李佳蔚 戎瑞明

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·綜述·

補(bǔ)體在腎移植缺血再灌注損傷中的作用與機(jī)制

李佳蔚 戎瑞明

補(bǔ)體系統(tǒng)是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在固有免疫和適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)過(guò)程中起到了重要作用。補(bǔ)體系統(tǒng)的激活可以加深腎移植缺血再灌注損傷的程度，補(bǔ)體激活產(chǎn)生的膜攻擊復(fù)合物可以對(duì)組織產(chǎn)生直接損傷，3條激活途徑(經(jīng)典途徑、旁路途經(jīng)和甘露糖結(jié)合凝集素途徑)的中間產(chǎn)物均可以通過(guò)介導(dǎo)炎癥反應(yīng)對(duì)移植腎產(chǎn)生間接損傷。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，抑制補(bǔ)體激活途徑對(duì)移植腎可以起到保護(hù)作用，對(duì)于移植后腎功能恢復(fù)也有促進(jìn)作用。因此，抑制補(bǔ)體激活過(guò)程可以成為器官移植一個(gè)新的研究方向，為臨床治療提供新的思路。

補(bǔ)體； 腎移植； 缺血再灌注損傷； 補(bǔ)體抑制劑

缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury, IRI)是腎移植中常見(jiàn)的問(wèn)題，往往會(huì)導(dǎo)致腎移植術(shù)后發(fā)生移植腎失功、腎臟纖維化以及急/慢性排斥反應(yīng)[1]。因此，減輕移植腎損傷，延長(zhǎng)移植腎存活時(shí)間，控制缺血再灌注的損傷程度、增強(qiáng)對(duì)腎臟的保護(hù)作用是目前亟待解決的問(wèn)題，也是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

補(bǔ)體系統(tǒng)是人體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在炎癥反應(yīng)、應(yīng)激過(guò)程以及移植免疫中都發(fā)揮了重要的作用[2-3]。近年來(lái)，許多研究表明，補(bǔ)體系統(tǒng)旁路途徑和甘露糖結(jié)合凝集素(mannan-binding lectin，MBL)途徑的激活是引起腎移植過(guò)程中IRI的重要原因，在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，C3a、C5a以及膜攻擊復(fù)合物(membrane attack complex，MAC)在短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)IRI中均起到了重要作用[4-5]。本文旨在討論國(guó)內(nèi)外對(duì)補(bǔ)體系統(tǒng)在腎移植IRI中作用與機(jī)制的研究進(jìn)展，為臨床預(yù)防和治療腎移植IRI提供新的思路。

1 腎移植IRI過(guò)程中補(bǔ)體系統(tǒng)的激活

補(bǔ)體系統(tǒng)由30余種蛋白質(zhì)組成，是固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的重要組成部分。補(bǔ)體系統(tǒng)的激活主要通過(guò)3種途徑：(1)與IgG或IgM結(jié)合形成免疫復(fù)合物導(dǎo)致的經(jīng)典途徑；(2)細(xì)菌表面糖蛋白引起的MBL途徑；(3)在細(xì)胞表面自發(fā)激活的旁路途徑[5-6]。3種途徑對(duì)腎移植過(guò)程中IRI的發(fā)生均起到了一定作用，并導(dǎo)致腎小管細(xì)胞損傷，進(jìn)而引起移植腎功能的缺失[1, 3, 5]。

1.1 補(bǔ)體經(jīng)典途徑的激活與作用

補(bǔ)體經(jīng)典途徑的激活依賴于適應(yīng)性免疫系統(tǒng)抗原抗體復(fù)合物與C1q的相互作用。C1q激活了2個(gè)C1r和2個(gè)C1s，隨后活化C1s并分解C4和C2，形成經(jīng)典途徑中的C3轉(zhuǎn)化酶(C4b2a)，進(jìn)而將C3分解形成C3a和C3b[2]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，C3a作為一種過(guò)敏毒素，在IRI過(guò)程中可以通過(guò)誘導(dǎo)輔助性T細(xì)胞2(helper T cell 2，Th2)的活化間接對(duì)組織產(chǎn)生損傷[7]。在小鼠腎臟缺血再灌注模型中，敲除C3基因表現(xiàn)出明顯的腎臟保護(hù)作用，因此初步斷定補(bǔ)體C3在IRI病理生理過(guò)程中對(duì)腎臟有一定的損傷作用[4,8]。

1.2 補(bǔ)體MBL途徑的激活與作用

MBL途徑由MBL與病原微生物表面碳水化合物結(jié)構(gòu)相連而激活，進(jìn)而與絲氨酸蛋白酶結(jié)合形成MBL相關(guān)絲氨酸蛋白酶(MBL associated serine protease，MASP)，介導(dǎo)補(bǔ)體分子的分解過(guò)程[5]。目前，已發(fā)現(xiàn)3種MASP：MASP-1、MASP-2和MASP-3，其中MASP-2可以分解補(bǔ)體分子C2和C4，產(chǎn)生與經(jīng)典途徑相同的C3轉(zhuǎn)化酶(C4b2a)[2]。近年關(guān)于MBL的研究發(fā)現(xiàn)，在器官移植過(guò)程中MBL缺失可以導(dǎo)致肝移植和胰腎聯(lián)合移植術(shù)后感染風(fēng)險(xiǎn)增加；臨床數(shù)據(jù)也表明MBL在器官IRI以及移植后排斥反應(yīng)中起到了重要作用，其中MBL與IgM的相互作用是引起MBL途徑介導(dǎo)移植后器官損傷的主要原因[9]。

1.3 補(bǔ)體旁路途徑的激活與作用

補(bǔ)體激活的旁路途徑主要是由抗體非依賴的微生物表面成分、生物材料和血液中的纖維蛋白溶酶原激活形成旁路途徑的C3轉(zhuǎn)化酶(C3bBb)。這樣形成的C3轉(zhuǎn)化酶具有與其他兩種途徑相同的作用，繼續(xù)介導(dǎo)下游補(bǔ)體的激活，最終產(chǎn)生MAC直接損傷移植物[5-6]。

2 補(bǔ)體激活導(dǎo)致移植腎IRI的機(jī)制

2.1 補(bǔ)體激活對(duì)腎組織的直接損傷作用

IRI的進(jìn)程復(fù)雜，包括中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)、促炎蛋白對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用、氧化應(yīng)激反應(yīng)以及補(bǔ)體系統(tǒng)的激活[10]。早期研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠腎IRI模型中，補(bǔ)體的局部沉積和膜表面補(bǔ)體調(diào)節(jié)因子是導(dǎo)致IRI的重要原因[11-12]。Crry是一種可以與C3和C5轉(zhuǎn)化酶相結(jié)合的補(bǔ)體抑制劑，可以起到減輕IRI的作用[7]。Zhou等[12]發(fā)現(xiàn)了C3、C5和C6缺失小鼠在腎臟缺血再灌注過(guò)程中損傷較輕，而C4缺失小鼠腎臟仍會(huì)受缺血再灌注的影響，但采用C5a抗體并不能起到對(duì)腎臟的保護(hù)作用；提示在腎臟缺血再灌注中，并非通過(guò)C5a介導(dǎo)的中性粒細(xì)胞富集產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，而是由MAC直接攻擊腎臟細(xì)胞而導(dǎo)致?lián)p傷[7,13]。腎臟IRI主要累及腎小管上皮細(xì)胞，由于大部分補(bǔ)體分子都具有較大的分子量，能夠通過(guò)血管內(nèi)皮間隙滲透到血管外的分子極少，因此主要是在血管外區(qū)域生成的補(bǔ)體分子對(duì)腎小管產(chǎn)生損傷。研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、腎小球上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞都可以產(chǎn)生補(bǔ)體分子，其中C3是發(fā)生IRI的主要原因，可能是由于腎小管上皮細(xì)胞缺少相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白[7]。

2.2 補(bǔ)體激活對(duì)腎組織的間接損傷作用

在IRI過(guò)程中，補(bǔ)體系統(tǒng)不僅在固有免疫中發(fā)揮作用，也可以通過(guò)調(diào)控適應(yīng)性免疫系統(tǒng)增加損傷程度[3]。研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)體分子可以通過(guò)與細(xì)胞表面相連起到增強(qiáng)T細(xì)胞和B細(xì)胞免疫應(yīng)答的作用[14]。B細(xì)胞表面的補(bǔ)體受體與相應(yīng)補(bǔ)體結(jié)合可以增加抗體的分泌；T細(xì)胞中補(bǔ)體的調(diào)節(jié)機(jī)制則較為復(fù)雜，由補(bǔ)體激活過(guò)程中釋放的多種細(xì)胞因子進(jìn)行綜合調(diào)控，包括過(guò)敏毒素C3a和C5a，這兩種分子可以通過(guò)參與抗原介導(dǎo)的T細(xì)胞活化從而產(chǎn)生免疫反應(yīng)。研究證實(shí)，C3a可以促進(jìn)Th2發(fā)生免疫應(yīng)答，C5a則可以阻止Th2的極化反應(yīng)[15-16]。此外，一些補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白家族，如膜輔因子蛋白CD46可以通過(guò)細(xì)胞因子和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化對(duì)T細(xì)胞激活進(jìn)行調(diào)節(jié)，CD46與CD4+T細(xì)胞上的CD3交叉結(jié)合可以促進(jìn)其釋放大量IL-10，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[17]。

3 腎移植IRI過(guò)程中抗補(bǔ)體治療的方式

目前，補(bǔ)體系統(tǒng)在腎臟IRI過(guò)程中的作用已經(jīng)得到了證實(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，通過(guò)抑制補(bǔ)體系統(tǒng)可以有效降低IRI程度[11]。由于C3和C5在整個(gè)補(bǔ)體系統(tǒng)激活過(guò)程中都具有重要作用，因此抗補(bǔ)體治療的方式主要集中在抑制這兩種分子的作用上。研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠和小鼠等腎移植模型中應(yīng)用抗C5治療可以減輕移植后IRI程度[18-19]?？寡a(bǔ)體藥物主要通過(guò)與細(xì)胞膜蛋白中的FH段或Ⅰ型補(bǔ)體受體相連，或者抑制絲氨酸蛋白酶活性(C1抑制劑、抗MASP2抗體)等方式發(fā)揮抑制作用。目前常用的兩種補(bǔ)體抑制劑是抗C5單克隆抗體和可溶性補(bǔ)體受體1(soluble complement receptor 1，sCR1)。

依庫(kù)麗單抗是一種人源化抗C5分子的單克隆抗體，可以通過(guò)與C5分子高效結(jié)合，并抑制C5轉(zhuǎn)化酶的活性從而抑制C5分子的分解，阻礙C5a和C5b-9分子的形成，最終阻止補(bǔ)體的促炎、促血栓形成和溶解功能。在急性Ⅰ型抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)中，依庫(kù)麗單抗可以起到預(yù)防和治療的作用，但具有一定的局限性[19-20]。

sCR1是一種補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，在補(bǔ)體系統(tǒng)激活過(guò)程中可以起到重要的調(diào)節(jié)作用。這種可溶性補(bǔ)體受體可以抑制C3b和C4b的功能，同時(shí)促進(jìn)C3和C5轉(zhuǎn)化酶的降解，達(dá)到抑制補(bǔ)體系統(tǒng)功能的作用。在大鼠腎移植模型中，sCR1制劑在急性腎損傷中可以起到腎臟保護(hù)作用，并延長(zhǎng)移植物存活時(shí)間[19-20]。

4 展 望

在腎移植中，IRI是一個(gè)重要的病理生理過(guò)程，補(bǔ)體激活是產(chǎn)生損傷的重要原因。目前已經(jīng)證實(shí)，補(bǔ)體系統(tǒng)的3條激活途徑均參與了損傷過(guò)程；同時(shí)，腎缺血再灌注動(dòng)物模型證實(shí)抑制補(bǔ)體激活可以減輕腎臟IRI程度。雖然已有多種補(bǔ)體抑制劑投入使用，但關(guān)于補(bǔ)體系統(tǒng)在整個(gè)IRI過(guò)程中所起的作用，以及補(bǔ)體被抑制后的不良反應(yīng)等問(wèn)題，仍需要進(jìn)一步的研究。

1 Ponticelli C. Ischaemia-reperfusion injury: a major protagonist in kidney transplantation[J]. Nephrol Dial Transplant, 2014, 29(6):1134-1140.

2 Farrar CA, Sacks SH. Mechanisms of rejection: role of complement[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2014,19(1):8-13.

3 De Vriese AS, Sethi S, Van Praet J, et al. Kidney disease caused by dysregulation of the complement alternative pathway: an etiologic approach[J]. J Am Soc Nephrol, 2015,26(12):2917-2929.

4 Mastellos DC, Yancopoulou D, Kokkinos P, et al. Compstatin: a C3-targeted complement inhibitor reaching its prime for bedside intervention[J]. Eur J Clin Invest, 2015,45(4):423-440.

5 Cravedi P, Heeger PS. Complement as a multifaceted modulator of kidney transplant injury[J]. J Clin Invest, 2014,124(6):2348-2354.

6 Stites E, Le Quintrec M, Thurman JM. The complement system and antibody-mediated transplant rejection[J]. J Immunol, 2015,195(12):5525-5531.

7 Damman J, Schuurs TA, Ploeg RJ, et al. Complement and renal transplantation: from donor to recipient[J]. Transplantation, 2008.85(7):923-927.

8 Berger SP, Daha MR. Emerging role of the mannose-binding lectin-dependent pathway of complement activation in clinical organ transplantation[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2011,16(1):28-33.

9 Schr?ppel B, Legendre C. Delayed kidney graft function: from mechanism to translation[J]. Kidney Int, 2014,86(2):251-258.

10 Vieyra MB, Heeger PS. Novel aspects of complement in kidney injury[J]. Kidney Int, 2010,77(6):495-499.

11 Sheen JH, Heeger PS. Effects of complement activation on allograft injury[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2015,20(4):468-475.

12 Zhou W, Farrar CA, Abe K, et al. Predominant role for C5b-9 in renal ischemia/reperfusion injury[J]. J Clin Invest, 2000,105(10):1363-1371.

13 Lunsford KE, Barbas AS, Brennan TV. Recent advances in immunosuppressive therapy for prevention of renal allograft rejection[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2011,16(4):390-397.

14 Veighey K, MacAllister R. Clinical applications of remote ischaemic preconditioning in native and transplant acute kidney injury[J]. Pediatr Nephrol, 2015,30(10):1749-1759.

15 Damman J, Daha MR, van Son WJ, et al. Crosstalk between complement and Toll-like receptor activation in relation to donor brain death and renal ischemia-reperfusion injury[J]. Am J Transplant, 2011,11(4):660-669.

16 Wood KJ, Goto R. Mechanisms of rejection: current perspectives[J]. Transplantation, 2012,93(1):1-10.

17 Kemper C, Chan AC, Green JM, et al. Activation of human CD4+ cells with CD3 and CD46 induces a T-regulatory cell 1 phenotype[J]. Nature, 2003,421(6921):388-392.

18 Lutz J, Thürmel K, Heemann U. Anti-inflammatory treatment strategies for ischemia/reperfusion injury in transplantation[J]. J Inflamm (Lond), 2010,7:27.

19 Frémeaux-Bacchi V, Legendre CM. The emerging role of complement inhibitors in transplantation[J]. Kidney Int, 2015,88(5):967-973.

20 Amore A. Antibody-mediated rejection[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2015,20(5):536-542.

(本文編輯：鮑夏茜)

李佳蔚, 戎瑞明. 補(bǔ)體在腎移植缺血再灌注損傷中的作用與機(jī)制[J/CD]. 中華移植雜志：電子版, 2016,10(4):190-192.

Role and mechanism of complement in kidney transplantation ischemia-reperfusion injury

LiJiawei,RongRuiming.

DepartmentofUrology,ZhongshanHospital,FudanUniversity,ShanghaiKeyLaboratoryofOrganTransplantation,Shanghai200032,ChinaCorrespondingauthor:RongRuiming,Email:rong.ruiming@zs-hospital.sh.cn

Complement system is an important part of human immune system, which plays a key role both in body’s innate and adoptive immune reaction. Activation of complement system could aggravate the damage degree of renal transplantation ischemia-reperfusion injury. The membrane attack complex produced by complement activation could cause direct damage to tissues. Furthermore, the intermediate products of three pathways of complement system activation could cause indirect damage to transplanted kidney by mediating inflammatory reaction. Some studies found that the inhibition of complement activation could protect grafts from immune injury and promote functional recovery of transplant kidneys. Therefore, inhibition of complement system activation could become a new research field in organ transplantation, which may provide new ideas for clinical therapy.

Complement; Kidney transplantation; Ischemia-reperfusion injury; Complement inhibitor

10.3877/cma.j.issn.1674-3903.2016.04.010

200032 上海，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院泌尿外科 上海市器官移植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

戎瑞明, Email: rong.ruiming@zs-hospital.sh.cn

2016-06-07)