血流动力学原理对排斥反应预防和治疗的启示

大光

　　苏州才博医学研究所蔡俊超博士以血流动力学原理探讨抗原抗体的结合反应及其对抗体介导排斥反应（AMR）的影响，并据此提出预防和治疗抗体介导排斥反应的设想。文章发表于2021年第8期《中华器官移植杂志》。
　　作者提出：
　　抗体介导排斥反应始于抗体和移植物抗原的有效结合。随血流运动中的抗体和相对固定的靶抗原能否结合，取决于两者之间的引力势能和抗体的运动动能之间的相对大小。抗原抗体间的引力势能主要由两者间的亲和力决定，是相对固定的。人抗体的动能取决于其运动速度，运动越快，动能越大（动能＝质量×运动速度^2/2）。由于抗体在毛细血管中流动最慢，动能最小，因此抗体最易结合并损伤毛细血管内皮。尽管抗体在毛细血管内的运动速度最慢（≤1mm/s），但相较于抗体本身的直径而言（＜10nm），其相对运动速度是每秒钟移动10万个抗体直径大小的距离，接近百米世界纪录保持者博尔特最快跑动时相对速度的2万倍。在抗体以如此快速相对运动的情况下，抗原抗体间的引力势能可能不足以克服抗体的运动动能，使得抗原抗体不易结合。
　　根据血流动力学和抗体相对运动速度的理论，作者提出以下启示：
　　（1）抗体和靶抗原在体外检测体系中的结合概率要远高于在体内环境中。
　　体外检测抗体的实验条件是抗体和其靶抗原在相对静止的较小反应体系中发生孵育反应。在这样的反应体系中，抗体和其靶抗原之间不存在相对运动，抗原抗体的结合仅依赖于两者之间的引力势能，不需要克服抗体运动的动能。然而，移植受者体内的供者特异性抗体，由于其随血流在体内循环，尽管其在毛细血管中的线速度是最小的，但相对与抗体自身的大小而言，其相对运动的速度是飞快的，抗体和靶抗原之间的亲和力所导致的两者间的引力势能，要克服抗体飞速运动带来的动能，并非易事。抗体运动速度越快，结合越难。
　　近年来，利用蛋白A或蛋白G免疫吸附柱清除体内有害抗体的方法逐渐在临床上得以推广，相较于血浆置换法，免疫吸附有其独特的优势：它可以特异性吸附有害的抗体，但对血浆中的其他内容物包括治疗药物没有明显影响。但是在免疫吸附柱使用过程中，对于血浆过柱流速的因素要引起特别的关注，如果流速过快，血浆中的目标抗体的运动动能将远远超过吸附材料中蛋白A或蛋白G对抗体亲和力的引力势能，从而导致大大地降低了吸附效率。
　　（2）细胞杀伤性治疗药物对血液和组织中靶细胞杀伤效率的差异和药物在体内的相对流速有关。
　　B细胞表面标志物CD20特异性的利妥昔单克隆抗体，不仅是B细胞性白血病和淋巴瘤的有效治疗药物，也是AMR预防和治疗中最为常用的药物之一。它可以非常有效地杀伤体内CD20阳性的B细胞。利妥昔单抗人体药效动力学研究发现，单次剂量375 mg/㎡的治疗后，外周血中，CD20阳性的B细胞1～3 d清除了90%，1～2周后达到100%。然而淋巴组织中B细胞的清除效率要差很多。这种利妥昔单抗对外周血和淋巴组织中B细胞差异性疗效的原因可能有许多，比如B细胞的数量分布不均一等，但利妥昔单抗和靶抗原相对速度的关系也是一个绝对不可忽视的原因。当利妥昔单抗进入血循环后，只要剂量足够，它和循环血中的B细胞在血管里随血液一起流动，利妥昔单抗与B细胞是伴行的状态，他们之间是相对静止的，利妥昔单抗可以非常容易地结合到伴行中的B细胞表面，对其施行杀伤作用；对于淋巴组织中的B细胞，尽管利妥昔单抗和B细胞表面的CD20靶抗原的亲和力非常高，但是在快速运动中，利妥昔单抗要结合到静止的B细胞表面去杀伤靶细胞就要困难很多。同样，其他细胞杀伤性药物，比如抗肿瘤药物，对血液循环中的肿瘤细胞杀伤效率，也会高于其对组织或器官中靶细胞的作用。
　　（3）供者特异性抗体可以在体内长期存在，但不一定会在短期内产生排斥反应。
　　移植临床观察中我们经常会发现，有些受者体内检出了抗体，但抗体长期存在，并没有在观察期发现AMR的发生，或者抗体存在了很长时间后才发生了AMR。这种现象的出现，可能包括多种原因：抗体和抗原的亲和力不强，抗体数量有限，抗体激活补体功能或引起ADCC的作用力较低，移植器官内皮细胞自我修复、代偿功能高于抗体引起的内皮损伤等。此外，重要的原因可能还包括在微循环通畅的情况下快速运动中的抗体和静止的靶抗原之间的亲和力，即两者之间的引力势能不足以克服抗体高速运动时所拥有的动能。因此我们会发现，尽管外周血里能检测到抗体，有时抗体的浓度还很高，AMR并没有发生。
　　（4）任何原因导致血流受阻的情况下，有利于抗体引起AMR的发生。
　　在血液循环功能正常的情况下，抗体随血液在血管中流动，哪怕是在血流线速度最慢的毛细血管中，抗体的相对流速也是非常惊人的。因而，抗体要结合到相对静止的血管内皮细胞表面的靶抗原上并非易事。原因是抗原和抗体之间的相互结合力要克服巨大的抗体流动的动能。但是，假如由于某些原因导致毛细血管中血流速度明显下降，抗体和靶抗原的结合就会变得更为容易，从而最终引起AMR的发生。比如，在缺血再灌注损伤的情况下，体内产生过多的自由基等损伤因子，对内皮细胞膜造成破坏，导致损伤部位的白细胞（尤其是中性粒细胞）黏附、血小板沉积和红细胞聚集，造成毛细血管部分甚至全部堵塞。这一病理机制至少部分解释了为什么移植物功能延迟（DGF）的受者中，排斥反应的发生率要远远高于其他没有DGF的受者。因为引起DGF的最主要原因之一就是缺血再灌注损伤导致血管内皮受损，从而影响移植器官的血液循环。血流变慢有利于抗体和靶抗原的结合，增加了AMR发生的概率。这一机制解释了DGF受者中排斥反应往往高发的临床现象。同样的，细胞介导的排斥反应也会因为血管受阻、血流变慢，而更容易发生。
　　（5）对微循环受阻的预防和治疗有可能成为预防排斥反应发生的重要方法。
　　之前在探讨抗体介导排斥反应的预防和治疗的时候，根据临床上成功的病例报道，我们曾经把抗凝治疗作为除了控制抗体及其来源细胞、抑制补体激活等综合治疗方案之外的主要治疗方法之一。血流动力学及抗体相对流速的理论可以进一步解释微小血管的阻塞或其他原因导致的血流速度减慢，将有利于抗体和其靶抗原的结合，从而导致AMR更易发生，这为AMR综合治疗方案中抗凝治疗的观点提供了进一步的理论依据。
　　因此，作者指出本文的中心思想是，根据血流速度能影响抗原抗体结合的原理，我们可以合理地推断，维持一个良好的移植器官的微循环将有助于抗体介导排斥反应的预防和治疗。可选的治疗方案包括：抗白细胞黏附、抗血小板沉积、抗红细胞聚集、降脂、降血黏度、多喝水以及适当运动等。这样的治疗方针在预防和治疗细胞介导的排斥反应中也同样重要。


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蔡俊超, 庆欣. 血流动力学原理对排斥反应预防和治疗的启示 [J] . 中华器官移植杂志, 2021, 42(8) : 449-453. DOI: 10.3760/cma.j.cn421203-20201103-00376.