
移植物抗宿主病(GVHD)是异基因造血干细胞移植(allo-HSCT)后影响患者生活质量和长期生存的重要因素,是导致allo-HSCT失败的主要原因之一。近年来,随着GVHD动物模型的长足发展,GVHD的病理生理学机制也有更深入的认识。笔者就近年来国内外GVHD动物模型研究进展进行综述。
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目前,造血干细胞移植(hematopoietic stem cell transplantation,HSCT)是多种恶性血液病、部分实体肿瘤及自身免疫性疾病的重要治疗方法。近年来,随着移植技术的不断进步,人类白细胞抗原(human leucocyte antigen,HLA)半相合异基因造血干细胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation,allo-HSCT)已成为治愈恶性血液病的重要手段[1]。但是allo-HSCT后的移植物抗宿主病(graft versus host disease,GVHD)发生率高,是引起移植相关死亡的主要原因之一。由于对GVHD病理生理机制尚未完全明确及缺乏合适的动物模型,因此GVHD是allo-HSCT后的重要并发症,也是影响allo-HSCT成功的主要原因。笔者就目前国内外GVHD动物模型研究进展进行综述如下。
急性移植物抗宿主病(acute graft versus host disease,aGVHD)通常发生在移植后100 d内。此时患者接受预处理后组织损伤,供者T细胞受促炎因子作用,被受者抗原提呈细胞(antigen presenting cell,APC)活化。小鼠移植模型最常见的供、受鼠组合为主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)不相合的C57BL/6供鼠和BALB/c受鼠,而这个MHC不相合移植模型呈现出aGVHD样表现,能够被CD4+ T细胞或CD8+ T细胞单独诱导[2]。皮肤、肝、胃、肠道和肺均被证实是aGVHD重要的受累器官,在严重病例甚至出现淋巴细胞计数减少和胸腺严重受损。
这种MHC不相合移植模型也被应用于aGVHD某些方面的研究,如对不同辅助性T淋巴细胞(helper T lymphocyte,Th)亚群功能的研究。通过精巧的实验设计,运用Th1、2、17经典的细胞因子γ干扰素、白细胞介素(interleukin,IL)-4、-17基因敲除或双基因敲除的动物移植模型,成功证明这些Th亚群在aGVHD中作用各具特点:Th1被认为对所有器官都非常重要,尤其是对肝脏和胃、肠道;Th2则对肺损伤至关重要;Th17优先但不仅限于在皮肤中扩增,并可引起皮肤严重受损,同时可能通过其他途径促进aGVHD发生[2,3]。
国内外学者在这种移植模型基础上,进行了许多aGVHD发生机制方面的研究。Li等[4]以MHC不相合的C57BL/6小鼠为供鼠,以BALB/c小鼠为受鼠的动物试验结果显示,进行全身照射(total body irradiation,TBI)前以CD3单克隆抗体进行预处理,可以预防aGVHD的发生,并且可以保留移植物抗白血病(graft versus leukemia,GVL)效应。但该aGVHD预防过程常伴随供鼠T细胞归巢、趋化因子受体(chemokine receptor,CCR)表达及GVHD靶器官趋化因子表达均受到抑制。因此,该研究进一步发现,CD3单克隆抗体预处理后,供鼠T细胞表达介导免疫细胞肠道归巢的α4β7及趋化因子受体9表达受到抑制,是由引流淋巴结中CD103+树突状细胞(dendritic cell,DC)的减少所致,并且后者的减少与其表面CCR7表达的下调有关,而CCR7却是组织中DC迁移至引流淋巴结所必需的物质。上述研究结果表明,CD3单克隆抗体预处理不仅能够降低组织释放趋化因子,而且能够阻止组织中的DC迁移至引流淋巴结中,从而减低了引流淋巴结中DC使供鼠T细胞具有组织趋向性的能力。
同样在MHC不相合的C57BL/6供鼠和BALB/c受鼠的基础上,Deng等[5]通过比较野生型和程序性死亡受体配体(programmed death ligand,PD-L)1(又称B7H1)基因敲除的受鼠中,野生型和程序性死亡(programmed death,PD)-1敲除(PD-1-/-)受鼠的CD4+传统T细胞(conventional T cell,Tcon)的增殖和凋亡发现,B7H1/CD80的相互作用可增加T细胞增殖,而T细胞凋亡增加则是由B7H1与PD-1的相互作用所引起的。这一发现在体外混合淋巴细胞反应试验中也得到证实。通过抗B7H1单克隆抗体特异性阻断B7H1/CD80轴,减少野生型异体反应性Tcon的增殖、IL-2的产生、PD-1的表达及凋亡,从而加重aGVHD。与此相反,特异性阻断B7H1/CD80的相互作用,可减少供鼠PD-1-/-Tcon的增殖,但不影响其凋亡,从而减轻aGVHD。
赵恺等[6]探讨IL-22对异基因骨髓移植(allogeneic bone marrow transplantation,allo-BMT)后并发aGVHD小鼠胸腺的修复作用及其对胸腺免疫功能的影响进行研究。该实验分为正常对照组、aGVHD小鼠注射IL-22组、aGVHD小鼠注射磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)组结果显示,移植后14 d时aGVHD小鼠注射IL-22组小鼠的胸腺细胞总数为(14.6±5.1)×104个,明显高于aGVHD小鼠注射PBS组的(6.2±2.9)×104个,差异有统计学意义(P<0.05);aGVHD小鼠注射IL-22组小鼠胸腺细胞数量随移植时间延长持续增多,至移植后21、28 d胸腺细胞数量与正常对照组小鼠相比,差异无统计学意义(P>0.05),并且仍高于aGVHD小鼠注射PBS组(P<0.05);小鼠allo-BMT后注射IL-22对胸腺成熟CD4+和CD8+T细胞的比例无影响,但可显著提高未成熟CD4+CD8+T细胞亚群的比例。IL-22可上调胸腺γ干扰素+CD4+T细胞比例[(2.42±0.75)%]和γ干扰素+CD8+T细胞比例[(5.44±0.47)%],而对IL-17+CD4+T细胞和IL-17+CD8+T细胞无影响。该研究结果表明,IL-22可加速allo-BMT后小鼠胸腺的修复过程,并增强胸腺CD4+和CD8+T细胞分泌Γ干扰素的能力降低aGVHD发生率。
纳宁等[7]以C57BL/6小鼠为供鼠,BALB/c小鼠为受鼠的研究结果显示,BALB/c小鼠经TBI后移植同种异基因小鼠骨髓细胞+脾细胞可成功制作稳定的aGVHD小鼠模型。与上述采用TBI的方法不同,李乃农等[8]采用白消安联合氟达拉滨(fludarabine,Flu)预处理方案、选择C57BL/6及CB6F1分别作为半相合移植供、受鼠,建立了应用化疗预处理方案,建立稳定的半相合移植aGVHD动物模型,为研究预处理方案引起的aGVHD机制提供了稳定、可靠的实验平台。
由于上述各种aGVHD动物模型的建立及各种基因敲除小鼠的应用,使国内外研究者对aGVHD的病理生理学机制有更加明确的认识。同时,该类动物模型的应用也为探索更多方法以预防aGVHD这一移植后的重要并发症提供重要研究基础。
与aGVHD不同,慢性移植物抗宿主病(chronic graft versus host disease,cGVHD)通常发生在移植100 d后,并且可持续终生[9,10,11,12]。cGVHD的临床表现类似自身免疫性疾病,被视为是自身免疫性疾病的一种[13]。实际上,cGVHD通常以自身抗体形成为主要特点,并且伴胶原沉积,部分严重cGVHD患者临床表现与系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE),干燥综合征,多发性硬化等胶原血管病相似[14]。
有许多研究者试图采用其他小鼠移植模型重现cGVHD的发生过程,但是上述模型均较难建立。早期有研究者运用父代移植入子代的移植模型(以DBA/2父代小鼠作为供鼠,B6D2子代小鼠作为受鼠),这是1个无TBI、MHC不相合的模型,并且在该模型中受鼠细胞不排斥供鼠细胞,但是供鼠细胞具有显著受鼠反应性[15,16,17,18]。这个cGVHD模型中,供鼠CD4+ T细胞与受鼠B细胞相互作用,可导致狼疮样系统性自身免疫综合征。但是,由于上述模型建立过程不包含放化疗,并且部分依赖于在人类患者预处理过程中已经被清除的B细胞,因此,该模型也被质疑是否具有临床相关性。其他cGVHD的小鼠模型基本上都是应用MHC相合、微小抗原不相合的配对,如B10.D2供鼠移植到BALB/c受鼠和DBA/2供鼠移植到BALB/c模型[14,15,19,20,21,22,23]。
B10.D2供鼠移植至BALB/c受鼠的cGVHD模型可反映许多人类cGVHD的特点。其主要特点包括疾病相对较迟发生,出现毛发脱落、胶原沉积增加的皮肤症状,肺纤维化和唾液腺受到损伤[20,21,24]。此外,供鼠CD4+ T细胞易导致cGVHD的发生[24] 。
DBA/2供鼠移植至BALB/c受鼠的cGVHD模型,是近年发展起来的另一个MHC相合、微小抗原不相合的移植模型。与B10.D2供鼠移植至BALB/c受鼠的cGVHD模型相似,此模型也可反映硬皮病样皮肤损害的发生,胶原沉积的增加,唾液腺、肝、肺、胃、肠道的损伤等许多人类cGVHD的特点[14,22,23],并且自身抗体产生和肾脏损伤均可导致蛋白尿和腹水。cGVHD的发生高度依赖于供鼠B细胞的存在,当无供鼠B细胞存在时,cGVHD症状明显减轻[14]。
同样是DBA/2供鼠移植至BALB/c受鼠的cGVHD模型,Young等[25]研究结果发现,尽管供鼠B细胞对于aGVHD的严重程度影响甚微,但是其在皮肤、肺等aGVHD和cGVHD的共同靶器官的持续组织损害中起重要作用,而且可显著增加唾液腺等cGVHD典型靶器官的损伤。在cGVHD的病理生理过程中,供鼠B细胞被供鼠CD4+T细胞活化,并上调MHCⅡ共刺激分子。作为高效的抗原提呈细胞,供鼠B细胞又可增加供鼠CD4+T细胞的克隆增殖、自体反应性及IL-7Rα的表达及存活。上述变化可极大促进供鼠CD4+T细胞介导自身免疫样cGVHD的能力,因此CD4+T细胞被分离出来后能在继发性供鼠B细胞缺乏的条件下导致移植受鼠发生cGVHD。所以,供鼠B细胞通过增加致病性CD4+T细胞的克隆增殖、分化及存活促进cGVHD的发生。
Wu[26]等研究结果显示,在MHC不相合的C57BL/6供鼠移植至BALB/c受鼠,及MHC相合的C3H.SW供鼠移植至C57BL/6.SJL受鼠的传统aGVHD模型中,存活至移植后60 d的受鼠发生皮肤纤维化、唾液腺损伤及自身抗体产生等一系列cGVHD的特点。供鼠CD8+ T细胞比CD4+ T细胞更易于诱导cGVHD。受鼠胸腺和新生的供鼠型CD4+ T细胞对于供鼠CD8+ T细胞诱导cGVHD是必需的。供鼠CD8+ T细胞首先损伤受鼠胸腺髓质上皮细胞,并损伤其阴性选择功能,导致自体反应性CD4+ T细胞的产生,使胸腺进一步受到损伤而加重cGVHD的发生。移植后短期使用CD4单克隆抗体治疗,可使胸腺损伤恢复并预防cGVHD的发生。因此,供鼠CD8+ T细胞只通过胸腺依赖途径引起cGVHD的发生,而供鼠CD4+ T细胞可以通过胸腺依赖和胸腺非依赖两种途径,引起cGVHD的发生。
黄欣等[27]通过MHC相合,次要组织相容性抗原(minor histocompatibility antigen,miHA)不合的allo-BMT,建立cGVHD小鼠模型。该实验分为空白对照组、放射对照组、移植对照组和cGVHD实验组,每组各有5只小鼠。除空白对照组外,其余各组小鼠均经直线加速器700 cGy的TBI。放射对照组照射后,经尾静脉输注RPMI 1640培养液0.2 mL;移植对照组输注MHC相合miHA不合的B10.D2骨髓细胞8×106个;cGVHD组输注MHC相合而miHA不合骨髓细胞与脾细胞各8×106个。该研究结果显示,移植对照组小鼠在移植后7 d均获得造血重建,至实验结束(移植后50 d)全部存活,并且染色体均为供鼠型;cGVHD实验组小鼠移植后20 d受累皮肤临床评分均>0.6分,移植后50 d时皮肤、肝脏、肺的病理评分明显高于对照组(F=88.02,P<0.05)。该结果表明,照射剂量为700 cGy、输注骨髓细胞数为8×106个、脾细胞数为8×106个的小鼠能成功诱导出cGVHD,可作为临床研究骨髓移植后cGVHD的理想模型。
无





















