臨床異種移植百年進展(述評)

陳忠華，孫煦勇

(1.華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院器官移植研究所，湖北武漢 430030；2.廣西醫科大學第二附屬醫院移植醫學中心，廣西移植醫學工程技術研究中心，廣西器官捐獻與移植研究重點實驗室，廣西南寧 530007)

最近，美國連續釋放4例豬供給人的異種器官移植重要信息[1-3]。這些臨床級別的最新進展，徹底打破該領域臨床研究持續30年的沉靜。尤其是2022年1月7日，美國馬里蘭大學醫學中心將一顆來自10個基因被編寫的豬的心臟，直接移植給了一位生命瀕危的終末期心臟病人，術后病人存活60 d。該系列醫學突破引發了廣泛的關注。該研究進展表明異種移植面向未來的臨床研究邁出了關鍵性一步。正如漫長的星際旅行一樣，這是醫學進步的一小步，但卻是人類進步的一大步。這4個案例，無論是創新精神、技術進步、審批流程，還是倫理學的同步跟進，都值得我國同行關注和借鑒[4,5]。

近30年來，異種移植實驗研究進展較快，但臨床研究一直處于停滯狀態。基因工程(GE)動物器官已經能在非人類靈長類動物(NHPs)模型中長時間存活。這些實驗中，預存抗體、補體激活、凝血狀態等機制參與的超急性排異反應基本上得到有效控制。很多專家認為，異種移植離臨床應用就差臨門一腳，關鍵的問題是何時、何地，以何種方式逐步過渡到標準的 “一期臨床研究”。因為存在“跨物種傳染病”的風險，所以異種移植直接在自愿者身上進行一期臨床研究，這在很多國家都屬于倫理或法規的禁區。然而，缺少這一步，任何新的治療手段都無法證實其安全性和有效性，任何臨床應用也就無從談起。

1 異種移植百年歷史上的4次破冰之旅

異種移植是醫生前輩們最先想到的辦法，是器官移植的“鼻祖”。17世紀，西歐就有醫生嘗試用羊的腎臟來挽救尿毒癥患者。1920年，以甫洛諾夫為代表的一些醫生為了給病人注入“活力”，將黑猩猩等動物的睪丸切片植入老齡受試者的陰囊。此后10年，據不完全統計，有11 000 多名醫生參與了類似植入手術。其中，美國堪薩斯州一位名叫J Krinkley的異種移植推崇者，利用自家的私人電臺招募到16 000多名受試者進行異種移植治療，最終因為療效不確切而被當局叫停和制裁[6]。

下面簡要梳理異種移植史上4次破冰之旅。

(1)第一次冰河時期。

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

1914-1960年，異種移植經歷了長達47年的“第一次冰河時期”，在此期間，大家同時開始探索同種移植的可能性。

1960-1970年，在美國，有醫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個肝昏迷的病人中，有20個恢復清醒。

1963年，美國的Starzl等[8]實施了6例狒狒供給人的腎臟移植，結果均不理想。

1964年，美國Reemtsma等將黑猩猩腎臟移植給6位病人。其中5位病人于4-8周內死亡,1位病人存活超過9個月，尸檢結果顯示該移植6位病人的腎臟基本正常[9]。

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

1969-1973年，在美國，實施了3例黑猩猩供給人的肝臟移植。

同期，在南非，實施了2例靈長類供給人的心臟移植。

以上案例均以失敗告終，并直接導致臨床研究熱情退潮。

(2)第二次冰河時期。

1973-1984年，異種移植又經歷了長達12年的“第二次冰河時期”，在此期間，同種移植技術及器官捐獻得以快速發展，但供-需缺口仍然很大。異種移植研究再次回潮，但由于技術條件有限，屢屢失敗。

1984年，美國洛杉磯，Bailey等給一名早產女嬰做了狒狒心臟移植，女嬰存活1周后死亡[9]。

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

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

以上4例異種移植嘗試的失敗，引發了不少爭議，最終直接導致異種移植臨床應用被停止。這一停就是30年。

(3)第三次冰河時期。

1992-2021年，異種移植進入長達30年的“第三次冰河時期”，在此期間，雖然同種器官捐獻和移植都得到充分發展，但器官仍然供不應求。基因工程技術被全面突破和廣泛應用，大量NHPs實驗回答了人們最關心的兩大問題：如何克服超級排斥反應和跨物種感染[11]。這些成就直接催生了 “異種移植亞臨床研究模型”問世。

2021年底，針對超級排斥反應，美國兩組醫生[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個名詞基本上是一個含義。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驗為推進異種移植進入真正的人體臨床觀察，提供了有限而難得的科學依據。

(4)冰河快速消融期。

2021年9月25日-2022年1月7日，異種移植進入“冰河快速消融期”。

2022年1月7日，美國馬里蘭大學醫學中心Griffith等[2]將一顆GE豬心臟直接移植給一位心臟病人，接收者于術后第49天突然出現移植心臟舒張期心增厚及心力衰竭，經體外膜肺氧合(ECMO)等支持搶救無效，在征得法定監護人知情同意的情況下，于術后第60天撤除生命支持。病理解剖沒有發現明顯的細胞及抗體介導的排斥反應跡象，但移植心臟從移植時的328 g增加到600 g，其原因尚不明了,是否與豬巨細胞病毒(pMCV)感染有關仍不確定。

2 異種移植臨床安全與臨床研究之間相當于“先有雞，還是先有蛋”的悖論

異種移植長期不能進入臨床研究階段，其主要原因是以下3個關鍵性問題構成了一個連環悖論：

(1)因為有生物安全性問題，異種移植不能直接進入臨床研究階段；

(2)因為NHPs(如猴、狒狒、猩猩等)不能等同于人類，哪怕只有1%的基因差異，其實驗結果再多、再好，也不能直接等同或代替人類臨床結果；

(3)沒有直接在人體內進行的臨床級別的安全性、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，以立法的形式暫停和延遲異種移植臨床應用。此提案遭到以D.Sachs為代表的推進派的反對，他們提出：應當小心從事，而不是停止或延遲，因為已有很多病人在等待中去世[12-14]。

我國異種移植研究起步較晚，但近十年來發展很快，國家和社會投入都有不少。然而，如果不能進入臨床，再大的投入都沒有意義。

如何打破這一僵局？美國紐約大學朗格尼醫學中心(NYU Langone Hearth)Montgomery教授團隊曾于2019年提出：必須以腦死亡遺體作為過渡模型，填補NHPs與臨床之間的空白。這一大膽的設想，在2021年底得以實現。這一模型的成功應用，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險？針對豬可能傳播疾病的潛在風險，美國這4例異種移植的器官均來自特殊環境下培育加篩選的無指定病原體(DPF)醫用豬。作為一個潛在的臨床醫療資源，GalSafeTM，DPF級醫用豬，在2020年底獲得美國食品藥品監督管理局(FDA)的使用批準。這也說明DPF豬在生物安全性方面，達到了高級別的管控標準(包括內源逆轉錄病毒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，因為豬不是保護級動物，涉及倫理學的障礙相對較少。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，生長周期短，適合于大規模培育。第四，我們對豬的基因有比較深的了解，而且已經精準掌握了豬基因的改良和編輯技術。第五，豬與人的基因關系相對較遠，從而減少人畜共患疾病的風險。

為什么首選心臟移植？因為沒有太大的生物適配性問題，只有尺寸大小和泵血力度的問題。心臟基本上不承擔人體內分泌和新陳代謝功能，相對容易獲得成功。腎臟既有排泄功能也有分泌紅細胞生成激素的功能；肝臟更復雜，參與人體各種新陳代謝，以及各種蛋白質和酶的合成。相對而言，心臟承擔的功能比較單一。

目前，美國馬里蘭大學醫學中心的心臟異種移植已經取得4個方面的初步成功：第一，成功完成豬心臟移植到人體的手術；第二，完全克服了超級排斥反應；第三，豬心臟的血流量、流速、壓力符合人體血液循環動力學要求；第四，只要免疫抑制方案使用得當，豬心臟完全可以在人體內發揮功能。

異種移植優勢顯著。因為這樣的器官可以批量生產，供給不受時間、地點限制。人捐獻的器官雖然是最理想的，但是數量確實有限，而且什么時間、什么地點有適合的器官，沒辦法確定。盡管人工機械心臟也有這些優勢，但是需要電池和充電。

4 亟待解決的四大問題

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

移植手術后的急性排斥反應和慢性排斥反應是否能得到很好控制，現在還不清楚，需要長期的觀察。一般急性排斥反應的高發期是接受手術后的3個月內。如果沒有控制好，即使3個月過后，急性排斥反應也隨時有可能發生。生物安全問題，是指醫用豬心臟是否會給人類帶來豬的病毒和細菌造成的危害。跨種適配問題，是指醫用豬心臟是否能夠與人的機體一直保持大小尺寸合適的問題，比如移植后的豬心臟是否會停止生長，還是繼續生長；如果繼續生長，會不會擠壓胸腔，導致血壓過高或過低，血液出量過大或過小等問題。這些都還不清楚，有待觀察。美國這4例異種移植手術本身，給倫理學提出了新的課題。在安全、有效、科學、理性、可控五大前提下，將DPF豬器官用于人體，基本上不會有特別大的倫理學障礙。但是從心理學上來說，總會有人不愿意接受動物器官。總有一天，既無血型，又無需組織配型的量產通用型DPF醫用器官會成為現有資源體系的補充性、替代性資源之一。

5 展望

綜上，歷經百年,4個階段的破冰之旅，異種移植終于安全抵達臨床應用的第一站。盡管異種移植仍將面臨免疫排異、生物安全、跨種適配、倫理心理四大挑戰，但豬作為醫用型動物的時代已經來臨。我國器官移植臨床應用技術已經達到國際先進水平，GE豬的研發和生產能力也接近國際先進水平，但基礎研究和成果轉化沒有得到足夠重視，目前仍停滯在NHPs實驗階段，技術準備和倫理聽證也必須盡快跟上。國家衛生行政管理部門應盡快出臺相應政策法規的指導意見，嚴格審查與異種移植臨床相關的科研計劃，防止一哄而上，盲目跟風。