转化生长因子β1在角膜移植术后的免疫抑制作用

作者：杨 洋,周善璧

【摘要】  对转化生长因子β1的分子结构及生物学功能进行必要介绍，结合角膜移植术后排斥反应的发生特点，以及从T淋巴细胞、树突状细胞、肿瘤坏死因子-α、白细胞介素等多方面对转化生长因子β1在角膜移植术后的免疫抑制作用进行了综述。

【关键词】  转化生长因子 角膜移植 移植物排斥

     0引言

    角膜病是致盲的主要眼病之一，角膜移植是治疗角膜盲的唯一有效手段。角膜移植术后免疫排斥反应是角膜移植失败的主要原因[1]。如何有效地抑制或减弱移植排斥反应是提高移植成功率、延长存活时间的根本问题，也是多年来国内外学者不断努力探讨的领域。近年来的研究显示，一些细胞因子在免疫应答的负性调控中发挥着重要作用[2]，其中转化生长因子-β1（transforming growth factor beta1,TGF-β1）备受关注。TGF-β1是一类具有多种生物活性的细胞因子，参与调节细胞生长、分化等多种功能，是免疫系统的主要抑制性因子[3]，其受体广泛分布于各种细胞，虽然临床尚未应用 TGF-β1作为免疫抑制剂，但它以高效的优势已成为近年细胞、组织、器官移植的研究热点。本文就TGF-β1对角膜移植术后的免疫排斥反应的抑制作用进行综述。

    1 TGF-β1的分子结构与生物学功能

    TGF-β是一大类多功能细胞生长增殖调节蛋白，由Todaro等于1978年首次发现。它是由两个二硫键相连的同源二聚体组成，分子量为25ku，每个单位由112个氨基酸组成，其中有9个高度保守的半胱氨酸残基，通过二硫键形成相关的分子（TGF-β1，2，3，4，5，6）组成，其中以TGF-β1在体细胞中所占比例最高（>90%），活性最强[4]。成熟的TGF-β1同源二聚体在胚胎发生、脂肪形成、纤维发生、肌形成、软骨形成、骨发生、上皮细胞分化以及免疫细胞的功能调节方面发挥重要作用。TGF-β1存在于所有组织中，但在骨骼、肺、肾脏和胎盘组织中含量较为丰富。TGF-β1来源广泛，多种细胞都能合成和分泌，包括淋巴细胞、巨嗜细胞和树突状细胞等,甚至人体的肿瘤细胞[5,6]。

    最初发现TGF-β1的作用是促进多种间质细胞增殖，后来发现其功能具有两面性，还可抑制内皮细胞，T、B淋巴细胞，肝细胞以及胚胎成纤维细胞的增殖。目前已经证实TGF-β1是一种功能比CsA还要强的强效免疫抑制因子。由于正常体细胞都有TGF-β家族的膜结合受体，因此TGF-β1广泛参与免疫系统细胞之间的相互作用，影响胸腺细胞、NK细胞的增殖分化，干扰B细胞各种免疫球蛋白的产生和转换，并通过直接、间接影响IL-1、IL-2、IFN-γ而起到免疫抑制作用[7-9]。体外实验已经证明，它作为一种自动分泌的负性信号，具有抑制多种白细胞介素 (interleukin,IL)和其他细胞因子产生的正性信号而抑制淋巴细胞增殖功能[9]。

    目前认为TGF-β1的作用效应包括：(1)抑制几乎所有T淋巴细胞亚群的增殖和功能，特别是通过抑制IL-2和IL-2受体的mRNA表达阻止IL-2依赖性T细胞的增殖和功能发挥。(2)抑制B淋巴细胞的增殖和功能，抑制IgG和IgM的产生。(3)抑制细胞毒性T细胞的增殖和自然杀伤细胞的活性。(4)抑制巨噬细胞活化。它可能是免疫系统关闭的信号。虽然近年对TGF-β1 的研究取得了较大的进展，但仍不能解释其广泛的功能作用机制[10]。

    此外，TGF-β1在伤口愈合和组织修复中具有重要作用。TGF-β1需经蛋白水解或伤口中的酸性环境激活。在受伤和炎症发生后，渗出的细胞成为TGF-β1的主要来源。产生和释放的TGF-β1刺激成纤维细胞合成胶原和其他细胞外基质并抑制胶原蛋白的降解，增加血管化并趋化成纤维细胞和巨噬细胞。这些作用与组织的修复相关，在某些条件下可以恢复组织的正常结构，并可能导致组织纤维化．在多种疾病中，过量的TGF-β1与病理性的组织纤维化相关，这种组织纤维化常常累及正常器官的功能[11]。有研究表明，在新生血管的角膜中均能找到TGF-β1 [12]。在创伤修复进展期，TGF-β1涉及到多种细胞的趋化、增殖和分化．从而参与创伤后上皮再生、 间质增生和血管形成等过程。

    2 TGF-β1在角膜移植的免疫调节作用

    同种异体角膜移植排斥反应是宿主免疫系统针对异体组织相容性抗原（major histocompatibility complex, MHC）,以细胞毒T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL) 介导的植片组织被破坏为主的病理过程。如何预防和及时抑制此过程的发生，是角膜移植成功的保证。角膜移植排斥反应的触发是相当复杂的T细胞表面分子、细胞因子以及其它相关因素相互作用的结果[13,14]。

    2.1 TGF-β1对T淋巴细胞的抑制作用  角膜移植排斥反应的触发是相当复杂的T细胞表面分子、细胞因子以及其它相关因素相互作用的结果，其中CD4和CD8是成熟T细胞中的两大亚群，在免疫应答中起免疫调节的中心枢纽作用。

    CD4T细胞的分子表型是CD2+，CD3+，CD4+，CD8-。CD4+T细胞也不是均一的细胞群，按其功能可包括TH和TDTH，前者为调节性T细胞，后者为效应性T细胞。CD4T细胞能促进B细胞、T细胞和其他免疫细胞的增殖分化，协同免疫细胞间的相互作用。CD8细胞：包括抑制性T细胞(TS)和杀伤性T细胞(TC)，前者为调节性T细胞，后者为效应性T细胞。TC细胞其分子表型是CD2+，CD3+，CD4-，CD8+。TC效应细胞与抗原病毒免疫、抗肿瘤免疫及移植排异反应有关。TS细胞其分子表型与TC相同，其功能是抑制免疫功能的活化期。角膜移植后，认为角膜移植片的存活与淋巴毒抗体及CD4细胞升高有密切关系。

    TGFβ1能够抑制几乎所有T淋巴细胞亚群的增殖和功能。其中Dekaris等[15]在研究中证实，TGF-β1能显著地增强角膜移植片的耐受。Hodge等[16]在研究中发现，TGFβ1可明显的抑制T细胞的增殖以及TNF-α和IL-2等Th1细胞因子，从而增强移植物的耐受。而Altun 等[17]在比较TGF-β1和TNF-α，IL-10后，认为其可在肾移植及心血管疾病中发挥免疫调节作用，甚至可出现在没有临床表现的早期。

    吴静等[18]在通过腹腔注射TGF-β1后，检测行角膜上皮移植术后12d的大鼠外周血中CD25+CD4+,CD71+CD4+,CD71+CD8+，CD8+CD25+双阳性细胞的增高均受到明显的抑制，从而证实TGFβ1可以抑制特异性抗原介导的，以及非特异性炎症诱导的移植排斥反应。

 2.2 TGF-β1对其他细胞因子的抑制作用  TGF-β1不仅具有下调淋巴细胞和巨嗜细胞功能等非特异性免疫抑制作用，还能够通过抑制具有诱导淋巴细胞迁移作用的细胞因子的生成，如：TNF-α、IL-1等，间接发挥迁移抑制的作用，进而减轻急性排斥反应。

    2.2.1 TGF-β1降低树突状细胞的作用  树突状细胞（dendrtic cell,DC）是分布广泛的抗原呈递细胞，在同种器官移植中发挥重要的调节作用。目前发现，DC既参与移植排斥反应，也可在某些条件下诱导免疫耐受[19]，而不同成熟阶段的树突细胞具有不同的功能，成熟DC能激活静息型T细胞，启动T细胞抗原特异性免疫反应，而未成熟DC可诱导T细胞凋亡，从而抑制特异性的免疫耐受。

    TGF－β1 作为强效免疫因子可抑制T细胞、NK细胞的增殖和杀伤效应，同时可干扰DC的分化成熟[20]。TGF-β1能抑制树突状细胞表面MHC抗原、协同刺激分子表达，降低DC的抗原呈递功能，干扰DC分化成熟从而诱导供者特异性移植耐受。

    TGF-β1已作为一种强效免疫抑制因子，通过体外扩增或基因转染DC应用于器官移植治疗免疫排斥反应，并取得了巨大进展。以T细胞为主的细胞免疫反应为基础的移植排斥反应，T细胞的活化除需要MHC抗原复合物以外，还需要协同刺激信号(第二信号)。DCs是一种高特异性、专职的抗原提呈细胞(APC)，它通过其抗原提呈功能启动和调节机体的免疫应答[21]。DC捕获抗原后，其表面CD40分子表达增强，一旦与T细胞上CD40L结合，DC即可产生细胞因子如IL-1β、TNFβ、IL-6和IL-8等；同时，还可产生IL-12，上调T细胞表面CD40L表达，CD40L则能刺激DC表面协同刺激分子CD80和CD86(B7-1和B7-2)表达，反馈性增强DC活化T细胞能力；如果DC缺乏协同刺激分子，T细胞会趋于无能或启动凋亡。可见DC表型对于T细胞在抗原刺激后的反应状态起决定性作用。

    张新华等[22]研究发现将TGF-β1基因修饰供者DC后输出Lewis大鼠，能有效的抑制移植排斥反应，延长心脏存活时间。DePaz等[23]研究发现未成熟树突细胞可延长大鼠成活时间，使急性排斥反应降低，表达TGF-β1 增加。

    2.2.2 TGF-β1对白细胞介素的下调作用  白细胞介素-1（IL-1）可由单核细胞、表皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞等多种细胞分泌，在局部免疫反应中有非常重要的作用，可活化T细胞，促T细胞表达IL-2R，促IL-2，IL-4，IL-6，IL-8，TNF-α等多种细胞因子的表达。TGF-β在多种情况下可对抗IL-1的生物学作用，下调IL-1R的表达[22]，而IL－1也可促进TGF-β1的合成。

    IL-2主要由活化的Th1细胞或CD4细胞产生，是Thl细胞分泌的最重要的细胞因子，而Thl细胞因子与器官移植排斥反应有关。IL-2是促进T细胞(包括各种亚群)增殖分化的重要介质，刺激T细胞MHC-Ⅱ类抗原的表达并产生多种淋巴因子，刺激NK细胞生长，活化巨噬细胞，在急性排斥反应中表达显著。同时，IL-2对其他类型的免疫细胞也有明显的活化作用[24]。

    IL-12是一种异构的细胞因子，主要由单核细胞产生，也可由B淋巴细胞及其他辅助细胞少量释放。它可增加许多效应细胞包括T淋巴细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)和巨噬细胞的溶细胞作用，诱导细胞因子如γ-干扰素(IFN-γ)的产生，刺激T辅助细胞(Th1细胞)的形成。中性的抗IL-12单克隆抗体明显抑制Th1细胞对抗原的反应，说明在体内IL-12在抗原诱导的Th1细胞分化中起重要作用。

    陈国苍等[25]研究发现在同种异体角膜移植过程中，各种免疫细胞的出现与IL-2和IL-12的表达存在着一定的联系。抗原递呈细胞能够对移植物抗原进行有效的抗原递呈和信号传递，抗原递呈细胞分泌IL-12及其他细胞因子(IL-1等)，作用于T淋巴细胞，使T淋巴细胞活化、增殖，同时分泌IL-2及其他细胞因子而发挥迟发超敏反应和细胞毒反应，引起免疫排斥反应。

    2.2.3 TGF-β1对TNF-α的下调作用  肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是一种具有广泛生物学活性的免疫调节因子，在移植排斥反应中有重要的作用。TNF-α参与了器官移植排斥反应，在排斥反应早期上调了移植器官抗原的表达；此外，TNF-α可以直接激活T、B淋巴细胞和NK细胞，并且诱发IL-1、IL-6的合成，上调IL-2受体的表达。而TGF-β1可明显的抑制TNF-α的表达，从而发挥免疫调节作用[16]。

    3 TGF-β1的展望

    TGF-β1作为一种负性因子，在器官移植免疫中扮演越来越重要的角色。近年来，人们开始运用基因转染技术研究其在眼科疾病中的运用[26]。最近还发现TGF-β1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的作用。目前国内外对TGF-β在角膜移植的研究尚少，虽然临床尚未应用 TGF-β1作为免疫抑制剂，但它以高效的优势已成为近年细胞、组织、器官移植的研究热点。具有作为免疫干预药物用于抑制器官移植免疫排斥反应和自身免疫有关疾病的潜在性，有关其作用机制及有效性有待进一步的研究。

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