人工肝支持系统的临床应用

王燕腾 李红

1 山西医科大学第一临床医学院, 太原 030001; 2 山西医科大学第一医院感染病科, 太原 030001

肝衰竭是多种因素引起的严重肝脏损害， 出现以凝血机制障碍和黄疸、 肝性脑病腹水等为主要表现的一组临床症候群。 肝衰竭患者病情进展较快，总体预后较差，故重症肝病的治疗迫在眉睫，目前临床上肝病的治疗包括内科综合治疗、人工肝支持治疗以及肝移植。人工肝支持系统是通过体外机械、物理化学或者生物装置，暂时部分代替肝脏功能，协助治疗肝脏功能不全或相关疾病的一种方法[1]。人工肝支持系统依据材料组成和性质不同分为生物型、非生物型及混合型人工肝。针对所清除毒素的不同，不同人工肝组合治疗模式应运而生。

一、生物型人工肝

生物型人工肝支持系统主要由种子细胞、生物反应装置及辅助管道装置组成，其基本原理是将培养的肝细胞置于体外生物反应器中，当患者的血液流经该生物反应器时，与体外培养的肝细胞通过半透膜或直接接触进行物质交换，从而替代肝脏部分功能。 目前在研究的生物型人工肝支持系统主要有HepatAssist 系统、模块化体外肝支持系统(MELS)、体外肝辅助设备系统 (ELAD) 和学术医学中心生物人工肝系统(AMC-BAL)等，但目前仍没有被FDA 批准上市的用于临床的生物型人工肝支持系统。 国内外虽然展开了多期临床试验，但受限于种子细胞及生物反应装置两大核心组成部分，都没有达到预期的试验效果，主要种子细胞包括原代培养的人肝细胞或者猪肝细胞及各种肿瘤干细胞系、肝干细胞等，其中原代培养的人肝细胞来源较少，各种肿瘤干细胞系具有致瘤性，因此原代培养的猪肝细胞由于来源广泛、成本低廉等应用相对较多，但是猪体内的内源性反转录病毒(PERV)在体外培养时有可能感染人体细胞， 故研究者们通过敲除猪的PERV 基因进而使其不再表达或低表达。 目前生物反应装置类型主要有中空纤维管式、流化床式及微囊悬浮式等，其中较常用的是中空纤维生物反应器，但该型反应器由于细胞容易聚集易堵塞中空纤维空隙，不利于物质交换[2-3]。 大部分生物反应器采用阻隔模式， 即血细胞不与种子细胞直接接触，避免了免疫应答的发生，但导致物质交换效果差。 此外，肝细胞的活力和代谢活性的长期维持也是重要问题，随着生物反应工程的发展，温度调控、微流控等多种新技术应用于生物反应器的设计中以提高肝细胞的活性，故生物型人工肝支持系统虽仍在探索阶段，但具有很强的应用前景。

二、非生物型人工肝常用模式

非生物型人工肝治疗模式有多种，包括血浆灌流、特异性胆红素吸附、 血浆置换 (PE)、 双重血浆分子吸附系统(DPMAS)、血浆滤过、血浆透析及上述模式间的组合等。

1.PE

PE 因具有设备简单、操作方便、疗效显著、费用低廉、耗时最短等优势成为目前国内人工肝治疗的主流，其基本原理是将患者全血引出体外，分离成血浆和细胞成分，将血浆舍弃， 然后以同等速度将等量血浆代用品回输送进患者体内，从而达到减轻肝脏病理损害、清除血液中致病物质的目的[4]。PE 一方面可以清除肝衰竭患者血浆内毒素和胆红素等大分子毒性物质，维持内环境稳定；另一方面可补充凝血因子等肝衰竭所缺乏的物质[5-7]。但是PE 也有不足之处，一般根据患者的病情与体重，每次所需置换血浆量为2 000~3 000 mL [血浆置换量=患者体重(kg)×70 mL×(1-血细胞比容)×0.91][8]，以PE为代表的人工肝技术面临严峻的血浆供给不足问题。 孙潺等[9]研究发现，对肝衰竭患者进行PE 治疗时应用羟乙基淀粉替代比例低于总置换量25%时对胆红素的清除效果更显著，但是由于羟乙基淀粉等血浆替代品无法补充凝血因子和白蛋白，大量应用后不排除增加出血等风险。 此外，输入大量新鲜冰冻异体血浆引起患者过敏反应、中小分子量的毒素无法通过PE 直接清除等问题突出，因此仅通过PE 治疗效果不甚理想。

在PE 基础上，人们提出了高容量PE(HVP)。 美国血液分离指南 (2016 年版)[10]将HVP 的置换量定义为理想体重的15%，即8~12 L，且以1~2 L/h 的速率去除患者血浆，给予等量的新鲜冰冻血浆。 在一项前瞻性研究结果显示，HVP 可以提高急性肝衰竭患者的无肝移植生存率[11]。

2. DPMAS

DPMAS 基本原理是将经过血浆分离器分离出来的血浆先通过离子交换树脂特异性吸附胆红素和胆汁酸，再经过中性大孔吸附树脂广谱特异性吸附炎症因子等中大分子毒素，能有效去除胆红素和细胞因子、炎性介质、内毒素和芳香族氨基酸等有毒代谢物[5]。 多项研究表明，DPMAS 可改善肝衰竭患者的临床症状，且无明显不良反应，是一种安全有效的人工肝治疗方法[12-14]。由于DPMAS 在治疗过程中无需新鲜冰冻血浆，可以解决PE 治疗存在的血浆资源不足、过敏以及血液传播疾病等问题[15]。 然而，Wan 等[16]研究表明，PE 在清除血清总胆红素及C 反应蛋白方面效果优于 DPMAS。 此外，DPMAS 不能提供凝血因子和人血白蛋白等有益的物质，吸附蛋白和毒素之间的高亲和力会增加DPMAS 中人血白蛋白的消耗[17]。

3.血浆透析滤过(PDF)

PDF 是在一个血浆分离器内同时进行血浆的置换、透析和滤过[18]，其在亚洲地区尤其是日本应用较多。PDF 兼顾了血液滤过清除部分中分子及大分子物质，及血液透析清除小分子物质的特点，且透析过程中可设定脱水量，较PE 而言，更能维持水、电解质平衡及血流动力学稳定。 此外，PDF 在血浆分离器中使用的是高选择性、高度生物相容性Evacure 膜，不仅能清除肌酐和尿素氮等水溶性毒素和胆红素等蛋白结合毒素，还能选择性清除与肝衰竭发生发展相关的炎症细胞因子[19]。 早在 2002 年，Mori 等[18]就已将 PDF 应用于 1 例药物性肝衰竭患者接受11 次PDF 后， 患者总胆红素下降率为24.4%，凝血酶原时间下降率为19.5%，故PDF 可维持急性肝功能不全患者的生命。刘春涛等[20]通过一项回顾性研究发现，PDF 在清除生化指标方面与经典PE 无明显差别， 但在清除炎症因子方面要优于PE，可能与滤器的选择及治疗速度、时间有关，在患者无肝移植生存率及不良反应发生率方面同样优于PE。 邢汉前等[19]同样发现PDF 在总胆红素下降率及反弹率方面要优于PE，故对于慢加急性肝衰竭患者，PDF 是一种很好的选择。

在PDF 基础上，人们设计出新的PDF 治疗理念，即连续PDF (CPDF)。 相较于PDF，CPDF 更能维持血流动力学稳定，Komura 等[21]选择10 例急性肝衰竭患者进行了一项观察性研究， 每位患者进行了CPDF 人工肝治疗，9 例存活，1 例死于急性胰腺炎并发急性肝衰竭。 CPDF 治疗改善了重症急性肝衰竭患者的肝功能，对肾功能、肺功能和血液动力学功能都有益处。 但在这项研究中，没有观察到肝性脑病患者氨值的改变，故CPDF 治疗是否能有效清除肝性脑病患者中的有毒物质，还需要进一步研究。

除了肝衰竭，PDF 对肝衰竭合并脓毒症也有一定疗效。冯钧帅等[22]对31 例肝衰竭合并脓毒症患者研究发现，经PDF治疗后有效率达 61.3%，不良反应发生率为8.2%， PDF 显著改善肝衰竭合并脓毒症患者的肝功能及凝血指标，同时能清除炎症因子，改善肝衰竭患者的预后。

尽管PDF 有诸多优势，但仍有不足之处：一方面，因传统PDF 治疗时间长， 对于伴有多器官功能衰竭的肝衰竭患者，PDF 应用较为困难；另一方面，管路连接会增加感染风险，需熟练掌握相关操作技术，严格无菌操作。

4.血浆置换透析(PED)

PED 是一种将PE 与血液透析相结合的新型人工肝模式，其中PE 使用Evacure EC-2A 型血浆分离器进行，此血浆分离器的膜孔径为0.01 mm，比传统的血浆分离膜(0.2~0.4 mm)要小得多，这种膜对白蛋白的筛分系数为0.3，可以选择性地去除小分子量的白蛋白结合物，而对纤维蛋白原的筛分系数为 0，可以使凝血因子得以保留[23]。 Nakae 等[23]选择了 4 例急性肝衰竭患者进行了9 次PED，结果表明， PED 技术可以去除水溶性和白蛋白结合的小分子毒素，对肝性脑病的患者有一定帮助；治疗前后总蛋白无显著差异，对患有严重低蛋白血症的肝病患者可以考虑 PED。 此外，Satoh 等[24]对 13 例连续使用PED 的患者进行回顾性分析，显示连续PED 后，血小板计数显著增加，总蛋白、白蛋白、纤维蛋白原或钙没有显著降低，表明治疗有效，且不良反应较少，认为PED 可用于血小板低下的肝病患者。

PED 用于抗中性粒细胞胞浆抗体血管炎、血栓性微血管病、急性抗体介导的肾移植排斥反应已被大量数据证实是安全有效的[25-26]，但国内外鲜有将PED 用于肝衰竭的报道，需要今后进一步研究证实。

5.分子吸附再循环系统(MARS)

MARS 将白蛋白作为一种清除分子，属于体外白蛋白透析(CEAD)系统的一种，是欧洲常用的非生物型人工肝支持系统[27]，其基本原理是通过由白蛋白嵌入的高通量特殊膜及带有活性炭或者离子交换树脂的吸附柱进行透析及吸附，膜上白蛋白与血浆白蛋白竞争结合亲脂性毒素，毒素被此膜吸附到膜的另一侧，然后依浓度梯度与白蛋白透析液中的白蛋白结合而被转运。 白蛋白透析液经过带有活性炭和离子交换树脂的吸附柱，从而清除水溶性毒素与蛋白结合毒素。 一项个案报道发现MARS 可以改善肝移植术后的孤立性高氨血症，可能是通过降低与白蛋白结合毒素相关的血浆肝毒性，改善获得性肝谷氨酰胺合成酶缺乏的内部环境[28]。张庆等[29]通过回顾性分析表明，MARS 可以降低肝衰竭合并甲亢患者血液中的高水平 FT3 和 FT4， 同时肝功能也得到了一定程度的改善，从而降低了肝衰竭合并甲亢患者的病死率。 Falkensteiner等[30]回顾性分析了MARS 和先进器官支持(ADVOS)对危重肝衰竭患者生化和临床指标的影响，结果表明，二者在清除胆红素方面无明显差异，但ADVOS 的波动偏差很大，治疗时间较长。

三、非生物型人工肝新型组合模式

不同人工肝单一模式各有优缺点，故利用其各自优势取长补短的组合型治疗模式已经成为国内外研究热点和发展趋势。

1. DPMAS+PE

由于PE 受异体血浆的过敏反应、 血液传播疾病及治疗后胆红素“易反弹”的限制，以及DPMAS 疗效的相对不足，将二者进行结合，即DPMAS+PE。Yao 等[31]对131 例慢加急性乙肝肝衰竭(HBV-ACLF)患者进行回顾性分析，结果表明与单纯PE 相比，DPMAS+PE 能更有效地改善ACLF 患者的暂时性TBil，提高中晚期HBV-ACLF 患者的28 d 生存率。 吴蓓等[32]对华西医院167 例HBV-ACLF 患者进行了回顾性分析结果，发现DPMAS 联合PE 在控制炎症、 改善肝功能、 提高早期HBV-ACLF 患者的生存率方面要优于血浆胆红素吸附（PBA）联合PE。 目前关于 PE 联合 DPMAS 的多数研究结果均表明， 选择减少血浆量的PE 联合 DPMAS 的人工肝治疗模式可在缓解血浆资源短缺的基础上改善DPMAS 所致凝血物质消耗等问题，效果加倍，不良反应减少，对 ACLF 患者均有较好的治疗效果[33-35]，但是关于先做置换或是先做吸附是否影响患者凝血功能的改善，联合治疗较单一模式治疗时间延长是否增加患者耐受能力及不良反应发生率等也需要今后进一步研究。

2. 血浆灌流(PP)+PE

PP 是传统的人工肝模式，其基本原理是将血浆引入装有吸附剂的灌流器中，利用吸附剂的孔隙将血浆中的中小分子物质进行吸附及清除，PP 不足之处在于选择性低，可以将血浆内的凝血物质一并清除， 而PE 在清除肝衰竭患者血浆内毒素、 胆红素等大分子毒性物质的同时保留了凝血因子，故二者联合可以取长补短，优势互补。Yang 等[36]联合应用PP 和PE 治疗肝衰竭， 结果表明PP 联合PE 可以显著逆转器官衰竭，减少并发症的发生，从而提高肝衰竭患者的生存率。 此外，对于急性脂肪肝的妊娠患者(AFLP)尽早使用PP+PE 可以逆转AFLP 的进展[37]。多项研究表明，PP+PE 可以帮助肝衰竭患者改善预后[38-39]。

四、混合型人工肝

有研究发现，生物型人工肝虽可解毒，但肝衰竭患者体内积累的大量代谢产物及毒性物质难以在有限的交换中由培养肝细胞解毒，故有学者考虑可以先行非生物型人工肝进行肝脏解毒，即混合型人工肝。 近年来，李兰娟[40]创立了新型混合型人工肝模式，包含6 种非生物型人工肝模式，并可与生物型人工肝模式结合，但目前尚未应用于临床。此外，Weng等[41]通过联合非生物(灌流和吸附)和生物(循环灌注式接触式生物反应器)人工肝，构建了新型混合型人工肝支持系统，以与人的生理代谢和血流动力等指标较为相近的西藏小型猪作为模型动物，论证了该混合型人工肝支持系统的安全性及有效性，展现了混合型人工肝支持系统良好的应用前景。

五、结语与展望

综上所述， 由于生物材料存在肝细胞的提取及培育、保存及运输、代谢活动的长期维持及免疫危害等问题，人造材料涉及生物相容性、有毒物质的选择性膜透性等问题，各种类型人工肝模式均有一定的优势与不足之处，需要根据病情进行选择。 近几年研究表明，非生物型人工肝系统虽然有一定疗效，但肝衰竭病死率仍未明显下降。 随着肝细胞分离、高密度培养及生物反应器等生物工程技术的不断发展，生物型人工肝及混合型人工肝可能成为人工肝支持系统的主流，在以非生物型人工肝系统ALSS 为主的今天， 要实现肝衰竭的有效治疗仍需付出很大的努力。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突