Exosome在同种移植抗原递呈中作用和机制的研究

In classical theory, donor-derived antigen presenting cells (APC) may directly present donor MHC antigens to recipient’s T cells. Our preliminary data showed that recipient’s APC are key to alloantigen presentation. How recipient APC acquire alloantigens is yet to know. We hypothesize: donor APC-derived exosomes may help recipient APC obtain the function of alloantigen presentation. To test this hypothesis, following experiments will carried out in a mouse model and flow cytometry and immune-electron microscopy, etc. will be used. 1,Examine recipient whether there are donor MHC antigen on APC surface after transplantation to testify that exosomes may help recipient APC acquire donor MHC antigen. 2, Irradiate transplant donor and study whether there are donor exosomes on recipient APC surface, to prove that exosomes on the recipient APC surface are from donor APC. 3, Co-culture recipient immature dendritic cells (DC) with donor mature DC-derived exosomes and examine donor MHC antigen on recipient DC surface, DC maturation and T cell activation function, to clarify donor-derived exosomes may help recipient DC gain the function of alloantigen presentation. This project will elucidate the role of exosomes in alloantigen presentation and its mechanism; and provide new theory for prevention and therapy of clinical transplant rejection.

经典理论认为，供者抗原递呈细胞（APC）能直接将MHC抗原递呈至受者T细胞。申请人已证明，受者APC是同种抗原递呈的关键细胞。但其如何获取同种抗原尚不明确。我们提出：供者APC产生的exosome可使受者APC获得同种抗原递呈功能。拟通过小鼠模型，采用流式细胞分析和免疫-电镜等方法验证该假设：1，检测移植后受者APC表面携带供者MHC抗原的exosome，证明供者exosome能使受者APC获得供者MHC抗原；2，用γ-射线照射供者，检测受者APC表面的供者exosome，证明受者APC表面的exosome来源于供者APC；3，受者未成熟树突状细胞（DC）与供者成熟DC产生的exosome共培养，检测受者DC表面供者MHC抗原、DC成熟及活化T细胞的功能，证明供者exosome能使受者DC获得同种抗原递呈功能。课题探讨exosome在同种抗原递呈中的作用和机制，为防治排斥反应提供新理论。

目前普遍认为，同种移植抗原递呈主要包括两条途径：直接途径和间接途径。直接途径为引起急性排斥的主要机制，而间接途径主要介导慢性排斥反应。Lechler等近年来提出新的假说：半直接途径，即供者MHC分子从供者细胞被完整的转运到受者APC表面，后者继而将供者的MHC分子递呈至T细胞，但该假说缺乏物质基础支持。课题负责人发现从未有任何体内实验证明器官移植后APC直接激活受者T细胞活化；移植物内的共者APC的寿命较短；进入受者二级淋巴器官的供者白细胞数量很低且快速下降。课题负责人并用特异性清除受者DC的小鼠模型，证明了受者DC才是引起急性排斥反应的必要因素，反驳了“直接途径引起急性排斥反应”的经典理论。为了更好的解释同种移植抗原递呈的生物学基础，课题负责人进一步提出有可能是供者细胞释放的外泌体起到了将供者MHC抗原扩散到受者SLN的作用。外泌体是一类直径约为30-120 nm的细胞外囊泡（EV），表面携带MHC I类和II类分子以及共刺激分子。课题负责人通过小鼠心脏移植模型发现，受者DC表面携带有供者的MHC分子，而且这样的DC可以活化受者T细胞。课题负责人进一步发现供者MHC分子主要存在于受者cDC表面结合的EV团簇上。进一步研究发现，这些携带供者MHC分子和共刺激分子的EV主要是外泌体，且具有活化受者DC的功能。 这些新的发现在超微结构水平证明了外泌体在同种移植抗原递呈中所起的重要作用，明确了半直接途径的物质基础。主要科学发现发表在Journal of Clinical Investigation上，课题负责人是第一作者。论文自2016年8月正式发表以来已被引用37次（2018年2月22日Web of Science数据），为“高被引论文”。此外，课题负责人还探讨了同种反应性T细胞致敏后，移植器官内受者来源DC在维持排斥反应过程中发挥的重要作用。课题负责人发现移植后心脏移植物内的供者DC数量快速下降，受者来源的DC则迅速增多；移植后d 7，移植物内DC主要来源于CCR2- 非经典单核细胞；急性排斥的维持阶段依然需要受者DC的参与；发现移植后清除受者DC降低了心脏移植物内T细胞的数量，中断了排斥反应。从而揭示了心脏移植物内受者单核细胞来源DC在维持排斥反应的重要意义，主要科学发现发表在Nature Communications 上，课题负责人是共同第一作者。