内皮损伤在移植物抗宿主病发生发展中作用的研究进展

陆文琪，万 琳

苏州大学附属儿童医院 国家血液系统疾病临床医学研究中心，江苏 苏州 215127

异基因造血干细胞移植(allogenetic hemato-poietic stem cell transplantation,allo-HSCT)已成为根治血液系统疾病、代谢性疾病、免疫缺陷性疾病等的有效手段。移植治疗后的总体存活率约40%～60%,移植物抗宿主病(graft-versus-host disease,GVHD)常累及全身多个器官,严重影响移植成功率,是HSCT患者早期死亡以及晚期影响生活质量的重要因素[1]。血管内皮细胞的损伤是GVHD发生发展的始动环节,评估内皮功能可以预测移植相关并发症[2],GVHD的发展及用药进一步导致内皮损伤的加重[3],本文就内皮损伤在GVHD发生发展中作用进行综述。

1 内皮损伤简介

内皮细胞及基底膜共同构成了血管屏障,allo-HSCT相关血管内皮损伤的确切发病机制尚不完全清楚,其主要的病理机制包括:1)炎性介质作用下的内皮损伤。如严重感染等原因激活单核巨噬细胞系统而释放肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)、IL-1、IL-6等促炎因子,进一步激活白细胞和内皮细胞等效应细胞,释放氧自由基、蛋白酶等加速花生四烯酸代谢并释放血栓素2等炎性介质,形成所谓“细胞因子风暴”,诱发内皮损伤[4]。2)物理化学因素介导内皮损伤的发生。在allo-HSCT预处理阶段,超大剂量放射/化学治疗造成炎性因子的产生,从而导致内皮细胞受到不同程度的损伤[5]。3)同种异基因免疫反应使用的免疫抑制剂如环孢素A、他克莫司等,也可引起血管内皮损伤[3]。综上所述,allo-HSCT中炎性介质、细胞因子、放射/化学治疗及免疫抑制剂是导致内皮损伤从而诱发移植后相关并发症的主要原因,既往研究均停留在细胞因子的释放导致内皮损伤的一元论阶段,尚缺少相关研究解析移植后患者血管微环境中免疫细胞的功能变化对血管内皮细胞功能的影响。内皮细胞存在异质性,在不同组织器官中表型存在差异。

2 内皮损伤在GVHD发病中作用的研究进展

2.1 内皮损伤在皮肤GVHD中的作用

皮肤GVHD通常在急性期以红皮病的形式出现,而在慢性期的皮肤损害表现与自身免疫性疾病的临床表现类似,通过病理活检可发现血管内皮细胞增生和微血管病变[6]。与同期无GVHD患者及健康人群相比,GVHD患者皮肤样本中细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte,CTL)活化通过促进血管性血友病因子(vWF)水平升高来介导皮肤微血管内皮损伤。供者T细胞与受者血管内皮细胞抗原直接接触,分化产生CTL,CTL活化分泌各种细胞因子和炎性介质进一步杀伤内皮细胞,从而导致血浆vWF水平升高。CTL存在两种杀伤机制:1)颗粒酶和穿孔素;2)Fas/FasL:在Fas配体缺陷模型小鼠中,既没有血管损伤也没有上皮细胞死亡,提示其内皮损伤机制可能与Fas/FasL相关[7]。慢性GVHD皮肤病变的转录组测序中发现γ干扰素(IFN-γ)信号通路的失调与其密切相关,其中髓细胞触发受体1(triggering receptor expressed on myeloid cells-1,TREM1)的过量表达提示巨噬细胞的浸润[8],巨噬细胞的活化以及相对应的反应对后续组织修复转归起着重要作用。

2.2 内皮损伤在肠道GVHD中的作用

血管内皮损伤可以多角度地促进肠道GVHD。首先,肠道微血管内皮中内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)水平的失调可导致肠道内皮的弥漫性损伤[9],iNOS的激活可能是肠道GVHD发生内皮损伤的主要机制。而内皮细胞除了覆盖在血管壁,同时也覆盖在淋巴管壁。肠黏膜固有层的CD45-CD90+CD31+淋巴内皮细胞(lymphatic endothelial cells,LECs)的数量及功能与GVHD的进展息息相关,R-Spo3(R-Spondin)是肠内产生的主要R-Spo家族成员,主要由肠黏膜固有层的CD45-CD90+CD31+淋巴内皮细胞(LECs)产生,R-Spo家族调控WNT信号通路并刺激肠干细胞(intestinal stem cells,ISCs)的增殖和分化。肠道GVHD中LECs的数量显著减少,导致R-Spo3的产生受损,可能是肠道GVHD延迟组织修复和黏膜防御缺陷的一种新机制[10]。此外,血管内皮生长因子的表达与肠道GVHD的进展相关。抗血管内皮生长因子受体3 (VEGFR-3)单克隆抗体可抑制急性移植物抗宿主病(acute GVHD,aGVHD)相关的淋巴管生成,改善了aGVHD并提高了小鼠模型的存活率[11],提示淋巴内皮的破坏和新生可能是同时进行的,GVHD的免疫机制参与了这个过程。

2.3 内皮损伤在肾脏GVHD中的作用

肾脏GVHD的发生发展与毛细血管内皮细胞损伤呈正相关。补体的过度活化与肾脏GVHD密切相关,移植相关血栓性微血管病(transplantation associated thrombotic microangiopathy,TA-TMA)患者中性粒细胞活化释放颗粒蛋白,与双链DNA(dsDNA)一起形成中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs),dsDNA水平升高与GVHD相关,提示NETs的形成可能是内皮损伤引起补体激活的重要机制[12]。血管内皮细胞的损伤常与血液微环境中的氧分压变化密切相关,与非TA-TMA对照组相比,TA-TMA患者的低氧诱导因子-1α(HIF-1α)水平明显增高,HIF-1α的上调介导了人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的功能障碍[13]。单核巨噬细胞是人体重要的免疫细胞之一,在缺氧环境下,巨噬细胞朝促炎方向极化,抑制低氧环境下巨噬细胞的极化可能是阻断肾脏毛细血管内皮细胞损伤的关键,是抑制毛细血管渗漏综合征(capillary leak syndrome,CLS)发生发展的关键环节,推测GVHD状态下HIF-1α的时序性变化可能对巨噬细胞极化产生影响。

2.4 内皮损伤在肝脏GVHD中的作用

肝脏内皮细胞损伤是肝窦阻塞综合征(sinusoidal obstruction syndrome,SOS)的主要原因。SOS的特点是肝脏肿大、胆红素升高,液体潴留,与放化疗、感染及GVHD导致的内皮细胞激活和损伤密切相关[14]。在基于清髓性化疗的临床相关GVHD小鼠模型中,存在血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)上调、eNOS下调及肝脏血栓形成[15]。另一项关于小鼠aGVHD的实验中,小鼠内皮细胞与基膜间周细胞覆盖减少,并伴有血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)表达减少,从而导致内皮屏障功能损害,并发CLS,使得aGVHD靶器官渗漏增加[16],加重胸腹水及组织水肿。

2.5 内皮损伤在其他靶器官中的作用

心室内表面的内皮细胞称为心内膜,而心血管系统的内皮损伤也会直接影响动脉功能甚至引起相应靶器官损害。HSCT后患者内皮功能障碍和血栓形成风险是明显增加的,且这一风险与传统的心血管危险因素无关[17]。大脑中的内皮细胞紧密连接,形成血脑屏障,GVHD患者中枢神经系统(CNS)中小胶质细胞的激活和TNF生成增加,GVHD增加了小胶质细胞TGF-β活化激酶1 (TAK1)的激活和NF-κB/p38 MAPK信号通路,而抑制TAK1可减少TNF的产生和小胶质细胞、Th1和Th17 细胞浸润以及人血管内皮细胞黏附分子1(VCAM-1)的MHC-II表达,并改善神经认知活性[18]。小鼠aGVHD模型中的角膜内皮发现出现眼部GVHD的小鼠角膜内皮细胞数量显著减少,可能与促炎标志物NK1R表达增加有关[19],炎性介质介导内皮细胞凋亡。

3 血管内皮作为GVHD的治疗靶点

3.1 抑制T细胞浸润

皮质类固醇目前仍是GVHD的一线治疗药物,单倍体HSCT小鼠模型中早期腹腔注射强的松龙(每天2 mg/kg)可减轻GVHD的临床严重程度。皮质类固醇通过介导IFN-γ、TNF-α、CXCL9-11、CCL2-3、ICAM-1表达而发挥抗GVHD的作用。此外,血栓调节蛋白产生的蛋白酶可通过激活蛋白C(aPC)通过调节性T细胞(Tregs,CD4+FOXP3+)上的蛋白酶激活受体(PAR)2/PAR3异源二聚体,从而限制异体T细胞的激活改善GVHD[20]。表皮生长因子样结构域蛋白7(EGFL7)通过抑制内皮细胞激活和T细胞迁移在减轻炎性反应中发挥重要作用,在aGVHD小鼠模型中使用EGFL7可以降低aGVHD的严重程度,并提高受体小鼠在异基因移植后的存活率,且不影响移植物抗白血病的效果[21]。去纤维肽是一种多靶点药物,有抗血栓、抗缺血、促纤溶和抗血管生成的作用,通过下调内皮黏附分子的表达来抑制白细胞-内皮相互作用,有效防止T细胞和中性粒细胞浸润以及aGVHD相关的组织损伤,从而降低aGVHD的发病率和严重程度[22]。

3.2 抗内皮细胞凋亡

5型磷酸二酯酶(phosphodiesterase 5,PDE5)抑制剂西地那非可以抗内皮细胞凋亡并提高了其代谢活性,临床上,西地那非治疗提高了aGVHD患者生存率并减少了靶器官肠道GVHD损伤[16]。他汀类的药物具有减少白细胞募集的免疫调节作用及上调内皮保护因子如KLF2起到内皮保护效果,有望在GVHD预防中发挥作用[23]。CD8+CD45RClow/-Tregs分泌调节性细胞因子,能够控制实体器官移植的排斥反应,甚至诱导耐受。在人CD8+Tregs中稳定地引入了一种来自抗原特异性抗体(HLA-A2)的嵌合抗原受体(CAR),形成A2-CAR CD8+Tregs,也可以起到内皮的保护作用,有助于皮肤GVHD的治疗[24]。

3.3 内皮细胞替代治疗

内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)可分化为内皮细胞并促进血管生成,在小鼠GVHD模型中,EPCs的输注降低了aGVHD的临床症状和病理评分,减少T细胞的浸润,下调MHC-Ⅱ分子,有助于改善内皮细胞的损伤,EPCs的输注可能是预防和治疗aGVHD的新手段[25]。

4 问题与展望

HSCT后GVHD的预防和治疗仍然是一个挑战,HSCT相关内皮损伤本身介导GVHD的发生,而GVHD相关免疫机制加重内皮损伤。HSCT前后均选择更合适的治疗策略进行干预,有利于改善HSCT受者的预后。围绕内皮损伤与GVHD仍有很多问题亟待解决,如:预测GVHD标志物的特异性较低,临床上无法排除放化疗、药物等多因素的影响;诊断上病理解剖为金标准但现实中很难开展;治疗上目前所提出的新型治疗方案尚缺乏前瞻性的临床试验,需要进一步的研究佐证。借助动物模型排除干扰因素探索内皮损伤的机制,为预防GVHD及开创新型GVHD治疗方法提供可能。