异种器官移植的研究进展

储 建，禹亚彬，章世海，卞建民

(南京医科大学附属南京第一医院，南京210000)

尽管猪作为人类器官移植的来源得到了认可，但是灵长类动物对猪的免疫排斥是一个很大的障碍，至今仍未完全解决［1］。近年来转基因猪的出现和诱导免疫耐受的方法使得免疫排斥不再是最主要的问题，消耗性的凝血障碍也是需要关注的。因为异种移植尚未应用于临床，所以对于异种移植的动物模型，我们选择猪和非人灵长类动物之间的器官移植。本文将对异种移植的现状和存在的问题作一综述。

1 猪和灵长类动物的移植免疫障碍

1．1 超急性排斥反应 当猪的器官移植到非人灵长类动物后，灵长类免疫球蛋白抗体结合猪器官内皮细胞表面的α1，3-gal表位，猪血管内皮细胞的天然抗体被激活并引起补体反应。移植物的内皮细胞将抗凝因子转化为抗凝因子前体［2］，介导了凝血反应，在数分钟内就能导致移植物的总体功能障碍。补体反应和凝血系统激活是造成超急性排斥反应的原因。

1．2 急性体液排斥反应 当我们采取措施来阻止超急性排斥反应的同时，抗体介导的延迟排斥反应也在产生，这就是急性体液排斥反应［3］。固有免疫中的天然抗体和补体的激活也会导致血管内皮细胞的激活和损伤。目前有越来越多的证据表明灵长类动物的中性粒细胞可能参与了猪内皮细胞的激活［3］。自然杀伤细胞和巨噬细胞也参与了急性体液排斥反应，但具体机制不甚清楚。急性体液排斥反应在服用了免疫抑制剂后也可能发生。

1．3 急性细胞排斥反应 一些强有力的免疫抑制剂可以很好地阻止细胞排斥反应的发生。这是因为T细胞的激活导致了快速的抗体应答继而引起急性体液排斥反应发生在T细胞渗透进入到移植物之前。当使用有效的免疫抑制剂后，可以及时阻止T细胞的免疫应答，并且不会对移植物产生影响。一些单克隆抗体，已经证明在阻止T细胞激活方面效果显著。

1．4 慢性排斥反应 在移植物可以存活数周的例子中，我们会发现血管的慢性病理改变，这些改变和长期存活的移植物的慢性排斥反应的改变相似，具体成因不甚清楚。

2 转基因猪的产生

介于以上排斥反应的阻碍，Lai等对猪进行基因改造，产生了可以表达人补体调节蛋白的猪和敲除α1，3-半乳糖基转移酶基因的转基因猪。补体调节蛋白存在于猪的血管内皮细胞，并且可以很好地保护移植物防止超急性排斥反应的发生。Ruiz-Argüelles等［4］报道，这种补体调节蛋白的表达量增多与否与抑制排斥反应的程度没有正相关，但是这个理论尚未在体内实验证实。

Gal是猪抗人类和非人灵长类动物的主要抗原，当表达这种蛋白的基因(α1，3-半乳糖基转移酶)被敲除后，超急性的排斥反应的发生率明显下降。转基因猪用于狒狒的异种移植中，心脏移植可以存活3～6个月，肾移植可存活3个月，肝移植可存活数天，肺移植可存活几小时。通过基因修饰来抑制NK细胞和巨噬细胞活性是有可能的，但在猪到非人灵长类动物模型中尚未经过测试。猪内皮细胞表达转基因人类白细胞抗原E或人类白细胞抗原G是可以抑制NK细胞的细胞毒性和黏附性，并且人类白细胞抗原E的转基因猪最近正在研制中，相信这种模型的成功将是抗排斥的又一重大突破。

就算在排除超急性排斥反应和经典急性体液排斥反应的情况下，在猪到非人类灵长类动物的移植过程中，移植物的存活还受限于血栓性的微血管病变或消耗性凝血功能障碍，或两者兼而有之，这些障碍尚未克服。在目前转基因猪心脏移植到狒狒的案例中，血栓性微血管病变继而伴发消耗性凝血功能障碍［5］是主要的影响因素。而在肝移植中，血小板减少在几分钟之内就发生，虽然大多数凝血参数似乎仍然在正常范围内，但几天内就会发生血小板缺乏的自发性内出血［6］。

3 凝血功能调节异常

越来越多的实验证据表明，免疫排斥反应，已不再是异种移植的主要问题，猪和灵长类动物的凝血系统的生理不兼容性更需重视。尽管近些年来我们着重关注这个问题，但是异种移植后引起凝血功能异常的机制我们至今不能阐明。可能是由于补体激活和异种抗体的激活、内皮细胞激活增加了组织因子的活力并引起移植物内的广泛血栓和消耗性凝血功能障碍。最近在体外研究表明，猪主动脉血管内皮细胞能通过免疫独立应答来诱导人体组织因子的暴露［7］。在猪到狒狒肾、肝移植模型中得到证实。利用转基因猪的肝脏移植到狒狒，我们注意到在再灌注后的几分钟内，有大量的血小板损失。有学者推测:组织因子的激活导致了消耗性凝血功能障碍，并且与免疫反应无关［8］。这些研究表明，进一步处理免疫应答并不能完全克服异种移植后的消耗性凝血功能障碍。我们必须搞清楚血栓性的微血管病变和消耗性的凝血病变的具体机制，因为只有这样才能指导下一步的改进和治疗。人类凝血调节蛋白、组织因子的抑制剂或者CD39的引入已被研究来克服猪和灵长类动物的凝血不相容性。

4 免疫耐受

诱导免疫耐受是除免疫抑制剂外的另一种使受体对供体产生免疫低反应的方法，相比于免疫抑制，免疫耐受几乎不存在并发症，并且可以有效地对抗慢性排斥反应的发生［9］。有文献报道在肾移植术后，通过混合嵌合体诱导，可以形成短暂的免疫耐受，并且已在非人灵长类动物中和临床模型中成功进行诱导。但迄今为止，仍没有一种方案可以长时间有效地诱导免疫耐受。有越来越多的人感兴趣于T调节细胞［10］的潜在作用或间质干细胞诱导异种移植的免疫耐受状态，但至今很少有探索性的工作报告。在新生儿中诱导B细胞免疫耐受，已经在ABO血型不相容的移植中成功实现［11］。

5 移植后猪器官在灵长类动物中的功能

我们设想即使免疫和凝血障碍是可以克服的，进一步的问题是猪器官能否适应灵长类动物身体内环境并发挥功能。Cooper等［12］报道在灵长类动物中移植的猪心脏功能良好，Soin等［13］报道猪肾移植后肾功能良好。但是，一个主要的问题是进行性发展的蛋白尿。虽然这是可以预防或用连续静脉滴注的人血白蛋白来纠正，但这显然不是一个切合实际的猪肾脏移植后长期治疗的选择。猪肝脏移植后在灵长类动物体内的功能并不好。但已有研究证据［6］表明，猪到狒狒的肝脏原位移植后可合成蛋白质并解毒，另外可以产生凝血因子。

6 临床展望

在猪器官移植用于临床之前，还有很多问题亟待解决，最初的临床试验可能会涉及终末期器官功能衰竭患者的过渡阶段，尤其是肝移植和心脏移植，过渡到合适的同种移植器官的到来。然而，猪作为将来人器官移植的来源，临床应用上不能只局限于终末期患者。目前在终末期患者的应用中，Cooper等［14］报道高水平的人类白细胞抗原活化对于猪的器官排斥有很大的危险性。由异种器官移植所带来的潜在可能性是一个重大的研究领域，应大力进行，直到各种障碍被克服。猪胰岛移植，猪角膜移植，猪神经细胞移植，甚至猪红血细胞到人类输血都是很有意义的研究。如果研究取得突破，成千上万的患者将受益匪浅。

7 结语

转基因猪的应用正在逐步靠近临床。猪的真皮支架和小肠间质已被大规模用于临床手术并且仅会产生比较弱的炎症反应。转基因猪已被用于猪角膜移植和移植用红细胞输血。猪胰岛移植对糖尿病猴取得了令人鼓舞的结果，相信在未来的几年内猪的胰岛移植会应用于临床。另外猪器官移植给终末期器官衰竭患者也会在临床实现。

一个合适的免疫抑制方案需要防止细胞排斥反应和T细胞依赖的抗体反应，并且这个方案必须是在临床上适用而不伴随高发病率的并发症，如感染或相关恶性疾病。在这方面，特异性强的免疫抑制剂是解决问题的关键。我们预期在未来的5 a时间里，转基因猪的应用会提高异种器官移植的存活率，另外如果消耗性凝血障碍的发生原因是独立于免疫排斥以外的，那么有必要对组织因子更进一步的研究。以上两个问题解决了，异种移植就可以架起临床试验的桥梁。

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