臨床異種移植百年進(jìn)展(述評(píng))

2023-01-18 14:00:26陳忠華孫煦勇

廣西科學(xué) 2022年3期

陳忠華，孫煦勇

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院器官移植研究所，湖北武漢 430030；2.廣西醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院移植醫(yī)學(xué)中心，廣西移植醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究中心，廣西器官捐獻(xiàn)與移植研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007)

最近，美國(guó)連續(xù)釋放4例豬供給人的異種器官移植重要信息[1-3]。這些臨床級(jí)別的最新進(jìn)展，徹底打破該領(lǐng)域臨床研究持續(xù)30年的沉靜。尤其是2022年1月7日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心將一顆來(lái)自10個(gè)基因被編寫(xiě)的豬的心臟，直接移植給了一位生命瀕危的終末期心臟病人，術(shù)后病人存活60 d。該系列醫(yī)學(xué)突破引發(fā)了廣泛的關(guān)注。該研究進(jìn)展表明異種移植面向未來(lái)的臨床研究邁出了關(guān)鍵性一步。正如漫長(zhǎng)的星際旅行一樣，這是醫(yī)學(xué)進(jìn)步的一小步，但卻是人類進(jìn)步的一大步。這4個(gè)案例，無(wú)論是創(chuàng)新精神、技術(shù)進(jìn)步、審批流程，還是倫理學(xué)的同步跟進(jìn)，都值得我國(guó)同行關(guān)注和借鑒[4,5]。

近30年來(lái)，異種移植實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展較快，但臨床研究一直處于停滯狀態(tài)?；蚬こ?GE)動(dòng)物器官已經(jīng)能在非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物(NHPs)模型中長(zhǎng)時(shí)間存活。這些實(shí)驗(yàn)中，預(yù)存抗體、補(bǔ)體激活、凝血狀態(tài)等機(jī)制參與的超急性排異反應(yīng)基本上得到有效控制。很多專家認(rèn)為，異種移植離臨床應(yīng)用就差臨門(mén)一腳，關(guān)鍵的問(wèn)題是何時(shí)、何地，以何種方式逐步過(guò)渡到標(biāo)準(zhǔn)的 “一期臨床研究”。因?yàn)榇嬖凇翱缥锓N傳染病”的風(fēng)險(xiǎn)，所以異種移植直接在自愿者身上進(jìn)行一期臨床研究，這在很多國(guó)家都屬于倫理或法規(guī)的禁區(qū)。然而，缺少這一步，任何新的治療手段都無(wú)法證實(shí)其安全性和有效性，任何臨床應(yīng)用也就無(wú)從談起。

1 異種移植百年歷史上的4次破冰之旅

異種移植是醫(yī)生前輩們最先想到的辦法，是器官移植的“鼻祖”。17世紀(jì)，西歐就有醫(yī)生嘗試用羊的腎臟來(lái)挽救尿毒癥患者。1920年，以甫洛諾夫?yàn)榇淼囊恍┽t(yī)生為了給病人注入“活力”，將黑猩猩等動(dòng)物的睪丸切片植入老齡受試者的陰囊。此后10年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有11 000 多名醫(yī)生參與了類似植入手術(shù)。其中，美國(guó)堪薩斯州一位名叫J Krinkley的異種移植推崇者，利用自家的私人電臺(tái)招募到16 000多名受試者進(jìn)行異種移植治療，最終因?yàn)榀熜Р淮_切而被當(dāng)局叫停和制裁[6]。

下面簡(jiǎn)要梳理異種移植史上4次破冰之旅。

(1)第一次冰河時(shí)期。

1900-1914年，德國(guó)的Unger[7]初步嘗試猴供給人的異種腎臟移植。

1914-1960年，異種移植經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)47年的“第一次冰河時(shí)期”，在此期間，大家同時(shí)開(kāi)始探索同種移植的可能性。

1960-1970年，在美國(guó)，有醫(yī)生用豬或狒狒的肝臟，離體或在體灌流，治療急性肝功能衰竭。50個(gè)肝昏迷的病人中，有20個(gè)恢復(fù)清醒。

1963年，美國(guó)的Starzl等[8]實(shí)施了6例狒狒供給人的腎臟移植，結(jié)果均不理想。

1964年，美國(guó)Reemtsma等將黑猩猩腎臟移植給6位病人。其中5位病人于4-8周內(nèi)死亡,1位病人存活超過(guò)9個(gè)月，尸檢結(jié)果顯示該移植6位病人的腎臟基本正常[9]。

同年，美國(guó)Hardy等首次嘗試黑猩猩供給人的異種心臟移植，術(shù)后僅存活2 h[9]。

1969-1973年，在美國(guó)，實(shí)施了3例黑猩猩供給人的肝臟移植。

同期，在南非，實(shí)施了2例靈長(zhǎng)類供給人的心臟移植。

以上案例均以失敗告終，并直接導(dǎo)致臨床研究熱情退潮。

(2)第二次冰河時(shí)期。

1973-1984年，異種移植又經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)12年的“第二次冰河時(shí)期”，在此期間，同種移植技術(shù)及器官捐獻(xiàn)得以快速發(fā)展，但供-需缺口仍然很大。異種移植研究再次回潮，但由于技術(shù)條件有限，屢屢失敗。

1984年，美國(guó)洛杉磯，Bailey等給一名早產(chǎn)女?huà)胱隽酸翎粜呐K移植，女?huà)氪婊?周后死亡[9]。

1992年6月28日，美國(guó)匹斯堡，Starzl等[10]嘗試狒狒供給人的異種肝臟移植，第1例于70 d后死于復(fù)合性感染，此后的第2例于26 d后死于膽道并發(fā)癥腹膜炎。

1992年10月11日，在美國(guó)，因等不到同種肝臟，另有一家醫(yī)院嘗試將豬肝臟臨時(shí)移植給一位暴發(fā)性肝昏迷病人,病人完成移植24 h后死亡。

以上4例異種移植嘗試的失敗，引發(fā)了不少爭(zhēng)議，最終直接導(dǎo)致異種移植臨床應(yīng)用被停止。這一停就是30年。

(3)第三次冰河時(shí)期。

1992-2021年，異種移植進(jìn)入長(zhǎng)達(dá)30年的“第三次冰河時(shí)期”，在此期間，雖然同種器官捐獻(xiàn)和移植都得到充分發(fā)展，但器官仍然供不應(yīng)求?；蚬こ碳夹g(shù)被全面突破和廣泛應(yīng)用，大量NHPs實(shí)驗(yàn)回答了人們最關(guān)心的兩大問(wèn)題：如何克服超級(jí)排斥反應(yīng)和跨物種感染[11]。這些成就直接催生了 “異種移植亞臨床研究模型”問(wèn)世。

2021年底，針對(duì)超級(jí)排斥反應(yīng)，美國(guó)兩組醫(yī)生[1,3]先后完成3例將GE豬腎臟移植到人腦死亡遺體的異種移植研究，觀察期為52-72 h。

臨床前研究、亞臨床研究、0-期臨床研究這3個(gè)名詞基本上是一個(gè)含義。腦死亡豬腎臟移植模型并非真正意義上的臨床研究，而是一種建立在腦死亡=死亡前提下的臨床前研究。腦死亡狀態(tài)下的人體遺體，既類似于臨床，又不完全等同于臨床。但3例異種移植亞臨床實(shí)驗(yàn)為推進(jìn)異種移植進(jìn)入真正的人體臨床觀察，提供了有限而難得的科學(xué)依據(jù)。

(4)冰河快速消融期。

2021年9月25日-2022年1月7日，異種移植進(jìn)入“冰河快速消融期”。

2022年1月7日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Griffith等[2]將一顆GE豬心臟直接移植給一位心臟病人，接收者于術(shù)后第49天突然出現(xiàn)移植心臟舒張期心增厚及心力衰竭，經(jīng)體外膜肺氧合(ECMO)等支持搶救無(wú)效，在征得法定監(jiān)護(hù)人知情同意的情況下，于術(shù)后第60天撤除生命支持。病理解剖沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的細(xì)胞及抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)跡象，但移植心臟從移植時(shí)的328 g增加到600 g，其原因尚不明了,是否與豬巨細(xì)胞病毒(pMCV)感染有關(guān)仍不確定。

2 異種移植臨床安全與臨床研究之間相當(dāng)于“先有雞，還是先有蛋”的悖論

異種移植長(zhǎng)期不能進(jìn)入臨床研究階段，其主要原因是以下3個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題構(gòu)成了一個(gè)連環(huán)悖論：

(1)因?yàn)橛猩锇踩詥?wèn)題，異種移植不能直接進(jìn)入臨床研究階段；

(2)因?yàn)镹HPs(如猴、狒狒、猩猩等)不能等同于人類，哪怕只有1%的基因差異，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果再多、再好，也不能直接等同或代替人類臨床結(jié)果；

(3)沒(méi)有直接在人體內(nèi)進(jìn)行的臨床級(jí)別的安全性、有效性研究，又如何證明“臨床安全有效”。

1998年2月8日，美國(guó)以F.Bach為代表的保守派提出：成立新的異種移植立法委員會(huì)，以立法的形式暫停和延遲異種移植臨床應(yīng)用。此提案遭到以D.Sachs為代表的推進(jìn)派的反對(duì)，他們提出：應(yīng)當(dāng)小心從事，而不是停止或延遲，因?yàn)橐延泻芏嗖∪嗽诘却腥ナ繹12-14]。

我國(guó)異種移植研究起步較晚，但近十年來(lái)發(fā)展很快，國(guó)家和社會(huì)投入都有不少。然而，如果不能進(jìn)入臨床，再大的投入都沒(méi)有意義。

如何打破這一僵局？美國(guó)紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心(NYU Langone Hearth)Montgomery教授團(tuán)隊(duì)曾于2019年提出：必須以腦死亡遺體作為過(guò)渡模型，填補(bǔ)NHPs與臨床之間的空白。這一大膽的設(shè)想，在2021年底得以實(shí)現(xiàn)。這一模型的成功應(yīng)用，是異種移植歷史上的重要里程碑。

如何避免跨物種傳染病風(fēng)險(xiǎn)？針對(duì)豬可能傳播疾病的潛在風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)這4例異種移植的器官均來(lái)自特殊環(huán)境下培育加篩選的無(wú)指定病原體(DPF)醫(yī)用豬。作為一個(gè)潛在的臨床醫(yī)療資源，GalSafeTM，DPF級(jí)醫(yī)用豬，在2020年底獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)的使用批準(zhǔn)。這也說(shuō)明DPF豬在生物安全性方面，達(dá)到了高級(jí)別的管控標(biāo)準(zhǔn)(包括內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄病毒C陰性)。

3 豬心臟移植為何能取得重大突破

為什么選擇豬？第一，因?yàn)樨i不是保護(hù)級(jí)動(dòng)物，涉及倫理學(xué)的障礙相對(duì)較少。第二，豬主要臟器的大小和人類基本接近。第三，豬的繁殖力強(qiáng)，生長(zhǎng)周期短，適合于大規(guī)模培育。第四，我們對(duì)豬的基因有比較深的了解，而且已經(jīng)精準(zhǔn)掌握了豬基因的改良和編輯技術(shù)。第五，豬與人的基因關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)，從而減少人畜共患疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

為什么首選心臟移植？因?yàn)闆](méi)有太大的生物適配性問(wèn)題，只有尺寸大小和泵血力度的問(wèn)題。心臟基本上不承擔(dān)人體內(nèi)分泌和新陳代謝功能，相對(duì)容易獲得成功。腎臟既有排泄功能也有分泌紅細(xì)胞生成激素的功能；肝臟更復(fù)雜，參與人體各種新陳代謝，以及各種蛋白質(zhì)和酶的合成。相對(duì)而言，心臟承擔(dān)的功能比較單一。

目前，美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的心臟異種移植已經(jīng)取得4個(gè)方面的初步成功：第一，成功完成豬心臟移植到人體的手術(shù)；第二，完全克服了超級(jí)排斥反應(yīng)；第三，豬心臟的血流量、流速、壓力符合人體血液循環(huán)動(dòng)力學(xué)要求；第四，只要免疫抑制方案使用得當(dāng)，豬心臟完全可以在人體內(nèi)發(fā)揮功能。

異種移植優(yōu)勢(shì)顯著。因?yàn)檫@樣的器官可以批量生產(chǎn)，供給不受時(shí)間、地點(diǎn)限制。人捐獻(xiàn)的器官雖然是最理想的，但是數(shù)量確實(shí)有限，而且什么時(shí)間、什么地點(diǎn)有適合的器官，沒(méi)辦法確定。盡管人工機(jī)械心臟也有這些優(yōu)勢(shì)，但是需要電池和充電。

4 亟待解決的四大問(wèn)題

異種移植剛剛到達(dá)臨床應(yīng)用的第一站，未來(lái)仍然有四大問(wèn)題需要解決：免疫排斥、生物安全、跨種適配和倫理心理。

移植手術(shù)后的急性排斥反應(yīng)和慢性排斥反應(yīng)是否能得到很好控制，現(xiàn)在還不清楚，需要長(zhǎng)期的觀察。一般急性排斥反應(yīng)的高發(fā)期是接受手術(shù)后的3個(gè)月內(nèi)。如果沒(méi)有控制好，即使3個(gè)月過(guò)后，急性排斥反應(yīng)也隨時(shí)有可能發(fā)生。生物安全問(wèn)題，是指醫(yī)用豬心臟是否會(huì)給人類帶來(lái)豬的病毒和細(xì)菌造成的危害?？绶N適配問(wèn)題，是指醫(yī)用豬心臟是否能夠與人的機(jī)體一直保持大小尺寸合適的問(wèn)題，比如移植后的豬心臟是否會(huì)停止生長(zhǎng)，還是繼續(xù)生長(zhǎng)；如果繼續(xù)生長(zhǎng)，會(huì)不會(huì)擠壓胸腔，導(dǎo)致血壓過(guò)高或過(guò)低，血液出量過(guò)大或過(guò)小等問(wèn)題。這些都還不清楚，有待觀察。美國(guó)這4例異種移植手術(shù)本身，給倫理學(xué)提出了新的課題。在安全、有效、科學(xué)、理性、可控五大前提下，將DPF豬器官用于人體，基本上不會(huì)有特別大的倫理學(xué)障礙。但是從心理學(xué)上來(lái)說(shuō)，總會(huì)有人不愿意接受動(dòng)物器官。總有一天，既無(wú)血型，又無(wú)需組織配型的量產(chǎn)通用型DPF醫(yī)用器官會(huì)成為現(xiàn)有資源體系的補(bǔ)充性、替代性資源之一。

5 展望