动物实验在器官移植医学研究中的应用

刘蕾，郑虹，沈中阳（天津市第一中心医院移植外科，天津市器官移植重点实验室，天津 300192）

器官移植是20世纪人类最伟大的成就之一，已经成为医学领域的标志性学科，是一个国家医药生物技术水平的重要标志。纵观历史，动物实验在器官移植医学的建设和发展中始终发挥着重要作用，是现代器官移植学的基础。

《列子·汤问》记载的“扁鹊换心”是关于器官移植最早的传说，这说明进行器官移植是人类长久以来的梦想。18世纪，苏格兰外科医生Hunter开展了世界上最早的真正意义上的移植实验，他把公鸡的爪距部分成功地移植到了鸡冠的位置，Hunter医生因其开创性研究而被后人视为外科实验之父。200多年来，无数移植先驱追随着Hunter医生的脚步，不断进行探索创新，以动物移植实验为基础，大胆地开展了各种器官移植的尝试。

1902年，Ullmann报道了第1例长期存活的狗肾脏移植。1902年至1912年间，Carrel利用动物实验做了大量关于血管缝合及器官移植方面的研究，并因此获得了1912年的诺贝尔奖。1954年，Murray医生为一对孪生兄弟进行了人类第1次成功的肾脏移植，正是因为他们在器官移植及细胞移植方面的重大发现，Murray和Thomas获得了1990年诺贝尔奖。关于肝脏移植的最早报道是在1955年，Welch率先进行了狗异位辅助肝脏移植，之后Moore在1959年进行了狗原位肝脏移植，1963年Starzl团队在积累了4年狗肝脏移植经验的基础上，实施了世界第1例人类肝脏移植，但患儿不幸死于术中大出血，直至1967年，Starzl报道了第1例成功的临床肝脏移植。Carrel的血管吻合技术和异位移植模型，以及后续的其他心血管外科技术，包括体外转流，促进了心脏移植的发展。1960年，Shumway和Lower成功地进行了第1例狗的心脏移植。7年之后，Barnard实现了人类第1例成功的心脏移植。1959年，Lillehei成功地实施了狗的原位小肠自体移植，但之后的20多年临床小肠移植的尝试，均因手术技术不成熟、排斥反应以及严重感染而失败，直至80年代新型免疫抑制剂的出现才促成了临床小肠移植的成功。在这些成功的临床器官移植背后，是无数艰辛探索和经验的积累总结，正因为前期大量移植实验的开展以及临床探索，才有了后来不断完善和成熟的移植外科技术。

动物移植实验在不断用于技术改进的同时，还大量应用于基础研究，尤其是移植抗原的确定，细胞介导的免疫及免疫耐受等方面的研究。20世纪40年代，Snell通过小鼠的组织移植实验提出，不同个体之间移植可能性由主要组织相容性复合体决定，并由此获得了1980年诺贝尔奖。1953年，Medawar报道了通过给新生小鼠注射异体抗原而产生“获得性耐受”现象，成为了移植免疫的奠基者。1959年，Burnet和Medawar通过提出“克隆选择”理论进一步解释了免疫耐受，两位科学家凭借其开创性工作获得了1960年的诺贝尔奖。克服受者对异体器官的免疫排斥仍然是移植领域面临的重大挑战，动物移植实验在移植生物学和免疫学等方面具有极大的研究空间。

此外，动物模型的构建在研发新型免疫抑制剂，优化免疫抑制方案等方面也搭建了重要的研究平台。1955年，Main和Prehn利用全身照射去除成年小鼠的免疫细胞，继而进行同种异体骨髓移植，发现此类小鼠可以耐受来自同种系供体的皮肤移植物，这种策略很快应用于临床。1959年，以兔为实验动物证实了第1个具有免疫调节功能的药物，即6-巯嘌呤，Murray将6-巯嘌呤的衍生物硫唑嘌呤作为临床抗排斥药物。之后，硫唑嘌呤、皮质类固醇及抗淋巴细胞免疫球蛋白组成三联免疫抑制剂方案，成功用于早期的肝脏移植和心脏移植。1972年Borel首先报道了环孢素的免疫抑制作用，该作用迅速在大量动物移植模型中获得了证实，1983年环孢素被正式批准用于临床，器官移植由此取得了突破性进展，术后排斥反应发生率明显降低，移植物存活率明显提高，器官移植进入了全新时代。之后，其他的免疫抑制剂，如他克莫司（FK506），雷帕霉素，CD3单克隆抗体（OKT3）等也经历了大量有效性和安全性的动物移植实验，继而从实验室走向临床。

目前，供体器官短缺是全球面临的共同难题，也是阻碍我国器官移植事业发展的瓶颈。当前，心脏死亡后器官捐献（DCD）是我国器官移植的主要供体来源。有效利用DCD器官是推动移植事业发展的重要方向，器官移植中必然经历的热缺血过程导致移植术后原发无功能等严重并发症发生率明显增高，显著影响了患者的生存质量及预后。因此，探讨DCD器官的缺血/再灌注损伤机制及功能保护措施，研发新型的在体及离体器官修复装置，开展DCD器官的活性评估及可用性判定，均将成为今后的研究热点，而稳定的动物模型的建立与应用将为这些研究奠定坚实的基础。

总之，借助实验动物的移植实验研究是推动器官移植事业发展的必经之路，不论是以外科技术为代表的临床实践，还是移植免疫、器官功能修复等相关基础研究，构建动物实验研究平台、完善相关制度与管理体系，将成为我国实现器官移植医学乃至医学全盘体系科技创新的当务之急。