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同种异体骨基础研究
同种异体骨临床研究
同种异体骨脱钙骨基质(DBM)
同种异体骨肌腱移植

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同种异体骨关节移植的免疫学原理

作 者:湖北联结生物材料有限公司
    对异体骨免疫原的研究始于50年代初。目前,伴随着移植免疫学的发展,对异体骨免疫原的研究已经取得了进展。综合众多的研究结果显示:新鲜异体骨引起剧烈的免疫反应,深低温骨软骨移植,其免疫反应程度明显降低,但仍能检测到排斥反应。冷冻干燥则使免疫反应明显降低,以至于这种反应不能检测到。
1.早期研究
    最早对骨移植免疫学反应的研究方法是以植入骨周围的细胞移行渗出的组织学结果来决定的。1951年Kreuz等通过对狗的实验研究指出:冷冻干燥骨几乎不引起细胞免疫反应,且愈合到受体骨的过程同于自体骨,只是在愈合时间上有延迟。低温异体骨引起中等程度的淋巴细胞渗出,但其反应的强度不足以阻止移植骨的愈合。
在异体骨移植后,让受体再接受皮肤移植,通过对移植皮肤的排斥反应来测定异体骨诱导的免疫反应的强弱。在新鲜异体骨移植后,这种继发性皮肤免疫排斥反应常常发生,当植入经深低温保存的异体骨后,这种反应减弱或者完全不发生,冷冻干燥骨虽不引起排斥反应,但也不能延长移植皮肤的存活时间。
随后应用的免疫学方法是敏感性和针对性更强的体液和细胞免疫反应测定方法,很多研究者将带有组织相容性抗原的淋巴细胞或纤维细胞作为靶细胞进行研究。
2.骨组织免疫原
    骨是一种含有细胞、胶原、基质和无机矿物质的组织,所以骨的潜在性免疫原很多。羟基磷灰石或其它矿物质分子无免疫原性,胶源纤维的抗原性也是微弱的。但有些基质成分,象蛋白多糖能引起明显的免疫排斥反应。细胞表面移植抗原是重要的免疫原,骨组织中包含成骨细胞、成软骨细胞、纤维细胞、脂肪细胞、神经轴索、成血细胞、血管细胞、间充质细胞等细胞成员和骨组织中含有的各种类型的白细胞也是免疫原的主要来源。无任何种类型细胞,它们都既有共同的细胞表面组织相容性抗原(MHC)表达形式,也有许多细胞抗原不是主要组织相容性系统中的成员,也能激发免疫反应。利用放免嵌合体技术发现MHC相关的抗原存在于移植骨骨髓中,而不存在于皮质骨(cortical bone)中,而移植骨中的骨髓不能用简单的方法清除。除引起免疫反应外,骨髓细胞还参与了移植骨的修复和愈合过程。
3.软骨的免疫原
    软骨细胞的MHC系统与其白细胞的相同,分离出的软骨细胞能刺激产生细胞毒性抗体,且引起白细胞迁移包缠移植物。但是,当完整的关节软骨移植时,不引起受体的任何免疫排斥反应, 说明软骨基质封闭了软骨细胞抗原的表达,软骨移植被视为一种免疫“保护”性移植, 只要软骨基质保存完整,软骨细胞相关的移植抗原不能被免疫活性细胞所识别。有的研究也显示,软骨细胞除具有MHC抗原外,还含有组织特异性抗原。另外,细胞膜抗体也引起分离出的软骨细胞机能下降。非细胞来源的骨软骨异体免疫原也存在,软骨中的蛋白质多糖成份能刺激产生抗体。
4.免疫原下降的机理
    Friendlaender 等在两种血源体系的兔之间行异体骨移植,应用同位素标记的供体淋巴细胞进行微细胞毒性免疫反应检查,结果显示:新鲜异体骨引起强烈的免疫排斥反应;冷冻干燥骨明显不能使受体致敏,深低温骨介于二者之间。术后4-5周细胞调节的免疫反应较体液免疫反应明显,松质骨(cancellous bone)(cancellous)引起的免疫反应较皮质骨(cortical bone)强。
其它的研究者在不同的动物模式上也证实:新鲜异体骨能使受体致敏,产生细胞毒性抗体。经深低温处理后的骨免疫原下降,但在不同种类的动物仍能检测到不同程度的特异性免疫排斥。冷冻干燥异体骨移植在有些类型的动物不能引起任何可检测的免疫反应,在另一些动物则可检测到非常微量的抗体。这些结果是基于白细胞漂移试验(LMT),淋巴细胞混合试验和微细胞毒性试验的检测方法作出的。
单纯深低温处理能降低,但不能完全排除异体骨的致敏作用。异体骨在植入前冷冻,可使植入骨愈合率增加,可能是经过冷冻处理的异体骨引起的局部和全身免疫反应降低,使植入骨的血管化、吸收和新骨形成速度加快, 这与冰的晶体结构破坏了异体骨细胞的细胞膜,使异体免疫原减少有关,但在这方面深入的研究工作有限。冻干过程则改变了移植抗原的性能,使之失去了免疫致敏的功能。但有些学者发现异体骨经冻干处理后,仍可分离出能致敏的组织相容性抗原。且孤立的组织相容性抗原经低温或冷冻干燥储存处理后仍保持免疫抗原性,所以,其它的解释还待寻找。
 Sell在深低温保存鼠腹水中的肿瘤细胞前,先将其浸泡在各种溶液中,结果发现经用二甲亚枫、聚烯砒酮、或二者的混合液浸泡冷冻后,细胞仍保存它们的免疫原性。但低温保存后行冷冻干燥处理,经二甲亚枫浸泡过的细胞失去刺激产生抗体的能力,经聚烯砒酮浸泡过的细胞则仍可检测到微量免疫原。这一研究显示不同冷保存溶液可能会改变移植物的免疫原性。
5.免疫原的生物学意义
    深低温冷冻或冷冻干燥除能降低异体骨的免疫原外,对移植物的生物学和力学方面的特性会有什么影响,也是值得关注的问题。不同血源系统动物间行新鲜异体骨移植,经过免疫反应后移植骨的力学强度下降,植入骨愈合时间也较同血源系统动物的慢。当利用免疫抑制治疗法使免疫反应下降的同时,也改善了异体移植骨的修复过程。
    微弱的炎性反应或特殊的免疫反应会促进低温或冷冻干燥骨的重新血管化。从移植的功能要求来看,骨移植和活器官移植的“排斥”所产生的作用有所不同。骨软骨移植是为了结构的稳定性和承重的功能,移植骨也为新骨的爬行替代提供一个附着的支架作用,移植骨还需具有生物学刺激作用,促进新骨的形成。器官移植后出现细胞坏死,血管侵入,“爬行替代”的过程是形成“痂”来替代正常的器官组织,被归纳为移植排斥反应的范围。而在骨移植,爬行替代的结果不是形成“痂”,而是有同等功能的新组织的形成过程,是移植修复反应的范畴。
    从临床结果来看,移植抗体的存在对移植物的生物学潜力并不产生负面的影响,许多骨移植后产生抗体的病人,其临床结果是成功的。
6.人体免疫反应
     人体各种活器官移植的免疫学研究和检测已相当广泛。然而,异体移植骨使人体致敏及免疫反应对植入骨生物学影响的研究相对较少。虽然,有关的研究已在动物模型上进行,且在动物模型上对一些研究条件容易控制比较,但以前对动物研究的某些结果已经对人体移植骨的某些生物变化过程产生了误导,所以对人体骨软骨移植的免疫原研究是非常有意义的。对人体骨移植免疫学研究集中在如下几个方面:①骨的哪些成分有免疫原性? ②用什么方法进行人体免疫学研究?③受体致敏的生物学意义是什么?④保存方法对免疫原有何影响?
免疫原存在于骨软骨的细胞,基质及胶原上,细胞表面移植抗原是主要组织相容性抗原(在人类为HLA,在兔类表现为RLA,在鼠类表现为H-2)。这些免疫原为细胞膜上的糖蛋白,存在于骨组织的许多类型细胞上,如成骨细胞,成软骨细胞、纤维、脂肪、神经触突。造血组织基质中的致敏原在动物实验中检测出,但推测也存在于人体骨软骨中。胶原一直都被认为是引起人类许多疾病的致敏原,但它们致敏能力一般来说较弱,一直还未检测出抗胶原抗体,但这种大分子物质有着潜在的免疫原性。
    因此,骨关节软骨移植时,多种细胞表面抗原是主要的致敏原,且多存在于骨髓中。其中在人类有A、B、C、DR四个同种异体组织相容性抗原位点,虽然HLA-A和HLA-B抗原仍被认为是引起血清学反应的免疫原,但现在逐步认为DR抗原是关系到活器官移植是否成功的关键。
    一直没有人报道免疫生物学反应与人体异体移植骨生物学变化之间的关系。通过狗腓骨异体移植模式和临床结果分析,Burchardt推断临床异体骨移植有三种不同的生物学变化类型:
⑴骨连接处少量的骨吸收后,快速成骨、愈合,然后通过爬行替代塑形,这种类型的修复
在临床上不引起疲劳骨折。
⑵植入骨广泛被吸收,导致骨不连接,骨折及塑形不完全,但仍有可能修复骨的完整性。
⑶植入骨完全吸收。
    新鲜自体骨移植后的修复以第1类的形式表现出来;新鲜异体骨则以第3类的形式表现。异体冷冻干燥骨及新鲜异体骨移植受体同时接受了硫唑嘌吟治疗,其修复过程也以第1类的形式表现出来。
    人体异体骨移植的免疫反应报道的不多。Langer等对膝关节退行性变患者行新鲜表面异体骨软骨移植,通过用供体的成纤维细胞与病人的血清反应,发现抗细胞表面移植抗原的细胞毒性抗体均为阳性,且抗体的效价持续几个月。不同病例的反应强度和持续时间不同,但与临床结果无明显关系,这可能与受体血清中的封闭因子封锁住了抗体的有害影响有关。
  Lundgren 首先研究低温骨的临床致敏性,用-20℃保存的大段冷冻骨移植后,受体淋巴细胞毒性检测为阳性。Rodrigo对14例大段异体深低温骨移植病人进行检测,供体和受体的HLA特征未鉴定,86%的病人产生特异性补体依赖性抗体,因为这些病人都接受了输血,存在另外的潜在性致敏原。所以,将一组同样接受输血而未行异体骨移植的病人作为对照,这组病人60%产生特异抗体。20%接受异体冷冻干燥骨的病人体中出现抗HLA-A(有核细胞表面组织相容性抗原)抗体。他认为无任致敏性如何,免疫反应程度与临床结果没有相关性。
  Friedlaender等对44例接受冷冻干燥骨移植的病人进行分析,虽未进行交叉配对, 但鉴别出供体和病人的特征性HLA-A和HLA-B抗原,其中有9个病人术后产生抗HLA抗体,常于术后2周产生,持续存在3个月以上,血清反应发生在骨供体34个HLA-A和HLA-B位点上。病人常产生1-3种特异抗体,有四个病人有一种共同的抗体。致敏与移植骨的重量、松质骨(cancellous bone)(cancellous)或皮质骨(cortical bone)的类型、年龄、性别及造成骨缺损的疾病的类型无关。9个病人中有2人接受过输血,有三名妇女的抗体与既往的怀孕有关。致敏与临床结果之间无相关关系,因致敏的9个病人移植骨都愈合良好,但这并不意味着移植骨的免疫学反应与其修复过程无关,只是可能目前应用的免疫检测方法不合适,或免疫反应部分被封锁以致不能对修复过程发挥作用。所以,免疫反应与生物修复过程之间的关系还有待研究。
  有文献报道RH阳性血型的供体,移植后使受体产生抗Rh抗体(0.5ml的血就能致敏),这对Rh阴性的青年妇女的影响尤为重要。然而,冷冻干燥骨的制作过程中完全清除了骨髓及血成份,所以从不会发生这种免疫反应。
骨移植后人的致敏特点类似于动物,新鲜异体移植骨有明显的抗原,经低温保存后免疫反应在发生的机率上和强度上都下降,冷冻干燥骨则很少刺激受体产生HLA抗体。
发布时间:2005-10-22 阅读:3371次 来源:湖北联结文稿
 
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