陳文龍，張 冰

(空軍軍醫(yī)大學(xué)：1基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)員六大隊，2西京醫(yī)院心血管外科，陜西 西安 710032)

目前，心臟移植是治療終末期心力衰竭患者最有效的方法。國際心肺移植協(xié)會報告指出，大量終末期心力衰竭患者等待心臟移植，而實際接受心臟移植的患者不到4%[1]。既往研究顯示我國35歲以上人群有1 370萬是心力衰竭患者，但每年僅有數(shù)百例心臟移植手術(shù)。由于移植供體心臟嚴(yán)重短缺，因此目前正在積極探索將異種心臟移植到人體中。經(jīng)過幾十年的豬-非人靈長類心臟異種移植研究，2022年1月7日，馬里蘭大學(xué)的外科醫(yī)生將基因編輯的豬心臟移植到一名心臟功能和預(yù)期生存時間非常有限的患有終末期心力衰竭的患者體內(nèi)[2]。

對于缺乏可用供體心臟而漫長等待的終末期心力衰竭患者，異種移植被認(rèn)為是一種有前途的替代方案，但其成功移植仍然存在許多障礙，包括免疫排斥[3]、凝血功能障礙[4]、異種移植物生長[5]、感染和炎癥。由于供體豬基因編輯策略和抗免疫排斥策略的不斷改進，延長了非人靈長類心臟移植受者動物的存活時間[6-7]。然而，使用多種類型和高劑量的免疫抑制劑會增加術(shù)后感染風(fēng)險。術(shù)后感染常見于同種異體心臟移植和異種移植實驗中，嚴(yán)重影響移植物的存活[8-9]。不同類型的病原微生物，包括細(xì)菌、病毒和真菌，都可能引起移植后感染，許多研究提出了針對不同病原微生物的預(yù)防、監(jiān)測和治療策略。近年來心臟異種移植涉及感染并發(fā)癥的代表性報道見表1。本文結(jié)合自身的實踐經(jīng)驗和文獻調(diào)查，總結(jié)了異種移植后感染的預(yù)防策略，避免術(shù)后感染導(dǎo)致心臟異種移植失敗(圖1)。

IFI：侵襲性真菌感染；PERV：豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。圖1 心臟移植術(shù)后感染與預(yù)防策略

表1 心臟異種移植中感染病原體的類型和部位

1 心臟異種移植術(shù)后感染致病菌研究現(xiàn)狀

1.1 病毒

雖然病毒可能不是同種異體心臟移植術(shù)后感染的主要原因，但跨物種病毒感染是目前器官異種移植后最大的障礙之一，也是最重要的微生物感染[21-22]。首次豬-人心臟移植后，在受者體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了豬巨細(xì)胞病毒(porcine cytomegalovirus，PCMV)或豬玫瑰病毒(porcine roseolovirus，PRV)，進一步證實了豬病毒向宿主的傳播[23]。

已發(fā)現(xiàn)多種病毒在豬和人類中同時存在，其中豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(porcine endogenous retrovirus，PERV)最為引人注目。成功的異種移植是否需要PERV滅活仍然存在爭議。然而，因為存在腫瘤、白血病和神經(jīng)退行性變的風(fēng)險，大多數(shù)研究仍然支持在異種移植過程中盡可能避免供體PERV存在的想法[24-25]。PERV-A和PERV-C之間的重組具有高復(fù)制率的特點，可導(dǎo)致人類細(xì)胞感染。最近的研究表明，這種向人類傳播的重組PERV-A/C前病毒只能在極少數(shù)小型豬中發(fā)現(xiàn)，而未在其他豬中發(fā)現(xiàn)，并且將它們分離為能夠在人類細(xì)胞上復(fù)制的傳染性病毒極為罕見[26]。PERV對異種移植后受者預(yù)后和人類細(xì)胞感染的影響問題需要進一步研究。其次，PCMV在人類中是人畜共患病毒。將PCMV/PRV陽性的豬心臟原位移植到狒狒體內(nèi)，在受體狒狒的所有器官中都檢測出這種病毒，與之前的腎臟異種移植實驗類似[27-28]。具有PCMV/PRV陽性豬心臟的狒狒受體壽命往往顯著縮短，很大程度上是因為抗內(nèi)皮細(xì)胞促進纖維蛋白溶解的促炎作用[28]。其他研究結(jié)果表明，巨細(xì)胞病毒感染可能導(dǎo)致心臟因心肌細(xì)胞纖維化而壞死[14]。許多其他豬源病毒可能對異種移植構(gòu)成潛在威脅，例如豬嗜淋巴細(xì)胞皰疹病毒(porcine lymphotropic herpesviruses，PLHV)和豬圓環(huán)病毒(porcine circovirus，PCV)[29-30]。盡管在狒狒受體中沒有檢測到PLHV，但PLHV-1編碼的幾個基因?qū)Σ《局匦录せ詈蛷?fù)制具有很強的反式激活作用，這些基因在γ皰疹病毒中是保守的，且證明PLHV-1反式激活子上調(diào)人類皰疹病毒-8和Epstein-Barr病毒啟動子的表達，提示需要清除供體上攜帶的該病毒[31]。

1.2 細(xì)菌

在涉及的各種病原體中，細(xì)菌感染一直是同種異體心臟移植術(shù)后感染的重要危險因素[22]。細(xì)菌感染導(dǎo)致發(fā)病率、死亡率、住院時間和相關(guān)費用增加。由于術(shù)后細(xì)菌感染的復(fù)雜性、感染部位的多樣性以及感染嚴(yán)重程度的個體差異，有必要在圍術(shù)期預(yù)防和監(jiān)測細(xì)菌感染的發(fā)生[32]。

已經(jīng)有許多臨床試驗調(diào)查心臟移植后患者感染相關(guān)的并發(fā)癥。由于免疫抑制和感染預(yù)防策略的發(fā)展，包括移植前傳染病篩查和抗菌藥物預(yù)防，心臟移植術(shù)后患者細(xì)菌感染的發(fā)生率顯著下降[8]。以大腸桿菌、克雷伯氏菌等革蘭陰性菌為主，其次為金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等革蘭陽性菌[22，33]。一般來說，異種移植后使用的免疫抑制劑的種類和劑量明顯高于同種異體移植，宿主術(shù)后細(xì)菌感染的風(fēng)險更大[3]。

與病毒不同，細(xì)菌感染不會從供體傳播到受體。由于免疫抑制方案的不斷更新，很少有心臟異種移植實驗中細(xì)菌感染術(shù)后并發(fā)癥的報道。1996年，DAVIS等[13]進行異位腹部豬對狒狒心臟異種移植，發(fā)現(xiàn)四只受體動物中有兩只死于全身感染。其中一項血培養(yǎng)提示革蘭陽性和革蘭陰性菌血癥，而另一項血培養(yǎng)則提示播散性巨細(xì)胞病毒伴嚴(yán)重巨細(xì)胞病毒肺炎。不久之后，一項研究報告稱，環(huán)磷酰胺的副作用導(dǎo)致在一項試驗中的10名心臟移植受者中有2名出現(xiàn)嚴(yán)重的術(shù)后感染并發(fā)癥(肺炎和全血細(xì)胞減少癥)并最終死亡[15]。2006年，BYRNE等[12]進行了異位腹部豬到狒狒心臟異種移植，發(fā)現(xiàn)感染性并發(fā)癥的風(fēng)險隨著免疫抑制劑的增加而增加。在63只接受移植的狒狒中，有16只因敗血癥死亡，其中一半是由細(xì)菌引起的。對疑似感染進行經(jīng)驗性治療，使用萬古霉素(10 mg/kg，靜脈注射，2次/d)和頭孢吡肟(250 mg，靜脈注射，2次/d)。已確診感染的治療以體外易感性為指導(dǎo)[12]。遙測系統(tǒng)的使用可以對免疫抑制方案進行有效的實時監(jiān)測和更新，從而使術(shù)后細(xì)菌感染并發(fā)癥變得越來越可控[34]。據(jù)報道，心臟異種移植受者可能由于免疫力低下而受到細(xì)菌感染，如克雷伯氏菌感染；但移植器官的功能并未受到明顯影響，使用抗生素仍可有效控制感染[14]。近年來心臟異種移植后最明顯、最嚴(yán)重的感染并發(fā)癥出現(xiàn)在2015年的一項研究，其中4/7的移植受者出現(xiàn)感染相關(guān)并發(fā)癥。其中包括腸道糞便菌群引起的菌血癥、肺炎和傳染性腹膜炎以及1例巨細(xì)胞病毒引起的肺炎。本研究未使用預(yù)防性抗生素，這可能是移植感染的一個因素。此外，研究表明抗CD20mAb的使用不僅沒有增加生存率，反而顯著增加了感染風(fēng)險[16]。非系統(tǒng)性細(xì)菌感染也可能導(dǎo)致致命的結(jié)果。在一項研究中，異種心臟移植受者出現(xiàn)了由大腸桿菌引起的縱隔炎，導(dǎo)致狒狒的切口和胸骨被感染，最終只活了14 d[17]。

空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院心血管外科于2022年10月進行了豬-恒河猴異位心臟異種移植實驗，受體猴在存活的第20日死亡。此前痰液、腹水、胃液溶血葡萄球菌培養(yǎng)均為陽性，有明顯感染并發(fā)癥。根據(jù)感染的初步分析，這對移植受者動物的生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。綜上所述，我們認(rèn)為雖然目前異種移植感染是可控的，但由于細(xì)菌感染的種類不同、受者耐受程度不同等因素，感染可能會加重炎癥、免疫排斥反應(yīng)、凝血系統(tǒng)紊亂和其他損傷。術(shù)后細(xì)菌感染的監(jiān)測和管理對于心臟異種移植的結(jié)局仍然至關(guān)重要。

1.3 真菌

在接受實體器官移植的患者中，侵襲性真菌感染(invasive fungal infections，IFI)是一種與不良預(yù)后相關(guān)的令人恐懼的事件。心臟移植后第一年內(nèi)IFI的累積發(fā)生率為3.4%～8.6%[35]。最常見的感染是由曲霉屬或念珠菌屬引起的[36]。盡管IFI相對罕見，但它們具有顯著的發(fā)病率和死亡率，需要及時采取多學(xué)科方法進行診斷和治療[37-38]。既往研究證實，預(yù)防性使用抗真菌藥物可顯著降低術(shù)后真菌感染并發(fā)癥的發(fā)生率[36]。一項為期7年的單中心研究表明，IFI與心臟移植前后萬古霉素耐藥腸球菌定植和感染、心臟移植后腎臟替代治療、抗胸腺細(xì)胞球蛋白誘導(dǎo)和抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)有關(guān)，與糖尿病、脫敏、2R/3R細(xì)胞排斥、排斥治療、再次手術(shù)、中性粒細(xì)胞減少癥或巨細(xì)胞病毒感染沒有關(guān)聯(lián)[39]。

盡管在異種移植物實驗中缺乏關(guān)注真菌感染的報道，我們認(rèn)為實現(xiàn)有臨床意義的異種移植存活所需的免疫抑制水平與細(xì)菌和真菌感染并發(fā)癥的水平相關(guān)。ABICHT等[17]進行了心胸異位移植實驗，21名移植受者中的1名出現(xiàn)了全身曲霉菌感染。

1.4 寄生蟲

在心臟異種移植研究中，寄生蟲并發(fā)癥很少見，大多數(shù)移植供者都接受了術(shù)前驅(qū)蟲治療。先前的一項研究報告了1例心臟移植后狒狒感染巴貝斯蟲病的病例，血涂片檢查發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞色素減少和多毛癥，表明發(fā)生溶血性貧血，2 d后血涂片顯示環(huán)狀提示瘧疾[20]。巴貝斯蟲病是異種移植研究人員應(yīng)該注意的眾多疾病之一，不僅因為其人畜共患特征，還因為它能夠在宿主體內(nèi)保持潛伏狀態(tài)，直到免疫系統(tǒng)被充分抑制而引起感染的跡象。

2 心臟異種移植術(shù)后感染的預(yù)防和監(jiān)測

目前，已采取多種有效的方法來預(yù)防和監(jiān)測感染。創(chuàng)新醫(yī)學(xué)模型中心(德國慕尼黑)開發(fā)了一套監(jiān)測工具來檢測多種病原微生物的存在，包括血清學(xué)檢測、抗原檢測、糞便拭子、PCR檢測、細(xì)胞培養(yǎng)和寄生蟲鑒定[40]。為了培育指定的無病原體豬作為異種移植給臨床患者的供體，美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市Spring Point項目的一個新設(shè)施飼養(yǎng)了剖腹產(chǎn)、剝奪初乳的仔豬。這些動物的多種微生物檢測呈陰性，包括病毒、細(xì)菌、真菌、寄生蟲和節(jié)肢動物[41]。然而，考慮到迄今為止的異種移植試驗的結(jié)果，可能沒有必要設(shè)計這種昂貴的無病原體豬。另一家機構(gòu)對用于胰島細(xì)胞移植的豬進行了類似的篩選，使用基于PCR的方法和免疫學(xué)方法、感染測定和透射電子顯微鏡對三十多種病毒進行了篩查。值得注意的是，針對一些豬病原微生物的有效疫苗已經(jīng)問世并已得到使用[42]。通常使用上述方法對供體豬進行低病毒滴度或病毒陰性狀態(tài)的動物篩查。病毒滴度低的動物通過剖腹產(chǎn)、早期斷奶、剝奪初乳、胚胎移植或特異性疫苗干預(yù)等方式繁殖，最終脫毒進行移植實驗[43]。一旦病毒被消除，動物應(yīng)隔離，以避免新發(fā)感染或再次進入。應(yīng)使用靈敏的檢測方法，在消除病毒前、中和后對動物進行篩查。

然而，移植后病毒可能會再次激活，在移植的豬器官中復(fù)制不受限制，這可能會傷害受體。用于篩選供體豬和受體的檢測系統(tǒng)包括基于PCR、細(xì)胞或免疫學(xué)方法，以及樣品生成、樣品制備、樣品來源、采樣時間、必要的陰性和陽性對照[43-44]。使用PCR可以輕松檢測PCMV/PRV。在成年動物中，PCR無法檢測到處于潛伏期的病毒。然而，抗體的檢測是檢測感染的間接方法[45]?；谶@些方法，應(yīng)選擇一種策略來篩查年輕和年長動物的PCMV/PRV[45]。值得注意的是，PCMV/PRV在生產(chǎn)豬和野豬中廣泛分布[46]。

盡管由于受體缺失或與豬細(xì)胞代謝不相容，人類微生物感染豬心臟移植物的風(fēng)險可能較低，但仍有一些人類病毒可以感染豬細(xì)胞。人巨細(xì)胞病毒、人腺病毒、柯薩奇病毒-B5、丙型肝炎病毒和人流感病毒能夠感染豬細(xì)胞[47]。目前，尚不清楚這些病毒是否可能損害異種移植物。在受體患者中，移植誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)和應(yīng)用免疫抑制藥物預(yù)防移植排斥可能會刺激病毒復(fù)制增強。為了保護豬移植物，可以在移植前對人類受體進行能夠感染豬細(xì)胞的病毒篩查；然而，陽性檢測的后果仍不清楚。如果可能的話，臨床異種移植后可能需要對人類病毒感染進行篩查，以實現(xiàn)快速治療。這種情況類似于人類同種異體移植受者的感染。西京醫(yī)院心血管外科前期進行的異種移植實驗中，選擇了PCR試劑盒的方式對供體PCMV、PERV、PCV等高攜帶率的病毒進行了檢驗，同時在移植術(shù)后每2 d檢測1次血液中病毒的感染情況以明確感染狀態(tài)。

對于細(xì)菌、真菌和寄生蟲，術(shù)后感染指標(biāo)的監(jiān)測至關(guān)重要。這些指標(biāo)包括對血細(xì)胞計數(shù)、體溫、精神狀態(tài)、肺部、腹部和其他易受影響部位的不良身體體征的常規(guī)監(jiān)測。如果上述檢查有異常，還需進一步進行分泌物和血液培養(yǎng)檢查，以確定是否存在病原微生物感染。這些方法通?？捎糜诒M早檢測和控制感染。在預(yù)防方面，最新的心臟異種移植研究通常采用抗生素和抗病毒藥物進行預(yù)防性使用，最常用的圍術(shù)期感染預(yù)防組合是頭孢唑啉和更昔洛韋(表2)。必須對選定組織的微生物特異性進行陽性和陰性對照檢測，包括：①對必須避免的微生物進行定性匯編，在檢測呈陽性的情況下終止移植；②定量記錄實際微生物負(fù)荷(生物負(fù)荷)和規(guī)格[48]。應(yīng)嚴(yán)格設(shè)計異種細(xì)胞療法的采購和加工，避免引入外部微生物和豬的特定病菌?；蛘呖梢允褂每股販p少生物負(fù)荷的方法。然而，在無菌測試過程中，消除不應(yīng)通過抑制對照培養(yǎng)基中的生長而導(dǎo)致細(xì)菌被掩蓋和假陰性結(jié)果。微生物控制應(yīng)表明細(xì)菌已被識別，并且通過對供體動物的嚴(yán)格飼養(yǎng)和測試以及在允許異種移植物進行移植之前對采購的組織進行微生物控制檢查來排除細(xì)菌?？股啬退幬⑸锏拇嬖?，例如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、耐萬古霉素腸球菌、耐β-內(nèi)酰胺酶以及產(chǎn)生毒素的微生物，如銅綠假單胞菌、A族鏈球菌、金黃色葡萄球菌、梭菌和芽孢桿菌，以及酵母和絲狀真菌，導(dǎo)致測試組織被丟棄以保護受者[48]。

表2 預(yù)防圍手術(shù)期感染的支持方案

3 消除病原微生物

雖然大多數(shù)豬病毒可以使用上述策略消除，但整合到豬基因組中的PERV卻不能進行類似的處理。PERV-A和PERV-B是基因組整合的，而PERV-C可能存在于許多豬體內(nèi)。因此，已經(jīng)制定了抗傳播策略來保護接受者。最廣泛使用的疫苗含有針對跨膜和表面包膜蛋白(PERV的跨膜包膜蛋白p15E的重組胞外域和整個表面包膜蛋白gp70)的中和抗體[57-58]。然而，這些疫苗的有效性還需要進一步探索。基因編輯是滅活基因組中PERV的有效方法。然而，由于基因組整合的原病毒的數(shù)量可能達到六十多個，因此存在這些大量基因組插入可能破壞基因組并殺死細(xì)胞的風(fēng)險，正如使用鋅指核酸酶時觀察到的那樣[59]。使用CRISPR/Cas滅活PERV更為成功[60]。

事實上，已有幾項關(guān)于豬對非人靈長類動物心臟異種移植的研究發(fā)表，受者生存期較長的研究隨后在術(shù)后支持治療階段預(yù)防性使用抗病毒藥物，其中大多數(shù)是單用更昔洛韋或聯(lián)合更昔洛韋與纈更昔洛韋[7，16]。人類抗巨細(xì)胞病毒抗體也已用于多項研究，并取得了有希望的實驗結(jié)果[53]。

細(xì)菌、真菌和寄生蟲感染并發(fā)癥的治療步驟與同種移植的步驟基本相同。如果高度懷疑感染，應(yīng)盡快改用高強度廣譜抗生素并進行血液和分泌物培養(yǎng)。培養(yǎng)若呈陽性，應(yīng)對特定病原體進行藥敏試驗，根據(jù)藥敏試驗結(jié)果選擇敏感抗生素進行病因治療，空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院心血管外科在2022年6-基因豬-恒河猴心臟異種移植實驗中，術(shù)后引流液、胃液、口腔分泌物中均培養(yǎng)出溶血葡萄球菌，根據(jù)藥敏試驗結(jié)果做出了針對性的治療，效果良好，感染得到明確控制。

4 討論

隨著目前心力衰竭發(fā)病率和患病率顯著上升，給社會和家庭造成巨大經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，我們應(yīng)當(dāng)積極開辟新的治療靶點[61]，但是我們?nèi)匀恍枰獮橐呀?jīng)進展為終末期心衰患者考慮逆轉(zhuǎn)結(jié)局的可能。近十年來，實體器官異種移植研究迅速發(fā)展并應(yīng)用于臨床。然而，首例豬-人心臟移植受者僅存活2個月，顯然異種移植仍有許多障礙需要克服。改進的免疫抑制方案、高效及時的監(jiān)測方法、基因編輯技術(shù)的進步以及術(shù)前供體篩選方法的應(yīng)用，使得心臟異種移植后感染并發(fā)癥的發(fā)生率顯著降低，并且大多數(shù)移植后感染是可控的。然而，感染會加劇炎癥反應(yīng)，破壞人體或移植器官，激活免疫排斥反應(yīng)，使生命體征惡化，從而影響移植的存活時間。改善圍手術(shù)期感染預(yù)防和術(shù)后感染治療，同時平衡免疫抑制和感染是未來研究需要解決的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，異種移植走向臨床仍然面臨其他挑戰(zhàn)，包括倫理等因素的影響[62]，但是我們?nèi)匀灰紫裙タ思夹g(shù)難關(guān)，保證更早地挽救終末期心力衰竭患者的生命。