人工肝支持系统的发展与前景

沈玥 丁峰

摘 要 人工肝支持技术（artificial liver support system， ALSS）发展迅速，可能为肝功能衰竭患者提供等待供体肝或肝功能恢复的桥接治疗。其中以白蛋白透析为代表的非生物型ALSS由血液净化发展而来，能清除水溶性以及蛋白结合毒素，从而改善患者临床症状、生化指标，逆转或减轻肝外脏器功能障碍，并且为肝功能的部分恢复创造条件。

关键词 人工肝支持系统 血液净化 白蛋白透析 肝功能衰竭

中图分类号：R573.3； R459.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1533（2018）09-0020-05

The development and prospects of artificial liver support system*

SHEN Yue**， DING Feng***

（Department of Nephrology， Shanghai Ninth Peoples Hospital， School of Medicine， Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200011， China）

ABSTRACT Artificial liver support system （ALSS） has been developed very quickly and may be used in patients with liver failure as a bridge to liver transplantation or the recovery to liver function， in which non-biological ALSS， represented by the albumin dialysis， has evolved from blood purification. Non-biological ALSS can eliminate water-soluble and protein-binding toxins so as to improve clinical symptoms and biochemical indicators， reverse or attenuate extrahepatic organ dysfunction and meanwhile create conditions for partial recovery of liver function.

KEy WORDS artificial liver support system； blood purification； albumin dialysis； liver failure

盡管肝移植领域进展飞速，但由于供体器官短缺、移植反应等原因，各种病因引起的肝功能衰竭患者的死亡率仍然居高不下。近年来，替代肝功能的人工肝支持技术迅速发展，可能为肝功能衰竭患者提供等待供体肝或肝功能恢复的桥接治疗。

理想的人工肝支持系统（artificial liver support system， ALSS）目的是完全替代肝脏的合成、代谢、排泄等功能，为等待供体肝或肝功能恢复争取时机[1]。人工肝支持系统可分为生物型、非生物型和混合型设备。生物型设备的主体是包含同种或异种肝组织、肝细胞、肝细胞微粒等的生物反应器，然而受到原代肝细胞来源、细胞活性，以及生物安全性等因素的限制，目前尚处于临床前试验阶段[1]。本文的重点在于回顾非生物型ALSS的研究进展，特别是白蛋白透析在肝功能衰竭中的应用，并展望其可能的发展前景。

非生物型ALSS由血液净化发展而来，主要包括血浆置换、血液/血浆灌流、白蛋白透析，以及与血液透析和血液滤过等复合的血液净化方式[2]，通过弥散、对流、吸附等原理去除肝功能衰竭患者体内的毒性物质及代谢产物，促进内环境改善，帮助患者渡过肝衰竭急性期以待肝功能的部分恢复。ALSS相比于血液透析最显著的区别，是不仅能清除水溶性毒素如氨，而且能清除蛋白结合毒素，如胆红素、疏水性胆汁酸、脂肪酸等[3]。在肝功能衰竭时，由于白蛋白减少、结合能力下降、肝脏清除能力下降等导致了蛋白结合毒素大量积累，蓄积的蛋白结合毒素在肾衰竭、肝性脑病、循环障碍等严重并发症的继发性发展中起到重要作用[4]，而减轻这些毒素的负荷不仅可能逆转或减轻肝外脏器功能障碍，改善门静脉和全身血流动力学状态，并且为肝功能部分恢复创造条件[5]。

1 分类和原理

治疗性血浆置换（therapeutic plasma exchange， TPE）通常使用新鲜冰冻血浆作为置换液，可清除与血浆蛋白结合的亲脂性物质，如胆红素、疏水性胆汁酸、芳香族氨基酸、假性神经递质、内毒素等内源性毒素；同时可补充凝血因子、白蛋白等必需的生物活性物质。TPE可用于治疗进展期肝衰竭，改善肝性脑病的症状，是国内较多被应用于治疗肝衰竭的血液净化方式[6]。血液/血浆灌流是将血液或分离的血浆引入灌流器后通过活性炭、阴离子交换树脂等吸附剂，从而清除内源性或外源性毒素，达到血液净化的目的。该方法与常规的血液透析相比，清除蛋白结合毒素效果佳，如胆红素、酚、短链脂肪酸等可被有效吸附，而对水、电解质、酸碱的失衡无纠正作用[7]。

白蛋白透析吸取了血浆灌流去除蛋白结合毒素的优势，以及血液透析良好的生物相容性，其实质是以弥散和吸附为基础的清除作用。其中分子吸附再循环系统（molecular adsorbent recirculating system， MARS）是目前研究最广、使用最多的ALSS，被用于治疗急性肝衰竭（acute liver failure， ALF）、慢加急性肝衰竭（acuteon-chronic liver failure， ACLF）和移植术后肝功能衰竭等，有助于减轻黄疸、改善血流动力学、降低门脉高压、降低颅内压和改善肝性脑病等[2]。MARS由血液管路、20%人血白蛋白管路和透析液管路组成。血液侧的毒素通过白蛋白不通透的透析膜与透析液测的白蛋白结合，随后白蛋白透析液经过活性炭吸附柱及阴离子树脂吸附柱完成白蛋白的解毒和再生，继而重复下一个循环的解毒作用。这种血浆与吸附剂非直接接触的分子吸附过程具有较好的生物相容性及临床耐受性。单次通过白蛋白透析（single pass albumin dialysis， SPAD）与MARS的的主要区别是提供了单次通过而非循环的、浓度为4.4%白蛋白透析液，并且使用标准肾脏替代治疗机器而不需附加灌流器，然而白蛋白消耗量较大[8]。普罗米修斯系统是基于成分血浆分离吸附的透析方式，其基本机制是通过250～300 KDa截流率的膜进行血浆分离，过滤的血浆成分由两种吸附柱吸附脂溶性毒素，然后将纯化的血浆成分重新注入到主管路中进行常规透析以清除水溶性毒素[9]。

2 适应证和禁忌证

2011年美国肝病研究学会（American Association for the Study of Liver Diseases， AASLD）在2005年《急性肝衰竭处理》的意见书的基础上发布了《急性肝衰竭指南更新》[10]。ALSS治疗ALF的适应证有：各种原因引起的肝衰竭早、中期，INR 在1.5～2.5之間和血小板>50×109/L 的患者为宜；对晚期肝衰竭患者应评估风险及利益后作出治疗决定；晚期肝衰竭肝移植术前等待供体、肝移植术后排异反应、移植肝无功能期的患者。

ALSS治疗ALF的相对禁忌证有：严重活动性出血或并发DIC 者；对治疗过程中所用血制品或药品高度过敏者；循环功能衰竭者；心脑梗死非稳定期者；妊娠晚期。

3 临床效果

目前，不同规模前瞻性随机对照试验（randomized controlled trial， RCT）对ALSS的研究主要集中在ALF和ACLF患者无移植生存率、胆汁淤积症、肝性脑病、门脉及系统血流动力学等方面。总体而言ALSS安全性好，耐受度较高，对ALF、ACLF患者的治疗具有改善胆汁淤积症、血流动力学、肝性脑病等短期益处。

3.1 生存率

目前几项主要的针对白蛋白透析的大型随机对照试验RELIEF[11]、FULMAR[12]等的研究结果提示，白蛋白透析组与标准治疗组相比较均未得到改善生存率的结果。RELIEF是迄今为止针对白蛋白透析最大的RCT研究，共纳入189名ACLF患者， MARS组患者接受MARS治疗达10次，每次6～8 h，与标准治疗组相比28 d生存率无显著差异（60.7% vs 58.9%，P=0.79）[11]。FULMAR研究纳入110例ALF患者，6个月生存率MARS组为84.9%，标准治疗组为75.5%（P=0.28）[12]。在这项研究中，患者接受肝移植的中位数时间仅为16.2 h，观察ALSS效果的时间较短可能是影响评估生存率的原因之一。针对成分血浆分离吸附的HELIOS研究[13]纳入总共145例ACLF患者，接受普罗米修斯系统每次最低4 h、8～11个疗程的治疗，与标准治疗组相比28 d（66% vs 63%，P=0.70）、90 d的生存率无显著差异（47% vs 38%，P=0.35）。

一项探讨白蛋白透析对肝功能衰竭患者治疗效果的荟萃分析纳入7项MARS和3项普罗米修斯系统共620例患者，结果提示白蛋白透析与标准治疗组相比无生存优势[14]。早年一项纳入105名患者的荟萃分析结果显示，ALSS降低了ACLF患者死亡率[15]，该荟萃分析结果是基于较小样本的研究，在指征、治疗方案和终点设置等方面具有高度异质性。另一项纳入198名ALF患者和157名ACLF患者的荟萃分析结果提示ALSS降低了ALF患者死亡率，而对ACLF患者死亡率无显著影响[16]。以目前已有的RCT研究结果判断白蛋白透析对肝衰竭患者生存率的影响还为时尚早。

2016年Larsen等[17]报道了一项针对高容量血浆置换（high-volume plasma exchange， HVP，交换约8～12 L或15%的血浆）、共纳入183例ALF患者的多中心RCT研究，结果显示连续3 d HVP治疗较标准治疗显著提高了患者整体住院存活率 （58.7% vs 47.8%，P<0.01）。HVP相比于标准治疗提高了ALF患者生存率的原因，可能与调节免疫功能、减轻多器官功能障碍、改善SOFA评分等有关。Larsen的研究也是迄今为止最主要的支持ALSS改善生存率的研究。

3.2 血流动力学

血流动力学异常是肝功能衰竭最严重的并发症之一，表现为全身血管舒张，平均动脉压降低，肾、脑等重要器官灌注和氧合不良，甚至危及患者生命。Laleman等[18]发现MARS治疗可降低ACLF患者门脉高压、改善全身血管阻力、提高平均动脉压，可能与其清除血管活性物质的作用有关；而普罗米修斯系统对改善血流动力学衰竭无明显益处，可能是由于血浆分离过程中使用的高通透性膜无法有效清除内源性血管活性物质。一项回顾性研究结果提示[19]，TPE治疗ALF患者后并未对平均动脉压和使用血管加压药物的剂量产生积极影响。

3.3 毒素清除

几种主要的白蛋白透析方式，包括MARS[20]、FPSA[21]都可显著降低血清胆红素、胆汁酸水平，缓解胆汁淤积症，SPAD可有效降低血清胆红素水平，而对胆汁酸清除作用不大[22]。Stadlbauer等[21]比较了MARS和普罗米修斯系统对ACLF患者蛋白结合毒素清除效果，研究结果提示普罗米修斯系统清除胆汁酸的作用与MARS相当，清除胆红素作用更好。白蛋白透析也被用于治疗胆汁淤积症引起的顽固性瘙痒[23]。一项荟萃分析结果提示[24]，白蛋白透析组患者血清总胆红素水平较药物治疗组下降了8.0 mg/dL，而对血清氨和胆汁酸无清除优势。此外，Kreyman等[25]报道应用SPAD治疗暴发性肝豆状核变性患者，发现SPAD能有效清除胆红素和铜，但其临床应用受到治疗费用的限制。

3.4 肝性脑病

MARS是目前唯一经前瞻性随机多中心研究证实能有效改善肝性脑病（hepatic encephalopathy， HE）症状的ALSS，该研究的对象为难治性重度昏迷，即HE 3级以上，且未对先前常规治疗作出反应的患者，结果发现MARS治疗组患者至少改善了2个HE等级[26]。RELIEF研究结果提示MARS有效改善了HE症状，纳入的ACLF患者约有92%患有酒精性肝硬化。在Hassanein的RCT研究中[27]，39例接受MARS治疗的HE患者较31例接受常规治疗的HE患者更快并且更显著地降低HE的程度，该试验纳入39%酒精性肝硬化的患者[2]。MARS治疗可以有效改善肝衰竭患者，尤其是酒精性肝病患者HE症状。

3.5 不良反應

继发感染是ALSS治疗中常见的并发症，但也是慢性肝衰竭或ACLF患者常见的并发症[28]。由于透析过程中抗凝剂的使用、患者凝血功能下降、慢性肝病和继发感染影响凝血级联反应等因素，MARS、普罗米修斯系统在治疗过程中曾有出血和血栓事件的报道[29-30]。TPE治疗HE患者过程中有报道过低钙血症和碱中毒的发生，但不难纠正[31]。其他并发症有低血压、过敏反应、失衡综合征等，因此在ALSS治疗前需要充分评估并预防并发症的发生，在ALSS治疗中和治疗后要严密观察有无并发症发生。总体而言，在几项针对ALSS的主要RCT研究，包括RELIEF、FULMAR、HELIOS、Larsen等的研究均肯定了血液净化对肝衰竭患者治疗的安全性。相信随着ALSS的发展，并发症的发生率将进一步下降。

4 发展前景

自血液净化应用于肝衰竭治疗后，功能更复杂、疗效更优越的ALSS层出不穷。2002年日本首推血浆滤过透析（plasma filtration with dialysis， PDF）用一支滤器同时完成血浆置换和血液透析滤过，在对流弥散过程中滤除大量白蛋白和蛋白结合毒素并用新鲜冰冻血浆从后稀释液中补充[32]。我国的李氏ALSS 结合了低通量血浆置换和血浆滤过吸附两种血液净化方法，有效改善了ALF动物生存率，降低了血清胆红素、胆汁酸、炎症因子水平[33]。Hepa Wash或称ADVOS在白蛋白透析的基础上使用酸碱两种透析液而增强对带不同电荷毒素的清除作用，有效改善了ALF、ALF联合脓毒症动物的生存率[34-35]。UCL-LDD含有高截留率的滤器以及选择性内毒素吸附柱，有效降低了ALF动物内毒素水平，减轻炎症反应、脏器功能损伤，并改善生存率[36]。这些新型血液净化方式的安全性、有效性仍有待临床试验检验，但都弥补了传统血液透析方式在清除蛋白结合毒素方面的短板，并为血液净化在肝衰竭治疗中的常规应用拓展了前景。早年有研究估算，肝衰竭患者住院期间的MARS治疗费用约为15 000欧元[37]。无论哪种白蛋白透析，因白蛋白产生的高昂治疗费用是阻碍其在临床上广泛应用的重要因素之一。

临床试验方面，ALSS改善肝衰竭患者生存率的证据不足，可能因为目前绝大多数ALSS只能替代肝脏的解毒功能[38]。目前仍需要来自不同地区、针对不同病因肝衰竭的RCT研究证据支持ALSS的有效性，才有可能将ALSS纳入常规的临床治疗方案。此外，对肝衰竭患者行ALSS治疗的时机选择仍需进一步研究。

5 结语

ALSS为肝衰竭患者提供了改善临床症状、生化指标，等待肝移植或自身肝功能恢复的桥接治疗，然而要实现理想的ALSS治疗，即能帮助肝衰竭患者痊愈或恢复到基线肝功能状态，仍前路漫漫。一旦发展到多器官功能衰竭，ALSS可能就失去了恢复肝功能的治疗效果，而转变成清除水溶性和蛋白结合毒素的支持治疗。与此同时，新的复合型ALSS层出不穷，不难想象在不远的将来出现常规治疗ALF或ACLF患者的血液净化方式。而且ALSS的应用将不仅局限于清除肝衰竭毒素，可能对清除肝炎病毒、脓毒症患者的炎症因子等都将有益处。而对于这些设备使用的最佳时机以及如何优化解毒能力，还需要更多的临床前和临床研究。

参考文献

[1] van Wenum M， Chamuleau RA， van Gulik TM， et al. Bioartificial livers in vitro and in vivo： tailoring biocomponents to the expanding variety of applications[J]. Expert Opin Biol Ther， 2014， 14（12）： 1745-1760.

[2] Stange J. Extracorporeal liver support[J]. Organogenesis， 2011， 7（1）： 64-73.

[3] Evenepoel P， Maes B， Wilmer A， et al. Detoxifying capacity and kinetics of the molecular adsorbent recycling system. Contribution of the different inbuilt filters[J]. Blood Purif， 2003， 21（3）： 244-252.

[4] Stockmann HB， JN IJ. Prospects for the temporary treatment of acute liver failure[J]. Eur J Gastroenterol Hepatol， 2002， 14（2）： 195-203.

[5] Laleman W. Hemodynamic effects of albumin dialysis in patients with liver failure： for better or for worse？ [J]. Ther Apher Dial， 2009， 13（5）： 384-392.

[6] 段学章， 辛绍杰. 人工肝在肝衰竭治疗中的应用[J]. 中华肝脏病杂志， 2012， 2（6）： 411-413.

[7] Hughes RD. Review of methods to remove protein-bound substances in liver failure[J]. Int J Artif Organs， 2002， 25（10）： 911-917.

[8] Sauer IM， Goetz M， Steffen I， et al. In vitro comparison of the molecular adsorbent recirculation system （MARS） and singlepass albumin dialysis （SPAD）[J]. Hepatology， 2004， 39（5）： 1408-1414.

[9] Rifai K， Ernst T， Kretschmer U， et al. Prometheus — a new extracorporeal system for the treatment of liver failure[J]. J Hepatol， 2003， 39（6）： 984-990.

[10] 中華医学会感染病学分会肝衰竭与人工肝学组， 中华医学会肝病学分会重型肝病与人工肝学组. 肝衰竭诊治指南（2012年版）[J]. 中华临床感染病杂志， 2012， 5（6）： 321-326.

[11] Banares R， Nevens F， Larsen FS， et al. Extracorporeal albumin dialysis with the molecular adsorbent recirculating system in acute-on-chronic liver failure： the RELIEF trial[J]. Hepatology， 2013， 57（3）： 1153-1162.

[12] Saliba F， Camus C， Durand F， et al. Albumin dialysis with a noncell artificial liver support device in patients with acute liver failure： a randomized， controlled trial[J]. Ann Intern Med， 2013， 159（8）： 522-531.

[13] Kribben A， Gerken G， Haag S， et al. Effects of fractionated plasma separation and adsorption on survival in patients with acute-on-chronic liver failure[J]. Gastroenterology， 2012， 142（4）： 782-789.

[14] Tsipotis E， Shuja A， Jaber BL. Albumin dialysis for liver failure： A systematic review[J]. Adv Chronic Kidney Dis， 2015， 22（5）： 382-390.

[15] Liu JP， Gluud LL， Als-Nielsen B， et al. Artificial and bioartificial support systems for liver failure[J/OL]. Cochrane Database Syst Rev， 2004（1）： CD003628. doi： 10.1002/14651858.CD003628.pub2.

[16] Stutchfield BM， Simpson K， Wigmore SJ. Systematic review and meta-analysis of survival following extracorporeal liver support[J]. Br J Surg， 2011， 98（5）： 623-631.

[17] Larsen FS， Schmidt LE， Bernsmeier C， et al. High-volume plasma exchange in patients with acute liver failure： An open randomised controlled trial[J]. J Hepatol， 2016， 64（1）： 69-78.

[18] Laleman W， Wilmer A， Evenepoel P， et al. Effect of the molecular adsorbent recirculating system and Prometheus devices on systemic haemodynamics and vasoactive agents in patients with acute-on-chronic alcoholic liver failure[J/OL]. Crit Care， 2006， 10（4）： R108. doi： 10.1186/cc4985.

[19] Wiersema UF， Kim SW， Roxby D， et al. Therapeutic plasma exchange does not reduce vasopressor requirement in severe acute liver failure： a retrospective case series[J/OL]. BMC Anesthesiol， 2015， 15： 30. doi： 10.1186/s12871-015-0017-9.

[20] Sponholz C， Matthes K， Rupp D， et al. Molecular adsorbent recirculating system and single-pass albumin dialysis in liver failure-a prospective， randomised crossover study[J/OL]. Crit Care， 2016， 20： 2. doi： 10.1186/s13054-015-1159-3.

[21] Stadlbauer V， Krisper P， Beuers U， et al. Removal of bile acids by two different extracorporeal liver support systems in acute-on-chronic liver failure[J]. ASAIO J， 2007， 53（2）： 187-193.

[22] Krisper P， Haditsch B， Stauber R， et al. In vivo quantification of liver dialysis： comparison of albumin dialysis and fractionated plasma separation[J]. J Hepatol， 2005， 43（3）： 451-457.

[23] Leckie P， Tritto G， Mookerjee R， et al. “Out-patient” albumin dialysis for cholestatic patients with intractable pruritus[J]. Aliment Pharmacol Ther， 2012， 35（6）： 696-704.

[24] Hernaez R， Sola E， Moreau R， et al. Acute-on-chronic liver failure： an update[J]. Gut， 2017， 66（3）： 541-553.

[25] Collins KL， Roberts EA， Adeli K， et al. Single pass albumin dialysis （SPAD） in fulminant Wilsonian liver failure： a case report[J]. Pediatr Nephrol， 2008， 23： 1013-1016.

[26] Mitzner S， Loock J， Peszynski P， et al. Improvement in central nervous system functions during treatment of liver failure with albumin dialysis MARS — a review of clinical， biochemical， and electrophysiological data[J]. Metab Brain Dis， 2002， 17（4）： 463-475.

[27] Hassanein TI， Tofteng F， Brown RS， et al. Randomized controlled study of extracorporeal albumin dialysis for hepatic encephalopathy in advanced cirrhosis[J]. Hepatology， 2007， 46（6）： 1853-1862.

[28] Katoonizadeh A， Laleman W， Verslype C， et al. Early features of acute-on-chronic alcoholic liver failure： a prospective cohort study[J]. Gut， 2010， 59（11）：1561-1569.

[29] Meijers BK， Verhamme P， Nevens F， et al. Major coagulation disturbances during fractionated plasma separation and adsorption[J]. Am J Transplant， 2007， 7（9）： 2195-2199.

[30] Bachli EB， Schuepbach RA， Maggiorini M， et al. Artificial liver support with the molecular adsorbent recirculating system： activation of coagulation and bleeding complications[J]. Liver Int， 2007， 27（4）： 475-484.

[31] Stenbog P， Busk T， Larsen FS. Efficacy of liver assisting in patients with hepatic encephalopathy with special focus on plasma exchange[J]. Metab Brain Dis， 2013， 28（2）： 333-335.

[32] Yamamoto H， Nakae H， Uji Y， et al. Plasma adiponectin levels in acute liver failure patients treated with plasma filtration with dialysis and plasma exchange[J]. Ther Apher Dial， 2015， 19（4）： 349-354.

[33] Zhou N， Li J， Zhang Y， et al. Efficacy of coupled low-volume plasma exchange with plasma filtration adsorption in treating pigs with acute liver failure： a randomised study[J]. J Hepatol， 2015， 63（2）： 378-387.

[34] Al-Chalabi A， Matevossian E， AK VT， et al. Evaluation of the Hepa Wash？ treatment in pigs with acute liver failure[J/OL]. BMC Gastroenterol， 2013， 13： 83. doi： 10.1186/1471-230X-13-83.

[35] Al-Chalabi A， Matevossian E， von Thaden A， et al. Evaluation of an ADVanced Organ Support （ADVOS） system in a twohit porcine model of liver failure plus endotoxemia[J/OL]. Intensive Care Med Exp， 2017， 5（1）： 31. doi： 10.1186/s40635-017-0144-3.

[36] Lee KC， Baker LA， Stanzani G， et al. Extracorporeal liver assist device to exchange albumin and remove endotoxin in acute liver failure： Results of a pivotal pre-clinical study[J]. J Hepatol， 2015， 63（3）： 634-642.

[37] Hessel FP. Economic evaluation of the artificial liver support system MARS in patients with acute-on-chronic liver failure[J/OL]. Cost Eff Resour Alloc， 2006， 4： 16. doi： 10.1186/1478-7547-4-16.

[38] Maiwall R， Maras JS， Nayak SL， et al. Liver dialysis in acuteon-chronic liver failure： current and future perspectives[J]. Hepatol Int， 2014， 2： 505-513.