在超急性排异反应中，体液免疫通过两个途径起作用[2]：①天然异种抗体直接攻击供体血管内皮细胞上的碳水化合物和其他抗原；②天然异种抗体与抗原结合后激活补体系统。
一、特异性异种抗体
Calne[3]将异种供体分为一致性（concordant）供体和非一致性（discordant）供体。一致性生物是指生理基因上相近，受体体内不存在抗供体抗原的天然抗体（如非人类灵长目和人），其共肝功能丧失的最主要的原因是细胞介导的排导的排异反应。相异性生物是指受体内存在着抗供体抗原的异种天然抗体（xenogeneic natural antibodies,XNAb），如猪和人之间。这种抗体能在血管吻合后的数分钟至1h内发生超急性排异反应（hyperacute rejection,HAR）导致血管内血栓形成和移植物功能丧失。在接触异种生物之前，受体已经存在着这种异种抗体，其存在的原因还不清楚。异种抗体（XNAb）的攻击目标是供体血管内皮细胞上的含Gal(1-3)Gal残基的寡糖组成的抗原决定簇，该抗原由α(1-3)半乳糖转移酶催化而成。这种抗原决定簇存在于非灵长目哺乳动物和新世纪猴（new world monkey）上，而人、类人猿和旧世纪猴（old world monkey）身上不存在这种抗原决定簇[4]，但他们都能合成抗该抗原的抗体。所以，非灵长目动物器官移植给人类所存在的免疫障碍是生物进化的结果。
在猪-灵长目肝移植的动物模型研究中发现，异种抗体中IgM是引起超急性排异反应的主要免疫球蛋白，用免疫层吸柱清除异种抗体IgM后，可以延缓超急排异反应的发生和延长供肝的存活时间[5,6]。在人类新生儿和新生狒狒的血清中，抗异种抗原的IgG滴度都在1:80以上，而没有IgM在猪肝移植给新生狒狒的动物实验中，即使异种抗体中IgG滴度很高，供肝的存活时间也较长。肝脏的病理检查可以发现，超急性排异反应很轻，但存在着明显的单核细胞浸润。这说明受体体内异种抗体中IgM的缺乏可以使移植肝免遭超急性排异反应的攻击，但IgG可以引起单核细胞的浸润，并引起细胞介导的排导反应[7]。
通过血浆过滤法和免疫吸附法可以将天然抗体清除，但由于同时清除了非特异性免疫球蛋白，增加了术后受体对感染的敏感性。将天然异种抗体特异性清除的方法是用带有特异性异种抗原的层吸柱。也有人用人工合成可溶性糖类化合物，来阻止异种天然抗体与供肝血管内皮细胞上抗原决定簇结合[8]。但XNA清除后抗供体抗体会迅速产生，可以通过脾切除，应用B淋巴细胞抑制剂（如FK506）等来阻止这种反弹。另一个阻止XNA与靶抗原相结合的方法是使用基因工程改造后的猪，因为这种猪不产生异种抗原。这种技术在小鼠中已获得成功[4]，但还没有在猪身上获得成功。
二、补体系统
在超急性排异反应中，补体起着决定性的作用。补体可以通过旁路途径和经典途径被激活。补体结合最关键的作用就是使内皮细胞激活。有人认为可溶性补体Ⅰ型受体（sCRI）可以抑制补体的活性[9]。也有人认为，用可溶性补体抑制了补体C3的活性后，并不能有效地阻止超急性排异反应的发生，这是因为在超急排异反应中起主要作用的不是C3，而是补体的活性成分C5a和C5b-9，所以抗补体C5单克隆抗体才能有效抑制补体活性成分的产生和阻止超急性排异反应的发生[10]。而这些药物的副作用大大限制了它们在临床上的应用。
另一能长时间起作用的方法是使基因工程猪产生补体活化调节因子（regulators of complementactivation,RCAs）。RCAs具有种族特异性，在理论上看，在猪内皮细胞上表达人类RCAs）可以阻止超急排异反应的发生。另外衰变加速因子（DAF），膜辅助因子蛋白（MCP）和CD59可以阻断补体之间的结合。已经在猪上成功地获得了人类DAF和CD59的表达[11]。在猪-灵长目动物模型上表现出是有明显的保护作用。另外，肝脏是补体生产的主要器官，肝移植后，补体合成从受体肝脏变成供体肝脏，这种同源性补体也可以限制补体的活性，在肝移植术后的短时期内，也可以保护异种肝脏不受补体介导的损害作用。
XNA与内皮细胞结合后，可以触发补体间的结合，激活凝血系统。这种促凝血状态可以导致机体内纤维蛋白原激活抑制因子等抗凝物质的缺乏，并破坏血浆蛋白与血管细胞之间的屏障，造成间质出血和炎症、血管收缩和血管内血栓形成，最终造成移植肝功能丧失。也有实验表明，在没有异种抗体存在的情况下，猪血管内皮细胞自身也可以激活人体的凝血酶原复合物[12]。转基因猪内调节因子的过量表达可以抑制内皮细胞的激活。
一旦体液免疫排异反应克服后，还存在细胞介导的排异反应，主要表现为抗体沉积和细胞浸润。猪内皮细胞可以被人类T淋巴细胞直接识别，并引起CD4+和CD8+T淋巴细胞的增殖。尽管同种和异种细胞介导反应的差异只是量的差异，但还不清楚异种细胞介导的排异反应是否还存在另外的机制，而这对于异种移植免疫抑制治疗是一个关键点。