排斥反应，所以术后如果常规地应用免疫抑制剂，则其带来的毒副作用会远大于其免疫抑制的有益之处，而且费用昂贵。因此，探索CVH移植术后简便、准确、快捷、特异性的免疫反应监测方法，针对免疫排斥反应的情况进行及时、适量、有效的免疫抑制治疗则具有较重要的临床价值。
改进带瓣血管的处理和保存方法：探索更为先进的CVH处理和保存方法，以期在最大限度地保持其组织、细胞活性从而提高其耐久性的同时，最大限度地降低其免疫原性。Ketheesan等[7]在改变冷冻降温速度以降低CVH的免疫原性方面已做出有益的探索。鉴于CVH的树突状细胞对其免疫原性具有重要作用、而对其组织结构及耐久性则几无影响，作者认为在如何采取有效的方法灭活或降低CVH的树突状细胞的活性以降低其免疫原性方面，值得进行深入的研究。
第一作者：于建华，男，34岁，主治医师，博士
, 百拇医药
参考文献
1 Ross DN.Technique of aortic valve replacement with a homograft:Orthotopic replacement.Ann Thorac Surg,1991，52:154.
2 Hopkins RA,Reyes A,Imperato DA,et al.Ventricular outflow tract reconstructions with cryopreserved cardiac valve homografts:A single surgeon's 10-years experience.Ann Surg,1996，223:544—554.
3 O’Brien MF,Stafford EG,Gardner MAH,et al.A comparison of aortic valve replacement with viable cryopreserved and fresh allograft valves,with a note on chromosomal studies.J Thorac Cardiovasc Surg,1987，94:812.
, 百拇医药
4 Gonzalez-Lavin L,Bianchi J,Graf D,et al.Degenerative changes in fresh aortic root homografts in a canine model:evidence of an immunological influence.Transplant Proc,1988，20(Suppl 1):815—819.
5 Hoekstra F,Knoop C,Vaessen L,et al.Donor-specific cellular immune response against human cardiac valve allografts.J Thorac Cardiovasc Surg,1996，112:281—286.
6 Zhao XM,Green M,Frazer IH,et al.Donor-specific immune response after aortic valve allografting in the rat.Ann Thorac Surg,1994，57:1158—1163.
, http://www.100md.com
7 Ketheesan N,Ingham E,Gowland G,et al.In vitro immunogenicity of allogeneic cardiac valves.Eur J Cardio-thorac Surg,1994，8:549—553.
8 Hamer ID,Hepkema B,Prop J,et al.HLA antibodies specific for cryopreserved heart valve “homografts”in children.J Thorac Cardiovasc Surg,1997，113:417—419.
9 Pober JS,Collins T,Gimbrone MA Jr,et al.Inducible expression of class Ⅱ major histocompatibility complex antigens and the immunogenicity of vascular endothelium.Transplantation,1986，41:141—146.
, 百拇医药
10 Lupinetti FM,Tsai TT,Kneebone JM,et al.Effect of cryopreservation on the presence of endothelial cells on human valve allografts.J Thorac Cardiovasc Surg,1993，106:912—917.
11 Mulligan MS,Tsai TT,Kneebone JM,et al.Effects of preservation techniques on in vivo expression of adhession molecules by aortic valve allografts.J Thorac Cardiovasc Surg,1994，107:717—723.
12 Salomon RN,Friedman GB,Callow AD,et al.Cryopreserved aortic homografts contain viable smooth muscle cells capable of expressing transplantation antigens.J Thorac Cardiovasc Surg,1993，106:1173—1180.
, 百拇医药
13 Larsen CP,Morris PJ,Austyn JM.Donor Dendritic leukocytes migrate from cardiac allografts into recipients spleen.Trans plant Proc,1990，22:1943—1944.
14 Gonzalez LL,Spotnitz AJ,Mackenzie JW,et al.Homograft valve durability:host or donor influence?Heart Vessels,1990，5:102—106.
15 Angell WW,Angell JD,Oury JH,et al.Long-term follow-up of viable frozen aortic homografts:a riable homograft valve bank.J Thorac Cardiovasc Surg,1987,93:815—822.
16 Gavin JB,Barratt-Boyes BG,Hitchcock GC,et al.Histopathology of ‘fresh’ human aortic valve allografts.Thorax,1973，28:482.
收稿：1998-11-11
修回：1999-02-12, 百拇医药