異種器官移植的研究進展

儲 建，禹亞彬，章世海，卞建民

(南京醫科大學附屬南京第一醫院，南京210000)

盡管豬作為人類器官移植的來源得到了認可，但是靈長類動物對豬的免疫排斥是一個很大的障礙，至今仍未完全解決［1］。近年來轉基因豬的出現和誘導免疫耐受的方法使得免疫排斥不再是最主要的問題，消耗性的凝血障礙也是需要關注的。因為異種移植尚未應用于臨床，所以對于異種移植的動物模型，我們選擇豬和非人靈長類動物之間的器官移植。本文將對異種移植的現狀和存在的問題作一綜述。

1 豬和靈長類動物的移植免疫障礙

1．1 超急性排斥反應 當豬的器官移植到非人靈長類動物后，靈長類免疫球蛋白抗體結合豬器官內皮細胞表面的α1，3-gal表位，豬血管內皮細胞的天然抗體被激活并引起補體反應。移植物的內皮細胞將抗凝因子轉化為抗凝因子前體［2］，介導了凝血反應，在數分鐘內就能導致移植物的總體功能障礙。補體反應和凝血系統激活是造成超急性排斥反應的原因。

1．2 急性體液排斥反應 當我們采取措施來阻止超急性排斥反應的同時，抗體介導的延遲排斥反應也在產生，這就是急性體液排斥反應［3］。固有免疫中的天然抗體和補體的激活也會導致血管內皮細胞的激活和損傷。目前有越來越多的證據表明靈長類動物的中性粒細胞可能參與了豬內皮細胞的激活［3］。自然殺傷細胞和巨噬細胞也參與了急性體液排斥反應，但具體機制不甚清楚。急性體液排斥反應在服用了免疫抑制劑后也可能發生。

1．3 急性細胞排斥反應 一些強有力的免疫抑制劑可以很好地阻止細胞排斥反應的發生。這是因為T細胞的激活導致了快速的抗體應答繼而引起急性體液排斥反應發生在T細胞滲透進入到移植物之前。當使用有效的免疫抑制劑后，可以及時阻止T細胞的免疫應答，并且不會對移植物產生影響。一些單克隆抗體，已經證明在阻止T細胞激活方面效果顯著。

1．4 慢性排斥反應 在移植物可以存活數周的例子中，我們會發現血管的慢性病理改變，這些改變和長期存活的移植物的慢性排斥反應的改變相似，具體成因不甚清楚。

2 轉基因豬的產生

介于以上排斥反應的阻礙，Lai等對豬進行基因改造，產生了可以表達人補體調節蛋白的豬和敲除α1，3-半乳糖基轉移酶基因的轉基因豬。補體調節蛋白存在于豬的血管內皮細胞，并且可以很好地保護移植物防止超急性排斥反應的發生。Ruiz-Argüelles等［4］報道，這種補體調節蛋白的表達量增多與否與抑制排斥反應的程度沒有正相關，但是這個理論尚未在體內實驗證實。

Gal是豬抗人類和非人靈長類動物的主要抗原，當表達這種蛋白的基因(α1，3-半乳糖基轉移酶)被敲除后，超急性的排斥反應的發生率明顯下降。轉基因豬用于狒狒的異種移植中，心臟移植可以存活3～6個月，腎移植可存活3個月，肝移植可存活數天，肺移植可存活幾小時。通過基因修飾來抑制NK細胞和巨噬細胞活性是有可能的，但在豬到非人靈長類動物模型中尚未經過測試。豬內皮細胞表達轉基因人類白細胞抗原E或人類白細胞抗原G是可以抑制NK細胞的細胞毒性和黏附性，并且人類白細胞抗原E的轉基因豬最近正在研制中，相信這種模型的成功將是抗排斥的又一重大突破。

就算在排除超急性排斥反應和經典急性體液排斥反應的情況下，在豬到非人類靈長類動物的移植過程中，移植物的存活還受限于血栓性的微血管病變或消耗性凝血功能障礙，或兩者兼而有之，這些障礙尚未克服。在目前轉基因豬心臟移植到狒狒的案例中，血栓性微血管病變繼而伴發消耗性凝血功能障礙［5］是主要的影響因素。而在肝移植中，血小板減少在幾分鐘之內就發生，雖然大多數凝血參數似乎仍然在正常范圍內，但幾天內就會發生血小板缺乏的自發性內出血［6］。

3 凝血功能調節異常

越來越多的實驗證據表明，免疫排斥反應，已不再是異種移植的主要問題，豬和靈長類動物的凝血系統的生理不兼容性更需重視。盡管近些年來我們著重關注這個問題，但是異種移植后引起凝血功能異常的機制我們至今不能闡明。可能是由于補體激活和異種抗體的激活、內皮細胞激活增加了組織因子的活力并引起移植物內的廣泛血栓和消耗性凝血功能障礙。最近在體外研究表明，豬主動脈血管內皮細胞能通過免疫獨立應答來誘導人體組織因子的暴露［7］。在豬到狒狒腎、肝移植模型中得到證實。利用轉基因豬的肝臟移植到狒狒，我們注意到在再灌注后的幾分鐘內，有大量的血小板損失。有學者推測:組織因子的激活導致了消耗性凝血功能障礙，并且與免疫反應無關［8］。這些研究表明，進一步處理免疫應答并不能完全克服異種移植后的消耗性凝血功能障礙。我們必須搞清楚血栓性的微血管病變和消耗性的凝血病變的具體機制，因為只有這樣才能指導下一步的改進和治療。人類凝血調節蛋白、組織因子的抑制劑或者CD39的引入已被研究來克服豬和靈長類動物的凝血不相容性。

4 免疫耐受

誘導免疫耐受是除免疫抑制劑外的另一種使受體對供體產生免疫低反應的方法，相比于免疫抑制，免疫耐受幾乎不存在并發癥，并且可以有效地對抗慢性排斥反應的發生［9］。有文獻報道在腎移植術后，通過混合嵌合體誘導，可以形成短暫的免疫耐受，并且已在非人靈長類動物中和臨床模型中成功進行誘導。但迄今為止，仍沒有一種方案可以長時間有效地誘導免疫耐受。有越來越多的人感興趣于T調節細胞［10］的潛在作用或間質干細胞誘導異種移植的免疫耐受狀態，但至今很少有探索性的工作報告。在新生兒中誘導B細胞免疫耐受，已經在ABO血型不相容的移植中成功實現［11］。

5 移植后豬器官在靈長類動物中的功能

我們設想即使免疫和凝血障礙是可以克服的，進一步的問題是豬器官能否適應靈長類動物身體內環境并發揮功能。Cooper等［12］報道在靈長類動物中移植的豬心臟功能良好，Soin等［13］報道豬腎移植后腎功能良好。但是，一個主要的問題是進行性發展的蛋白尿。雖然這是可以預防或用連續靜脈滴注的人血白蛋白來糾正，但這顯然不是一個切合實際的豬腎臟移植后長期治療的選擇。豬肝臟移植后在靈長類動物體內的功能并不好。但已有研究證據［6］表明，豬到狒狒的肝臟原位移植后可合成蛋白質并解毒，另外可以產生凝血因子。

6 臨床展望

在豬器官移植用于臨床之前，還有很多問題亟待解決，最初的臨床試驗可能會涉及終末期器官功能衰竭患者的過渡階段，尤其是肝移植和心臟移植，過渡到合適的同種移植器官的到來。然而，豬作為將來人器官移植的來源，臨床應用上不能只局限于終末期患者。目前在終末期患者的應用中，Cooper等［14］報道高水平的人類白細胞抗原活化對于豬的器官排斥有很大的危險性。由異種器官移植所帶來的潛在可能性是一個重大的研究領域，應大力進行，直到各種障礙被克服。豬胰島移植，豬角膜移植，豬神經細胞移植，甚至豬紅血細胞到人類輸血都是很有意義的研究。如果研究取得突破，成千上萬的患者將受益匪淺。

7 結語

轉基因豬的應用正在逐步靠近臨床。豬的真皮支架和小腸間質已被大規模用于臨床手術并且僅會產生比較弱的炎癥反應。轉基因豬已被用于豬角膜移植和移植用紅細胞輸血。豬胰島移植對糖尿病猴取得了令人鼓舞的結果，相信在未來的幾年內豬的胰島移植會應用于臨床。另外豬器官移植給終末期器官衰竭患者也會在臨床實現。

一個合適的免疫抑制方案需要防止細胞排斥反應和T細胞依賴的抗體反應，并且這個方案必須是在臨床上適用而不伴隨高發病率的并發癥，如感染或相關惡性疾病。在這方面，特異性強的免疫抑制劑是解決問題的關鍵。我們預期在未來的5 a時間里，轉基因豬的應用會提高異種器官移植的存活率，另外如果消耗性凝血障礙的發生原因是獨立于免疫排斥以外的，那么有必要對組織因子更進一步的研究。以上兩個問題解決了，異種移植就可以架起臨床試驗的橋梁。

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