转化生长因子β在器官移植排斥反应中的研究进展

李伟光，张 博(综述)，吴 波(审校)

(哈尔滨医科大学附属第四医院普外二科室，哈尔滨 150001)

20世纪70年代早期，Gershon等[1]提出了免疫抑制的概念。在1986年，转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)第一次被描述对免疫系统有抑制作用，TGF-β被发现可以抑制人类B细胞和T细胞的增殖[2]。随后，TGF-β家族越来越多的相关成员相继被发现。在哺乳动物中，TGF-β家族在机体的适应性免疫调节、抑制炎性细胞作用、促进调节性T细胞(Treg细胞)功能等方面具有重要功能。该文主要对TGF-β在器官免疫抑制方面的研究进行简要介绍。

1 TGF-β的生物学特性

细胞因子家族的TGF-β介导许多包括发育、生理和病理等生物学过程，还有一个影响免疫的最主要功能[3-4]。到目前为止已发现了超过40个TGF-β超家族成员，在哺乳动物中有三个不同基因编码的TGF亚型：TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。在鸟类和两栖类动物中发现存在TGF-β4和TGF-β5，但生物学特性了解很少。虽然TGF-β1分别与TGF-β2、TGF-β3有很大比例的氨基酸同源性，但只有TGF-β1在同种型的免疫系统中占有主导地位，在维护自我耐受性中必不可少。

2 TGF-β调节免疫反应

TGF-β具有调节多种类型免疫细胞的作用[5]。在早期的研究中，TGF-β被发现可以抑制T细胞的增殖，还可以抑制生产白细胞介素2(interleukin-2,IL-2)、自然杀伤细胞和在免疫系统中的其他类型的细胞[6]。执行免疫功能的CD4+T细胞被激活后能分化成三个主要类型的效应T细胞。CD4效应T细胞也叫辅助性T细胞(helper T cells，Th),可以归类为Th1、Th2、Th17[7]。Th1生产干扰素γ，Th2分泌IL-4、IL-13和IL-5，Th17表达IL-17和IL-22生成[8]。虽然TGF-β部分抑制T细胞增殖，但是研究发现TGF-β可以有效抑制效应T细胞的功能，从而抑制使其分化成Th1和Th2效应细胞[9]。除了调节CD4+T细胞，TGF-β还控制CD8+T细胞增殖和效应功能。CD8+T细胞能够表达多种效应器分子，如干扰素γ和穿孔素等，也同时被TGF-β抑制表达[10-11]。TGF-β的另一个抑制免疫反应的机制是通过诱导Fox3(叉头状家族转录因子)表达来促进Treg细胞的增殖[12]。在炎症条件下，TGF-β也是诱导IL-17生产的重要因子[13]。TGF-β具有影响B细胞发展的所有阶段的作用，它涉及淋巴细胞的增殖和浆细胞分泌所有二级同型抗原的过程，其抑制增殖作用和刺激细胞凋亡能力与它调节B细胞生发中心和增殖节点有不可或缺的关系。TGF-β抑制细胞表达同型抗原来抑制免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM)和免疫球蛋白A的分泌。B淋巴细胞研究最广泛和最主要的免疫抑制机制是分泌的IL-10，IL-10在调节炎症中是最主要的抗炎细胞因子[14]。移植过程中，TGF-β能够抑制同种异体排斥反应或者增强宿主防御，对Treg细胞的调节也是其在急慢性排斥反应中对组织器官起到免疫抑制的关键。

3 TGF-β 在器官移植中的作用

3.1TGF-β在心脏移植中的作用 在Allan等[15]研究的心脏移植实验模型中发现，上调的TGF-β抑制CD4+T细胞、CD25+T细胞的分泌，增加了免疫耐受。已知TGF-β涉及许多生物过程和在免疫系统的关键作用，尤其是在Th17和调节性T细胞的分化[16]。在高表达TGF-β的同种异体移植模型中没有IL-6和IL-17的表达，表明Th17分化轴是完全被抑制的，TGF-β在影响CD4+T细胞和CD25+T细胞发育和功能上扮演着重要角色，所以证明了TGF-β在免疫耐受中起到重要作用。因此，CD4+T细胞和CD25+T细胞的增殖和被抑制的作用是受到TGF-β调解的[17-18]。在先前的相关研究中就有报道TGF-β的遗传变异体是影响最强的生产纤维化调制器，同时也参与心脏移植后的肾脏疾病的发展[19]。

3.2TGF-β在肾脏移植中的作用 TGF-β是一种普遍存在的纤维化因子，已被证明参与在一般器官纤维化的发展，在肾脏相关疾病中参与(如肾小球肾炎，肾小管萎缩)病理学间质纤维化等[20]。以前的研究已经表明，肾组织中含有较多的TGF-β因子，在急性排斥反应中被激活并大量表达[21]。这种生长因子诱导基因转录受体激活和磷酸化Smad2/3蛋白[22]。正常肾组织肾小管上皮细胞表达低水平的Smad2/3蛋白，在慢性排斥反应过程中，这种蛋白可以增加上皮细胞和白细胞的渗透作用。在早期肾移植急性排斥反应期，TGF-β有明显的免疫抑制作用，但随着受体生存时间的延长，TGF-β导致肾脏血管病变及肾组织纤维化的问题明显增加[23]，在解决肾移植TGF-β的双性调节上有待进一步研究。

3.3TGF-β在肝脏移植中的作用 慢性排斥反应是导致肝脏同种异体移植物功能障碍的一个重要原因，在肝移植后对患者是一个重要威胁[24]。在众多的因素中，同种免疫性反应生成的异质组织相容性抗原是导致慢性排斥反应最关键的一个因素[25-26]。尽管很努力地控制其发病率，但在肝脏受者中，同种异体慢性肝拒绝仍然是一个影响长期生存的关键障碍[27]。TGF-β可以显著衰减肝脏再灌注损伤并减少肿瘤坏死因子α和IL-1的分泌，但是增加IL-10的分泌。此外，在TGF-β治疗的动物中，由库普弗细胞产生的基质金属蛋白酶9显著下降[28]。与其他的研究再灌注损伤模型的结果相同[29]，结果支持TGF-β在肝脏再灌注损伤方面有一定的保护作用。在依赖TGF-β的治疗同时，库普弗细胞还通过调节促炎和抗炎功能对Tregs细胞进行调节，衰减肝脏的再灌注损伤。

3.4TGF-β在其他器官中的作用 TGF-β系列是具有广泛的多效性生长因子，参与炎性反应、创面修复、血管生成和组织重构的过程[30-31]。在移植排斥反应过程中，发病过程主要是T细胞介导的免疫应答。在不同动物静脉移植模型中，TGF-β被发现都在移植几天后开始表达[32]。在兔的静脉移植模型中，TGF-β上调存在至少有6个月，与血管重构中的成纤维细胞和基质沉积有关[33]。相关的研究数据表明，在静脉移植中，与压力直接影响血管舒展相比，TGF-β占主导地位可以直接刺激血管舒展，而且在移植早期，TGF-β蛋白就在血管内膜表达，并最大限制地抑制TM9(血栓调节蛋白)的表达[34]。

4 小结与展望

TGF-β是诱导免疫耐受的一个重要的微环境因素，对机体的免疫系统产生广泛的影响，TGF-β具有促进细胞增殖及抑制细胞增殖的双向功能，对于不同的靶细胞以及同一靶细胞在不同功能状态下显示不同的作用，这与其基因多态性有关，一般认为它是一种负性免疫调节因子，但在某些特定条件下，它又表现出正向免疫调节作用。随着受体移植物生存，其引起受体纤维化问题的出现大大影响了受体的长期生存。很多实验研究应用TGF-β因子与免疫抑制剂联合使用，增强TGF-β因子的免疫抑制功能。虽然TGF-β具有调节细胞增殖、凋亡、免疫应答、分化、细胞外基质再生、双性调节等功能，但具体调节机制在国内外尚无一致说明。期望能建立一种新的方法，利用TGF-β的分泌功能以及TGF-β的免疫抑制作用,增强移植受者对于供者特异性的耐受，在临床治疗中得到广泛应用。

[1] Gershon RK,Kondo K.Cell interactions in the induction of tolerance:the role of thymic lymphocytes[J].Immunology,1970,18(5):723-737.

[2] Kehrl JH,Roberts AB,Wakefield LM,etal.Transforming growth factor beta is an important immunomodulatory protein for human B lymphocytes[J].J Immunol,1986,137(12):3855-3860.

[3] Eurich D,Neumann UP,Boas-Knoop S,etal.Transforming growth factor-β1-gene polymorphism in the development of kidney disease after liver transplantation[J].Transplantation,2012,93(5):555-560.

[4] Tanabe T,Kanoh S,Moskowitz WB,etal.Cardiac asthma:transforming growth factor-β from the failing heart leads to squamous metaplasia in human airway cells and in the murine lung[J].Chest，2012,142(5):1274-1283.

[5] Li MO,Wan YY,Sanjabi S,etal.Transforming growth factor-beta regulation of immune responses[J].Annu Rev Immunol,2006,24:99-146.

[6] Hu B,He Y,Wu Y,etal.Activated allogeneic NK cells as suppressors of alloreactive responses[J].Biol Blood Marrow Transplant,2010,16(6):772-781.

[7] Park H,Li Z,Yang XO,etal.A distinct lineage of CD4T cells regulates tissue inflammation by producing interleukin 17[J].Nat Immunol，2005,6(11):1133-1141.

[8] de Menezes Neves PD,Machado JR,dos Reis MA,etal.Distinct expression of interleukin 17,tumor necrosis factor α,transforming growth factor β,and forkhead box P3 in acute rejection after kidney transplantation[J].Ann Diagn Pathol,2013,17(1):75-79.

[9] Huss DJ,Winger RC,Peng H,etal.TGF-beta enhances effector Th1 cell activation but promotes self-regulation via IL-10[J].J Immunol,2010,184(10):5628-5636.

[10] Le Texier L,Thebault P,Carvalho-Gaspar M,etal.Immunoregulatory function of IL-27 and TGF-β1in cardiac allograft transplantation[J].Transplantation,2012,94(3):226-233.

[11] Han KL,Thomas SV,Koontz SM,etal.Adenosine A2A receptor agonist-mediated increase in donor-derived regulatory T cells suppresses development of graft-versus-host disease[J].J Immunol,2013,190(1):458-468.

[12] Willet JD,Pichitsiri W,Jenkinson SE,etal.Kidney transplantation:analysis of the expression and T cell-mediated activation of latent TGF-β[J].J Leukoc Biol,2012,93(4):471-478.

[13] Pekalski M,Jenkinson SE,Willet JD,etal.Renal allograft rejection:Examination of delayed differentiation of Treg and Th17 effector T cells[J].Immunobiology,2013,218(3):303-310.

[14] Wu LM,Zhou L,Xu J,etal.Lack of association between genetic polymorphisms in cytokine genes and tumor recurrence in patients with hepatocellular carcinoma undergoing transplantation[J].Hepatobiliary Pancreat Dis Int,2013,12(1):54-59.

[15] Allan SE,Song-Zhao GX,Abraham T,etal.Inducible reprogramming of human T cells into Treg cells by a conditionally active form of FOXP3[J].Eur J Immunol,2008,38(12):3282-3289.

[16] Mitchell P,Afzali B,Lombardi G,etal.The T helper 17-regulatory T cell axis in transplant rejection and tolerance[J].Curr Opin Organ Transplant,2009,14(4):326-331.

[17] Wakita D,Sumida K,Iwakura Y,etal.Tumor-infiltrating IL-17-producing cd T cells support the progression of tumor by promoting angiogenesis[J].Eur J Immunol,2010,40(7):1927-1937.

[18] Nowak M,Wyczalkowska-Tomasik A,Wlodarczyk Z,etal.The role of the kidney in the systemic elimination of interleukin 6,platelet-derived growth factor and transforming growth factor beta[J].Cytokine,2012,59(2):258-263.

[19] van de Wetering J,Weimar CH,Balk AH,etal.The impact of transforming growth factor-beta1 gene polymorphism on end-stage renal failure after heart transplantation[J].Transplantation,2006,82(12):1744-1748.

[20] Yoon HE,Yang CW.Established and newly proposed mechanisms of chronic cyclosporine nephropathy[J].Korean J Intern Med,2009,24(2):81-92.

[21] Karimi MH,Daneshmandi S,Pourfathollah AA,etal.A study of the impact of cytokine gene polymorphism in acute rejection of renal transplant recipients[J].Springer Science,2012,39(1):509-515.

[22] Wang W,He B,Shi W,etal.Deletion of scavenger receptor A protects mice from progressive nephropathy independent of lipid control during diet-induced hyperlipidemia[J].Kidney International,2012,81(10):1002-1014.

[23] Zakrzewicz A,Wilhelm J,Blöcher S,etal.Leukocyte accumulation in graft blood vessels during self-limiting acute rejection of rat kidneys[J].Immunobiology,2011,216(5):613-624.

[24] Li J,Lai X,Liao W,etal.The dynamic changes of Th17/Treg cytokines in rat liver transplant rejection and tolerance[J].Int Immunopharmacol,2011,11(8):962-867.

[25] Wan R,Tang L,Shan R,etal.Humoral immunity-mediated chronic rejection in liver transplantation is associated with predominant IL-10 expression[J].Front Biosci(Elite Ed),2012,E4:2121-2130.

[26] Xie X,Ye Y,Zhou L,etal.Küpffer cells promote acute rejection via induction of Th17 differentiation in rat liver allografts[J].Transplant Proc,2010,42(9):3784-3792.

[27] Nakano T,Lai CY,Goto S,etal.Immunological and regenerative aspects of hepatic mast cells in liver allograft rejection and tolerance[J].PLoS One,2012,7(5):e37202.

[28] Gu D,Shi Y,Ding Y,etal.Dramatic early event in chronic allograft nephropathy:increased but not decreased expression of MMP-9 gene[J].Diagn Pathol,2013,8:13.

[29] Hamada T,Duarte S,Tsuchihashi S,etal.Inducible nitric oxide synthase deficiency impairs matrix metalloproteinase-9 activity and disrupts leukocyte migration in hepatic ischemia/reperfusion injury[J].Am J Pathol,2009,174(6):2265-2277.

[30] Jiang S,Tang Q,Rong R,etal.Mycophenolate mofetil inhibits macrophage infiltration and kidney fibrosis in long-term ischemia-reperfusion injury[J].Eur J Pharmacol,2012,688(1/3):56-61.

[31] Li W,Jiang H,Feng JM.Isogenic mesenchymal stem cells transplantation improves a rat model of chronic aristolochic acid nephropathy via upregulation of hepatic growth factor and downregulation of transforming growth factor b1[J].Mol Cell Biochem,2012,368(1/2):137-145.

[32] You WJ,Xiao MD,Yuan ZX.Significance of changes in transforming growth factor-beta mRNA levels in autogenous vein grafts[J].Chin Med J(Engl),2004,117(7):1060-1065.

[33] Jiang Z,Tao M,Omalley KA,etal.Established neointimal hyperplasia in vein grafts expands via TGF-betamediated progressive fibrosis[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2009,297(4):H1200-H1207.

[34] Kapur NK,Bian C,Lin E,etal.Inhibition of transforming growth factor-β restores endothelial thromboresistance in vein grafts[J].J Vasc Surg,2011,54(4):1117-1123.