离体移植器官保存液的保护效果及临床应用研究进展

南小平

(庆阳职业技术学院，甘肃 庆阳 745000)

器官移植是临床医学用来根治终末期器官衰竭唯一有效的方法，已成为20世纪80年代以来医学发展的主要趋势。近年来随着临床医学的飞速发展，器官移植患者的存活率得到显著提高[1]。器官移植首先要确保供体器官的质量，这是器官移植成功的首要条件和根本保障，器官保存液作为器官移植保护的三大支柱之一，在移植物缺血再灌注损伤、炎症反应及功能维持等方面具有重要作用[2]。为了更好、更长时间地延长器官保存时间，最大限度地降低缺血、缺氧对器官造成的损伤[3]，寻求更合适的器官保存方法是当前临床亟待解决的问题。

目前，单纯低温器官保存技术仍是临床器官移植保存的首选方法。低温时，离体器官的新陈代谢降低，增加了器官对缺血再灌注损伤的耐受性，使器官在离体条件下保存的时间更长，以利于成功进行器官受体移植。保存液根据结构特点可分为传统低温器官保存液和新型器官保存液。各种器官保存液的作用大致相同，如防止细胞水肿、减少细胞损伤、抗细胞凋亡，也能够最大限度地促进器官缺血再灌注损伤功能的恢复[4-6]。

1 传统低温器官保存液

1969年美国科林斯小组成功研发了第一种仿细胞内液(高钾、低钠)器官保存液，即Collins液。该保存液已成功用于离体人肾保护，可维持24～48 h，但在肾脏内易形成晶体残留而影响肾功能，从而限制了其临床应用[7]。1976年，在Collins液的基础上改进的Euor-Collins(EC)低温灌洗液成功应用于肺脏和肝脏的保护[8]。随着UW(university of Wisconsin solution)器官保存液的开发应用，其不仅能延长器官的缺血时间，还能改善移植器官的功能，因而逐渐取代了早期的EC保存液，成功应用于肝脏、肾脏、肺等多器官移植的保护，并取得了较好的效果[9]。

1.1UW液 UW液是Belzer和Southard[10]研究的一种多器官保存液，其特点在于以乳糖盐和棉子糖作为非渗透因子，阻断细胞外液的内流，从而抑制低温引起的细胞水肿；以谷胱甘肽、别嘌呤醇对抗氧自由基；羟乙基淀粉作为胶体防止细胞间隙扩大；缓冲系统采用磷酸盐，以防止细胞酸中毒。UW液的组成中不含Ca2+，可防止细胞缺血再灌注时钙超载导致的缺血再灌注损伤，缺点是高黏度使灌洗时间延长从而损伤微循环，UW液的高钾水平(达125 mmol/L)可能会引起血管收缩，并导致羟乙基淀粉积聚,引起冠状动脉内膜损害。

随着肝移植保护的不断发展与完善，肝移植在临床医学上取得了巨大进步，但肝移植手术复杂、难度大，可引起术后肝功能异常、急性肾损伤等多种并发症。并发症产生的原因也较多，如急慢性排斥反应、病毒感染等[11-13]。戴俊等[14]对被细菌或真菌感染的UW液进行研究发现，阳性组(被感染)和阴性组(未被感染)肝移植术后丙氨酸转氨酶、总胆红素、天冬氨酸转氨酶比较差异无统计学意义，可见UW液培养是否被感染对术后肝功能无影响，但阳性组术后急性肾损伤的发生率与阴性组比较差异有统计学意义。表明器官移植的首要条件是保护液的安全有效性。

1.2HTK(histidine tryptophan Ketoglutarate)液 Hölscher和Groenewoud[15]研制的HTK液是一种低钠低钾型多器官保存液，最初应用于心脏移植，能有效延长心脏缺血时间。与UW液相比，HTK液的黏性低、流动性高，更易于扩散至细胞间隙，有利于移植器官在短时间内降温，目前HTK液主要用于肾和肝脏等器官移植的保护[16]。由于各研究者对器官功能延迟恢复的时间界定不同，因而在器官保存效果方面报道的结果也存在差异。李涛等[17]证实，UW液和HTK液对大鼠无心跳供肝保护效果不同，在冷保存8 h,移植后门静脉再通1、3、6 h后，HTK液组受体血清丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、肿瘤坏死因子的水平低于UW液组，而冷保存16 h，门静脉再通相同时间时，两组受体血清转氨酶和肿瘤坏死因子水平比较差异无统计学意义。HTK液较UW液具有更好的供肝保护效果，但冷保存时间不宜超过16 h[17]。前期系统研究比较了尸体肝和活体肝移植的保存效果，结果显示，HTK液和UW液的效果比较差异无统计学意义，但这一结果仍存在很大争议[18]。沙地克·阿帕尔等[19]采用Meta分析比较了UW液和HTK液对活体和尸体肝的保存效果发现，UW液和HTK液对肝脏的保存效果一致，术后保护效果无明显区别。Adam等[20]研究发现，肝脏移植术后第1天，HTK组血浆凝血功能明显低于UW组，两组比较差异有统计学意义。在肝脏移植过程中由于热缺血时间、缺血再灌注损伤等可导致胆道并发症的发生，而胆道并发症是影响肝移植术后成功的关键因素之一[21-22]。沙地克·阿帕尔研[19]究认为，UW液胆道并发症的发生率较HTK液高，这可能是由于UW液具有高的黏滞性、灌洗时间长，从而影响了胆道周围血管再灌注，增加了胆道并发症的发生率。

1.3Celsior液 Celsior液吸取了HTK液和UW液的优点，最初用于心肌停跳和心脏保护的研究。Menasché等[23]通过比较Celsior液和STH (St Thomas′ Hospital)液对大鼠心脏移植的影响发现，Celsior液在整个测试的左心室压力容积范围内舒张压明显较低[(50.5±3.9) mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)比 (29.7±2.3) mmHg，P<0.05)],表明在Celsior液中存储的心脏可更好地保留舒张功能，减轻移植心脏损伤；Celsior液组左心室压力最大变化速率高于STH组，表明Celsior液能产生更高的收缩指数，这可能与两组保存液所含的营养成分有关，STH液的组成中不含非渗透物质，可引起细胞肿胀，而Celsior液含有甘露醇和乳糖酸盐两种非渗透物质，可有效对抗内渗透性水分子进入细胞，避免引起细胞肿胀。

目前心脏移植是治疗终末期心力衰竭的主要方法，截至2016年6月30日，国际心肺移植协会报道了成人心脏移植104 027例和超过11 000例的儿童心脏移植，移植后受体的存活率较高[24]。同种异体心脏移植必须考虑术后缺血再灌注损伤，对于心脏移植保护液的最优选择存在很大争议。Li等[25]通过文献检索，收集477篇关于心脏保护的研究，针对UW液、HTK液和Celsior液保护移植供体心脏的效果进行了系统评价和Meta分析，结果表明，UW液保护的心脏供体移植术后存活率高于HTK液和Celsior液(95%比81%、81%,P<0.05)，HTK液与Celsior液移植后的成活率、心脏缺血性坏死率比较差异无统计学意义；与UW液相比，Celsior 液具有较低的黏度和高缓冲能力，器官低温灌洗能力较UW液有一定优势。

随着传统低温器官保存液的不断应用和发展，器官保存过程中对细胞及组织损伤的机制有了进一步的认识，这对保存液提出了更高的要求。常见低温器官保护液对肝脏移植术后的恢复是安全有效的，并得到临床证实，但肝脏的保存时间不宜超过12 h，否则会引起肝脏损伤[26-27]。因此，需要研发新型离体器官保存液以延长保存时间，提高器官保存质量。

2 新型器官保存液

2.1不含气体添加物的新型器官保存液

2.1.1ET-kyoto液 ET-kyoto液是日本东京大学研制的仿细胞外液型低温多器官保存液。该保存液采用海藻糖和葡萄糖醛酸盐替代了UW液中昂贵的木棉糖和乳糖醛酸作为非渗透性物质，能够稳定细胞膜，减轻器官的细胞水肿。目前，ET-kyoto液已成功用于临床肺脏的保护，且效果优于UW液，但对肝脏和胰腺的保护效果还在研究中。Chen等[28]对尸体肺移植保护的研究发现，ET-kyoto液对供肺的保护效果主要源自组成中的硝酸甘油、双丁酰环腺苷酸以及低钾的作用。较低的钾浓度(44 mmol/L)可以预防高钾引起的血管收缩，降低肺血管阻力(死亡供体的氧分压为340 mmHg，用ET-kyoto液灌注后氧分压迅速达到385 mmHg)，更重要的是组成中的海藻糖和葡萄糖醛酸盐作为非渗透性物质，为供肺有氧代谢提供了底物，在应急状态下可稳定细胞膜，有效减轻离体器官的细胞水肿，延长供肺缺血时间(左肺544 min，右肺613 min)，较UW液显示了更好的保护效果。

2.1.2Polysol液 2005年荷兰的阿姆斯特丹大学研发了一种新型的仿细胞外液型器官保存液，即 Polysol液。组成中聚乙二醇替代了UW液中的羟乙基淀粉，聚乙二醇能够稳定细胞膜，增加细胞膜上钠泵的活性，降低膜通透性，从而减少细胞外液向膜内渗透，避免细胞肿胀。此外，Polysol液含有自由基清除剂、维生素、能量底物、氨基酸以及抗氧化剂，可以抵抗冷藏期间的不利影响。Bessems等[29]测定了常温(37 ℃)再灌注60 min时血清中天冬氨酸转氨酶的水平，结果显示，机械灌注Polysol组和单纯低温UW组血清中天冬氨酸转氨酶的含量分别为(43±10) IU/L和(85±13) IU/L，两者比较差异有统计学意义(P<0.05)，术后低温机械灌注Polysol组的胆汁产生量高于CS-UW组。可见肝脏移植术后低温机械灌注Polysol液的保护效果优于CS-UW组，这可能是因为Polysol液能明显降低缺血再灌注损伤后的肝细胞坏死，减少天冬氨酸转氨酶的释放，增加胆汁的产生。Yagi等[30]报道了活体Lewis大鼠局部肝移植的缺血再灌注损伤和微循环，结果证实，Polysol液可以改善门静脉血流、改善微循环，减少内皮细胞肿胀，促进组织氧合。

2.1.3上海多器官保存液(Shanghai multi-organ preservation solution,SMO液) SMO液是我国学者在UW液和HKT液的基础上结合国外多器官保存液的优点及传统中药的优势而研发的多器官保存液，已成功应用于临床肾移植保护。SMO液主要由磷酸二氢盐和枸橼酸盐组成双缓冲系统，聚乙二醇和木棉糖作为大分子物质和能量底物，同时加入中药提取物川芎嗪，其可有效清除氧自由基，降低细胞凋亡指数。周智华等[31]进行了SMO液保护离体大鼠肝脏的可行性试验，结果发现，保存24 h，SMO液组、UW液组和HTK液组的细胞凋亡指数分别为0.17±0.13、0.13±0.05和0.32±0.14，保存36 h，三组保存液的细胞凋亡指数与保存24 h的规律相似，可见相同时间点SMO液、UW液的细胞凋亡少于HTK液，由于SMO液中含有较少的非渗透性物质，在大鼠肝脏保护中细胞水肿程度较UW液重。综上，SMO对离体大鼠的肝保存效果优于HTK液，总体上与UW液相当。SMO器官保存液在我国主要应用于器官移植的低温保存和灌洗。

为进一步提高供体器官的保存质量，改善保存液的保护效果，研究者发现在保存液中添加物质可延长器官保存时间，这可能与添加物能够防止细胞缺血再灌注损伤等有关。

2.2气体分子在器官保存液中的应用 内源性气体分子具有多种治疗作用，如调节细胞凋亡，抗炎等。内皮型一氧化氮合酶通过介导血管舒张而发挥细胞保护作用，诱导型内皮型一氧化氮合酶介导移植后的肝移植损伤。Ben Abdennebi等[32]研究发现，内源性产生的一氧化氮在肝脏低温保存和热灌注损伤中具有保护作用，一氧化氮可抑制炎性因子的表达。Lobb等[33]研究发现，在长期(24 h)冷(4 ℃)储存期间，用UW液+硫化氢处理大鼠的同种异体移植物能显著减少急性坏死/凋亡损伤，改善功能和受体Lewis大鼠的存活率。硫化氢通过特定的线粒体作用保护肾脏移植物免于长期的缺血再灌注损伤。Ohsawa等[34]证实，氢气能够清除细胞氧自由基，是一种有效的抗氧化剂。研究者将氢气应用于动物离体器官模型中发现，氢气能够减轻缺血再灌注损伤，改善移植术后的预后[35-36]。

血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)/一氧化碳在缺血再灌注损伤模型中的治疗潜力已在啮齿类动物中得到证实。Constantin等[37]报道了HO-1/一氧化碳在肺脏疾病中的治疗潜力。研究发现，敲除小鼠体内的HO-1氧合酶可导致对肺脏缺血再灌注损伤致死效应的敏感性，吸入外源性一氧化碳可以补偿HO-1的缺乏并提高小鼠的存活率[37]。Song等[38]发现，在大鼠原位左肺移植期间，移植肺出现严重的肺泡内出血和血管内凝血。连续吸入一氧化碳可明显减少移植物出血及术后纤维化和血栓形成。可见一氧化碳具有HO-1氧合酶相似的治疗作用，能够抑制细胞凋亡，下调促炎细胞因子和生长因子的产生。但由于气体一氧化碳的毒性和低的溶解性很难实现定点、定量靶向传输。近年来研究发现了一系列携带一氧化碳的羰基过渡金属化合物，即一氧化碳释放分子(carbon monoxide releasing molecule,CO-RM)，其在特定的条件下能够实现缓慢释放一氧化碳。Yao等[39]发现，较低浓度的CO-RM2和CO-RM3可减轻术后小鼠心肌细胞的坏死和炎症反应。Soni等[40]发现，将CO-RM2加入器官保护液中可明减轻大鼠心脏的缺血再灌注损伤。Sener等[41]在肾脏移植保护实验中将人脐静脉内皮细胞在低温下冷保存24 h，在UW液中添加CO-RM3，可明显对抗人脐静脉内皮细胞的凋亡作用。

3 结 语

不同器官保存液对于肝脏、心脏、肺等离体器官的保护效果有所差异，各有优劣。随着临床器官需求的增加，越来越多的无心跳供体、携带肝炎病毒的供体以及高龄供体等逐渐应用于临床，这对传统离体器官的保存方法提出了更高要求。为了延长器官的保存时间，维持移植物的存活质量，减轻器官保存期间的各种损害，需要更深入研究效果更佳的保护液，气体和羰基过渡金属CO-RM的出现有望进一步提高保存液的效果。