移植免疫學涵蓋同種異體辨識的分子機制、排斥反應的免疫病理學、免疫抑制策略和移植耐受的前沿研究，是基礎免疫學與臨床醫學深度整合的領域。
HLA 系統的分子多型性與配對
MHC 區域（6p21.3）是人類基因體中基因密度最高且多型性最極端的區域。HLA-A、-B、-C（Class I）和 HLA-DR、-DQ、-DP（Class II）的等位基因多樣性是由病原體驅動的平衡選擇（balancing selection）維持——MHC 異合子能呈現更多元的病原體肽段，享有生存優勢（heterozygote advantage，Doherty & Zinkernagel, 1975 年諾貝爾獎的 MHC restriction 概念的延伸）。
HLA 分型技術已從血清學方法發展到高解析度 DNA 分型（sequence-specific primer, SSP；sequence-based typing, SBT；到目前的 next-generation sequencing, NGS-based typing），可達到等位基因水平（allele-level）的配對。虛擬交叉配合（virtual crossmatch）利用受體的 anti-HLA 抗體 profile（Luminex single-antigen bead assay 測定）和捐贈者的 HLA 分型進行電腦模擬配對，大幅提高器官分配效率。
同種異體 T 細胞反應的高頻率
異體移植排斥反應的獨特之處在於：約 1-10% 的 T 細胞能直接辨識異體 MHC 分子（alloreactive T cells），遠高於對特定病原體的反應頻率（~10⁻⁵-10⁻⁶）。這種高頻率有兩個解釋模型：（1）high determinant density 假說——異體 MHC 分子密集分佈在 APC 表面，每個都能被辨識；（2）multiple binary complex 假說——同一異體 MHC 可搭配不同的內源性肽段，產生大量「新抗原」。
直接辨識路徑在急性排斥中最重要——受體 T 細胞直接結合 donor APC 上的 intact allo-MHC。間接辨識路徑在慢性排斥中佔主導——受體 APC 處理 donor MHC 分子為 peptide 後以 self-MHC 呈現（類似正常的抗原呈現）。半直接路徑（Herrera et al., 2004）涉及膜片段或外泌體的轉移，可能是橋接直接和間接路徑的重要機制。
抗體介導的排斥反應（AMR）
Donor-specific antibodies（DSA）介導的排斥反應日益受到重視，是目前慢性移植物失功的主要原因之一。DSA 結合 donor HLA→活化補體經典路徑（C4d 沉積在腎小管周微血管是診斷 AMR 的組織學標記）→招募 NK 細胞和單核球透過 ADCC（antibody-dependent cellular cytotoxicity）損傷移植物血管內皮。Non-HLA 抗體（如 anti-MICA、anti-angiotensin II receptor type 1、anti-endothelial cell）也可能參與排斥。
免疫抑制劑的作用機制
- Calcineurin inhibitors（CNI）：Cyclosporine A（Borel, 1976）結合 cyclophilin、Tacrolimus 結合 FKBP12→複合體抑制 calcineurin 磷酸酶→阻止 NFAT 去磷酸化和核轉位→抑制 IL-2 轉錄和 T 細胞活化。CNI 的腎毒性（慢性 CNI nephrotoxicity）是長期使用的主要併發症。
- mTOR inhibitors：Sirolimus（rapamycin）結合 FKBP12→複合體抑制 mTORC1→阻止細胞週期 G1→S 進展和 T 細胞增殖。
- Costimulation blockade：Belatacept（CTLA-4-Ig 融合蛋白）阻斷 B7-CD28 共刺激路徑，在腎移植中可替代 CNI 避免腎毒性（BENEFIT 試驗，Vincenti et al., 2010, NEJM）。
移植耐受（Transplantation Tolerance）
長期免疫抑制的副作用（感染、惡性腫瘤、器官毒性）驅動了對操作性耐受（operational tolerance）的追求。策略包括：
- 混合嵌合體（Mixed Chimerism）：Sachs 和 Sykes 團隊的方法——非清髓性骨髓移植建立 donor/recipient 混合造血嵌合→中樞刪除（thymic clonal deletion）消除 alloreactive T 細胞。Kawai et al.（2008, NEJM）在腎移植中成功實現部分患者停藥。
- 調節性 T 細胞（Treg）療法：體外擴增 donor-specific Treg 輸注，利用 Treg 的免疫抑制功能維持周邊耐受。ONE Study 和 TRACT 等國際試驗正在評估此策略的安全性和有效性。
- 共刺激阻斷 + 短程免疫抑制：在某些動物模型中，短期 costimulation blockade 可誘導長期耐受。
異種移植（xenotransplantation）近年因 CRISPR 技術的進展重新受到關注——Revivicor 的多基因編輯豬（α-Gal knockout + CMAH knockout + β4GalNT2 knockout + 人類 CD46/CD55/thrombomodulin 轉入）在 2022 年完成了首例豬心移植至人體的手術（Griffith et al., 2022, NEJM），開啟了異種移植的臨床新時代。