竇科峰，李霄，楊佩軍，陶開山（空軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院肝膽外科暨全軍器官移植研究所，陜西 西安 710032）

隨著肝移植技術逐漸成熟，供肝短缺的問題日益突出。據美國器官資源共享中心（United Network for Organ Sharing，UNOS）的數據顯示，美國平均每年實施約8 000例肝移植手術。但與此同時，每年約有1300例患者在等待肝臟的過程中死亡，還有1500例等待肝移植的患者因錯過最佳移植時間而從等候名單上被移除［1］。我國的形勢則更為嚴峻，等待移植與供肝比例高達150∶1，絕大多數患者因缺乏供肝而死亡［2］。加強公民死后器官捐獻的宣傳、擴大心臟死亡器官捐獻（donation after cardiac death，DCD）數量，推廣活體肝移植、劈裂式肝移植技術，發(fā)展生物人工肝技術、培育人源化肝臟等，都是擴大供體來源、緩解供體短缺的有效方法，但目前效果還比較有限，短期內無法突破供體短缺的困境。

以豬為供體的異種肝臟移植在此背景下應運而生。當前，異種肝移植主要考慮應用于急性暴發(fā)性肝衰竭患者，在其等待同種供肝的過程中能夠維持患者的肝功能，以發(fā)揮“橋接過渡”治療的作用［3］。和非人靈長類動物相比，以豬作為供體具有很多優(yōu)勢。首先，豬易于飼養(yǎng)、繁殖快、成本低，且與人類的解剖結構、生理狀態(tài)近似；其次，對于豬的組織配型和基因修飾，目前已有成功的經驗和技術，因而豬是理想的異種移植供體來源［4］。

自1968—2012年，豬到非人靈長類動物肝移植最長存活時間僅為9天，造成受體死亡的主要原因是移植后的超急性免疫排斥反應（hyper acute rejection，HAR）。隨著α-1，3-半乳糖苷轉移酶（α-1，3-galactosy transferase，GGTA1）基因敲除（galactosyltransferase gene knockout，GTKO）小型豬的出現，HAR已基本得到控制，但隨后發(fā)生的血小板減少癥、血栓性微血管病變和致死性凝血調節(jié)功能障礙，成為造成受體死亡的主要原因［5］。近年來，在術后補充外源性凝血因子或聯合共刺激通路的阻斷，有效延長了異種肝移植受體的存活時間，異種肝移植已具備進入臨床試驗的基本條件。在此背景下，本文試就豬到非人靈長類動物的異種肝移植的研究進展進行綜述，并展望其不久后在臨床中的應用價值。

1 異種肝移植的大動物試驗研究

1.1 以野生型豬為供體的異種肝移植試驗：1968年，Calne進行了第一次以豬為供體的異種肝移植的大動物實驗。在7例野生豬到狒狒的異種肝移植中，受體最長存活時間為3.5天，存活最長的受體應用糖皮質激素和硫唑嘌呤的免疫抑制方案，尸檢提示狒狒死于支氣管肺炎，肝臟病理顯示部分肝細胞存活，但匯管區(qū)有大量免疫炎性細胞的浸潤。兩年后，又進行了以恒河猴和大猩猩為受體的再次嘗試，但結果仍不理想，受體存活時間均沒有超過12小時，死亡原因為彌漫性血管內凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）。在接下來的20年里，研究者以野生豬為供體進行了多次嘗試，但存活期始終沒有超過3天。這一階段的異種肝移植研究均以失敗告終。

1.2 以基因修飾豬為供體的異種原位肝移植試驗：上述實驗表明，由于物種間的不相容性，異種肝移植術后存在嚴重的HAR，導致受體存活時間較短。隨之發(fā)現HAR 是由靈長類動物體內預存的抗α-1，3-半乳糖（α-1，3-galactosy，α-1，3-Gal）的異種反應性天然抗體，與廣泛表達于豬血管內皮細胞上的α-1，3-Gal抗原結合，隨后激活補體和內皮細胞，導致凝血級聯反應，在數分鐘到數小時內出現以間質出血、水腫和小血管血栓形成為主要表現的免疫排斥反應。隨著基因編輯技術的發(fā)展，轉人補體調節(jié)蛋白或敲除天然抗原的基因修飾小型豬不斷問世，異種肝移植研究進入了快速發(fā)展階段［6］。

2000年，Ramirez實施了第一例以基因修飾豬為供體、狒狒為受體的原位異種肝移植。供體豬表達人補體調節(jié)蛋白——衰變加速因子（human complement regulatory decay accelerating factor，h-DAF or CD55），顯著激活受體的補體調節(jié)功能，限制補體活化的強度，有效控制HAR 程度，狒狒術后存活時間達到8天，移植后的肝臟能夠在受體內合成正常水平的有效凝血因子。該實驗中存活時間最長的狒狒后期出現嚴重的膿毒癥，因此執(zhí)行了安樂死。此后，Ramirez 又在供體內轉入人補體調節(jié)蛋白CD59 和α-1，2-巖藻糖轉移酶，雖然多基因修飾后的供肝在術后沒有出現明顯的超急性排斥并保持完整的肝臟結構，但受體存活時間僅為13～24小時，其中3例受體出現內出現血栓，1例受體出現不明原因的移植物失功能，這項研究宣告失敗。

除了在供體內引入新基因，基因工程研究者還成功敲除了供體內導致HAR的抗原基因。進化上處于舊世界猴之前的哺乳動物（包括豬）都會表達半乳糖抗原表位，而舊世界猴以后的哺乳動物（包括人）體內存在抗半乳糖的天然抗體。2002年和2003年，美國的兩個研究團隊先后在Science和Nature上報道培育出GTKO豬。隨后全世界開展了一系列以GTKO豬為供體，非人靈長類動物為受體的異種肝移植試驗，帶來了令人鼓舞的研究結果。Cooper等［7］和 Ekser等［8］首次應用轉入 hCD46的GTKO 小型豬作為供體，實施異種肝移植，術后受體存活4～7天，且具有正常的蛋白合成功能，狒狒外周血中持續(xù)檢測到豬源白蛋白、纖維蛋白原、結合珠蛋白、纖溶酶原和凝血因子。但術后數小時受體即出現較為嚴重的血小板減少癥，并最終因嚴重的腹腔出血而死亡。Kim等［9］調整免疫抑制方案后，受體存活時間延長至9天。存活時間最長的2例受體術后持續(xù)應用溶血酶抑制劑氨基己酸，抑制了受體內纖維蛋白溶解，將血小板維持在40000/mm3。這些受體雖未出現致死性的血小板減少癥，但白細胞計數的持續(xù)升高和紅細胞、血小板計數的持續(xù)下降仍提示受體存在凝血功能障礙和膿毒血癥，并最終導致受體死亡，尸檢結果提示移植肝臟內未出現明顯的急性細胞和體液免疫排斥反應。

1.3 以基因修飾豬為供體的異種異位肝移植試驗：2013年，第四軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院全軍器官移植研究所完成我國首次豬-猴異種肝移植大動物試驗。供體是中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所培育的GTKO小型豬，血型為O型。受體是四川醫(yī)學科學院實驗動物研究所培育的藏酋猴，血型為A型。手術先切除藏酋猴的脾臟，而后將GTKO豬的部分肝臟植入脾窩，行受體左腎靜脈遠端與移植肝門靜脈吻合、受體左腎靜脈近端與移植肝肝靜脈吻合、受體脾動脈與移植肝肝動脈吻合，并放置膽道引流管。術后采用“嗎替麥考酚酯膠囊+他克莫司+注射用巴利昔單抗+激素”的四聯免疫抑制方案，并應用丹參抗凝。術后受體膽道引流管內有金黃色透明膽汁持續(xù)流出，量為40～50 ml/d。肝功等生理、生化指標逐漸恢復至生理范圍，未發(fā)現肝功能損害現象。凝血功能和血小板數量保持穩(wěn)定，未出現凝血系統(tǒng)功能紊亂、DIC等病理改變［10］。酶聯免疫吸附試驗（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）檢測到受體血液中有豬源白蛋白和血小板活化因子存在，證明移植肝臟發(fā)揮正常的生理代謝功能，與猴子的自身肝臟“相互支持、和諧共存”。受體和移植肝臟存活2周，最終因長期臥床導致墜積性肺炎、呼吸衰竭、心力衰竭而死亡。尸檢發(fā)現移植肝臟形態(tài)良好，顏色紅潤，體積明顯增大，質量約300g；病理檢查未發(fā)現超急性和急性免疫排斥反應發(fā)生。

這項研究不僅是亞洲首例豬-猴異種肝移植試驗，也是世界首例異種異位脾窩輔助性肝移植術，創(chuàng)造了當時GTKO豬-非人靈長類動物異種肝移植受體最長存活時間記錄。與國外研究的異種原位肝移植術（切除受體肝臟后原位植入豬肝，并切除脾臟以控制免疫排斥）相比，該術式不損傷受體自身肝臟，在切除受體脾臟后，巧妙地將脾窩做為移植肝臟的“新家”。這不僅有利于控制免疫排斥反應、促進受體肝功能恢復，并能幫助維持正常的凝血和抗凝功能，防止發(fā)生凝血系統(tǒng)功能紊亂，避免出現異種肝移植術后常見的血小板匱乏和致命的廣泛性內臟出血［11］。當然，這些優(yōu)勢還需要大樣本量的動物試驗和基礎研究進一步明確和證實。

在此基礎上，該研究小組還在世界上首次建立了永生化的GTKO豬肝細胞系HepDW細胞。該細胞目前已穩(wěn)定傳代至30代，其表面不表達Gal抗原，具備合成、分泌糖原和白蛋白的能力，并表達肝細胞核因子4α（hepatocyte nuclear factor 4α，HNF4α）、細胞色素CYP3A、谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽轉移酶等肝細胞發(fā)揮代謝及功能的重要分子。在其培養(yǎng)上清中可檢測到尿素、谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶的分泌，說明該細胞具有氨代謝能力。該細胞具有正常豬肝細胞的全部功能且不表達Gal抗原，以其為基礎，可在體外構建模擬異種移植肝病理變化的細胞模型，為研究移植肝損傷機制、篩選抗排斥藥物方案提供良好的體外實驗基礎。

2014年，美國麻省總醫(yī)院也進行了相同的異種異位輔助性肝移植試驗，術后采用“激素+他克莫司”的免疫維持方案并補充外源性全譜系凝血因子。術后移植肝和受體存活15天，最終死于肝功能衰竭和感染［12］。該小組在2016年，又完成了6例GTKO小型豬-狒狒原位肝移植手術實驗，術后仍然補充外源性全譜系凝血因子，最終移植肝和受體存活25天［13］。

1.4 補充外源性人凝血因子對緩解凝血功能障礙作用：凝血功能障礙是異種肝移植術后，受體不可避免出現的病理過程，表現為血小板減少、出血、血栓性微血管病變。目前認為，導致凝血功能障礙的主要原因是受體外周血中的抗非半乳糖抗體激活了移植肝臟內的血管內皮細胞，從而引發(fā)凝血級聯反應。此外，豬和非人靈長類動物的凝血因子種類及活性有較大差距［14］。有研究證實，異種肝移植術后受體狒狒體內無法檢測到豬源性的凝血因子Ⅶ，而狒狒自身殘存的凝血因子Ⅶ也僅能在術后24小時內檢測到，這提示凝血因子Ⅶ的缺乏與凝血調節(jié)功能障礙有密切關系?；谶@些發(fā)現，有研究者嘗試在術后早期給受體補充人源性的凝血因子，以解決移植術后的凝血功能障礙。試驗中嘗試了兩種藥理作用不同的藥物，分別是含有因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ和Ⅹ以及蛋白C、蛋白S的第二代人源性凝血酶原復合物濃縮物Octaplex（human prothrombin complex concentrate，hPCC）和重組人活化因子Ⅶ。當靜脈推注hPCC時，導致移植物血管中血栓形成，2例實驗受體僅存活1天和3天。但在另外4例hPCC連續(xù)給藥的受體中，術中輸血需求大大減少，術后病理提示未發(fā)現血栓性微血管病變。實際上，在連續(xù)給藥的情況下，受體只需輸注200 ml血液即可存活1周，而在過去的豬-狒狒異種移植中受體存活同樣的時間需要輸注約600 ml 血液。此外，研究者還發(fā)現，補充人源性的凝血因子后，受體的血小板數量能夠維持穩(wěn)定甚至有所回升［15］。

1.5 阻斷受體共刺激通路，降低免疫排斥反應：在上述研究基礎上，Shah等［16］借鑒異種腎移植和心臟移植長期存活的經驗，擬定了一套完整的豬-猴異種肝移植方案：使用不攜帶巨細胞病毒的GTKO豬作為器官來源，移植后補充人源性凝血因子，并應用抗CD40的單克隆抗體以阻斷受體共刺激通路的活化。以該方案實施了4例豬-狒狒的異種肝移植，受體給予hPCC連續(xù)給藥，采用抗胸腺細胞球蛋白誘導，他克莫司、甲潑尼龍、貝拉希普（n=3）或抗CD40單克隆抗體（n=1）維持治療的免疫抑制方案。4只狒狒異種肝移植后輸血需求明顯減少，且最長存活了29天，這也是目前異種肝移植受體的最長存活時間［16］。該研究表明異種肝移植物可以在非人靈長類動物體內維持其肝臟代謝功能，可以考慮將其用于急性肝衰患者接受同種肝移植之前起到過渡作用。

2 異種肝移植臨床試驗研究

1992年10月11日，在無合適同種供肝的情況下，美國洛杉磯西代細納醫(yī)院的Makowka 為1例因自身免疫性肝炎所致暴發(fā)性肝功能衰竭的3～4級肝昏迷患者實施輔助性肝移植（右肝下），供肝來自野生型的尤卡坦豬（體重20kg），意圖做暫時的過渡性治療，使患者能夠度過危險的肝昏迷期［11］。術前采用血漿洗脫法和特異性抗體移出法對患者進行預處理，清除了受體循環(huán)血液中90%的抗豬天然抗體，減輕HAR。術后采用“環(huán)孢素A+環(huán)磷酰胺+前列環(huán)素E1+硫唑嘌呤”的四聯免疫抑制治療方案。手術獲得了成功，術后6小時后看到金黃色的膽汁不斷流出，除了中樞神經系統(tǒng)，各個器官系統(tǒng)的功能都有明顯的改善。受體乳酸清除率改善、凝血酶原時間穩(wěn)定、血清膽紅素和轉氨酶水平下降，都提示異種肝臟發(fā)揮了一定的功能。同時，受體顱內壓持續(xù)下降，凝血功能也逐漸轉向正常。但令人惋惜的是，在合適的人供肝到來前2小時，患者腦壓突然迅速回升，最終因發(fā)生小腦腦疝而導致死亡。最終，供肝有功能存活20小時，受體存活34小時。尸檢發(fā)現移植肝臟內有抗體和補體成分沉積，肝動脈、中心靜脈、門靜脈出現廣泛的出血性壞死和多個不同血管的大量閉塞性血栓形成，內皮細胞腫脹明顯，發(fā)生了抗體介導的HAR所致的大面積肝組織梗死，提示受體循環(huán)血液內的異種抗體清除后可迅速形成大量的新的抗豬抗體。

這是目前僅有的1例以豬為供體的臨床異種肝移植實驗，雖然結果不理想，但最為重要的是證明了豬的肝臟可在人體內發(fā)揮一定的代謝功能，能夠為急性肝功能衰竭患者提供一段時間的肝功能支持，從而起到“橋接”同種肝移植治療的目的［17］。

3 臨床試驗展望

隨著異種肝移植動物實驗存活時間的不斷延長，異種肝移植越來越接近臨床試驗，但要開展安全、有效、符合倫理的臨床試驗，關鍵的問題是選擇合適的受者。筆者考慮，初期臨床試驗應主要選擇急性暴發(fā)性肝功能衰竭、早期移植肝失功能及慢性肝病急性失代償的患者。這些患者無法及時獲得肝源，同時也缺少其他可以替代的有效治療方法，如果不接受肝移植，病死率高達80%。據統(tǒng)計，急性肝衰患者在死亡前登記在等候名單上的平均時間只有3天，而對于成功的接受了肝移植手術的急性肝衰患者，接近2/3的人存活時間可超過2年［18］。因此，可以嘗試將異種肝移植作為橋接，延長這類患者的生存時間，直到得到合適的肝源進行同種肝移植。而在這個過程中，如能證實異種肝移植的安全性和有效性，異種肝移植可最終作為終末期肝病的有效治療手段應用于臨床。

4 總 結

經過100余年的發(fā)展，異種器官移植已進入臨床試驗的前夜，將有可能徹底解決供體短缺難題。當然，豬與靈長類動物之間還存在急性免疫排斥、凝血功能障礙和種間交叉感染等難題，但相信隨著生物工程技術的發(fā)展，異種肝移植終將突破這些障礙，真正走向臨床應用，為人類健康做出巨大的貢獻。