体外肺灌注系统的研究进展

卢艳，刘峰，林祥华，卫栋，钟嘉伟，林裕锋，陈静瑜（. 广东顺德工业设计研究院（广东顺德创新设计研究院），广东 佛山 583，.南京医科大学附属无锡市人民医院胸外科暨肺移植中心，江苏 无锡 403）

肺移植（lung transplantation，LTx）作为终末期肺疾病的唯一有效治疗手段，在世界范围内肺移植手术数量持续不断增加，但这种增加受限于供体肺的短缺和供体肺的质量［1］。目前，只有15% ～ 20%供体肺可用于移植［2］；因为脑损伤和机械通气会导致肺损伤使得大部分供肺是不适合的。尽管肺保存，手术技术，免疫抑制和移植后的管理都显著改善，使得肺移植的早期结果有所改善，但肺移植后的中位生存期仅为6 年［3］。肺移植过程供体肺缺血/再 灌 注 损 伤（ischemia reperfusion injury，IRI）引起的原发性移植物功能障碍（primary graft dysfunction，PGD），是肺移植术后早期死亡的主要原因，其特征是缺氧和与移植肺损伤相关的肺通气受损。Cypel 等［4-5］研究临床肺移植 EVLP，通过EVLP 方案对供体肺功能进行改进评估，成功移植20 例高危供肺，移植72 h后 PGD 2、3 级发生率为15%，低于对照组的30%。因此，EVLP 提供一个独特的平台，在肺移植前修复受损伤的供体肺，既提高了受损供体肺的利用率，也提高了肺移植术后的预后［6］。

1 EVLP 基本原理

临床上肺脏保存通常采用静态冷保存方法。低温可以减少细胞氧合、营养需求和细胞代谢，减缓细胞死亡过程并维持细胞活力。然而，体温过低也会降低供体肺的功能。

相比之下，常温EVLP 可以维持器官的正常代谢状态，避免细胞损伤，并且维持细胞内外电解质梯度，避免肺脏水肿，与此同时能够避免缺血导致的细胞代谢产物堆积，修复肺脏损伤［7］。这是一个前瞻性很强的临床研究，EVLP 为肺保存和更详细的供体肺评估以及治疗提供一个很好的平台［8］。EVLP 使用具有胶体渗透压的细胞外缓冲液（steen液）与红细胞一起作为肺灌注液［9］。然而，由于肺血管阻力增加和气道压力增加导致循环性肺损伤，Steen 的EVLP 保存技术无法超过120 min 保存时间。加拿大多伦多小组通过改良EVLP 技术，采用目前称为多伦多EVLP 方法的最佳肺保护技术，EVLP 治疗的供体肺可以保持功能性生理状态长达12 h［7］。多伦多EVLP 技术使用保护性流量以防止机械阻力，保护性机械通气以避免循环中引起肺损伤以及灌注液的保护性成分来达到细胞稳态。因此，EVLP 技术提供了一个可以评估和适用于常温状态的治疗平台［10］。

2 EVLP 期间的治疗

肺容易受到脑死亡、挫伤、误吸、呼吸机引起的肺损伤、感染、水肿和肺不张等不同机制的损伤［11］。EVLP 已被证明是修复这些问题的一个很好平台［7］。EVLP 灌注3 ～4 h 可以评估肺部和肺部水肿。肺治疗或肺修复，则需要更长EVLP灌注时间［12］。2.1 肺水肿：肺水肿是供体肺被拒绝的最常见原因之一［11］。灌注液较高的胶体渗透压，本身就有一定的减轻肺水肿的作用。研究表明，在EVLP 过程中，在气管内应用肾上腺素可以通过激活肺泡上皮细胞膜表面钠通道的活性，使肺泡内液体的清除率比对照组高84%［13］。2007 年，Franck 等［14］证明EVLP评估肺部基底肺泡液清除率为每小时19%±10%。气道滴注特布他林（β2-肾上腺素受体激动剂）后，肺泡液清除率可增加到每小时43%±13%（P ＜0.001）。较高的肺泡液清除率与显著减少的肺重量增加（肺水肿；皮尔逊系数-0.90，P ＜0.0001）相关［14］。

2.2 肺部感染：在脑死亡供体（DBD）或者心脏死亡供体（DCD）中，呼吸机相关性肺炎（ventilator associated pneumonia，VAP）是ICU 中最常见的医院感染［11］。VAP 影响ICU 中28%的插管患者［15］。根据已发表的数据，46% ～ 89%的供体肺支气管肺泡灌洗（BAL）细菌培养呈阳性［16］。肺部感染是移植术后早期导致死亡的最主要原因［17-18］，感染控制成功与否也是整个肺移植手术的关键所在。Nakajima等［19］的研究表明，相比于对照组，EVLP 是治疗感染肺的理想平台，在灌注液中加入广谱抗菌药物的灌注方法，极大改善了肺氧合情况，提高了肺的顺应性，减轻肺血管阻力，并且灌注液中内毒素含量显著减少。此种高浓度抗菌治疗方法避免了抗菌药物对其他器官的损伤。

2.3 胃内容物误吸：在未符合移植条件的供体肺中，有14%是由于胃内容物吸入造成的［20］。一方面胃内容物中的胃酸和胃蛋白酶对肺组织造成化学损伤，另一方面胃内容物中的食物颗粒造成气道阻塞。根据吸入物质的种类和类型以及吸入的频率，一些肺部综合征可能发生在吸入后［21］。吸入胃内容物引起的吸入性肺炎可导致表面活性剂功能障碍［21］。

2014 年，Khalife-Hocquemiller 和 来 自 巴 黎 的Marie Lannelongue 小组研究了（EVLP）表面活性剂修复对胃吸入继发肺损伤的影响［22］。将猪随机分3 组：胃酸诱导的损伤+ 4 h EVLP，胃酸诱导的损伤+EVLP 前表面活性剂灌洗，单独注射生理盐水或通过EVLP 注射生理盐水。在EVLP 前使用表面活性剂的猪改善了功能参数（PaO2，肺血管阻力和凋亡细胞百分比），部分改善了组织学严重程度评分［22］。

2015 年，Nakajima 等［23］在胃误吸肺损伤猪实验中表明，EVLP 期间肺灌洗后经支气管注入外源性表面活性剂可改善移植后肺功能。用胃酸诱导肺损伤（pH ＝3.0）后，将猪通气6 h，取出供体肺。10 h 冷缺血后，将肺随机分成4 组（每组n ＝5）：① 未经处理（对照）；② 肺灌洗（lung lavage，LL）；③ 表面活性剂给药（surfactant administration，SF）；④ 肺灌洗后给表面活性剂（surfactant administration following lung lavage，SL）后的表面活性剂给药。肺进行EVLP 6 h，术后2 h 再次冷缺血，各组均移植左肺并重新灌注4 h。单纯使用表面活性剂可明显改善EVLP 患者的肺功能，但不足以减少炎症活性。肺灌洗后经支气管注入外源性表面活性剂，移植后功能良好［23］。

2.4 肺栓塞（pulmonary embolism，PE）：肺栓塞和肺梗死是供体肺的常见表现［24］。器官捐献者是静脉血栓的的高危人群。肺栓塞的发现与原发性移植物衰竭和肺移植后受者预后较差有关［25］。

EVLP 平台上对供体肺肺栓塞进行治疗，包括肺栓子切除术和溶栓治疗［26］。Andrea 等［27］发表了第一例体外溶栓治疗后临床移植成功的病例报告。供体有临床病史、血流动力学与常规的急性PE检查结果一致。在EVLP 期间用阿替普酶进行溶栓治疗，肺被成功移植［28］。Inci 等［29］研究发现，在EVLP 灌注液中添加尿激酶可以通过降低肺血管阻力、提高肺氧合作用来改善肺功能。近年来，Inci等［30］将此研究应用于临床，使EVLP 作为溶栓药载体，在修复1 例边缘供肺后成功实施双肺移植。

2.5 基因治疗：在肺移植术后早期（前72 h），PGD是发病率和病死率一个重要的危险因素［2］。严重的PGD 可影响多达25%的肺移植［31］。供体肺获取前后对肺部的理化刺激会导致肺损伤相关的炎症反应， 进而加剧移植后再灌注损伤，但导致PGD 的具体病理生理机制尚不清楚［11］。

临床和实验研究表明，肺再灌注诱导细胞因子的快速释放。在冷缺血/再灌注后，促炎和抗炎细胞因子，如肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）、白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）、IL-10、IL-12和IL-18，可在肺组织中检测到［32］。

一种潜在的IL-10 基因疗法治疗供体肺损伤，以减少炎症损伤。它主要通过灭活中性粒细胞和巨噬细胞来发挥抗炎作用，从而导致促炎细胞因子分泌的下调［33］。IL-10 基因可以通过减少移植后细胞死亡来改善肺功能障碍［34］。

临床前研究证明，EVLP 是基因治疗用于肺疾病理想平台。Cypel 等［8］研究中指出，临床拒绝接受移植的10 例脑死亡供体肺按多伦多技术，EVLP灌注12 h。结果表明，经血管内注射AdhIL-10 后，肺功能明显改善，脑死亡相关的炎性细胞因子基因表达改变为抗炎谱，肺泡-血屏障恢复完整性［8］。

Yeung 等［35］比较了离体与体内通过气管递送编码IL-10 或绿色荧光蛋白的腺病毒载体给猪肺供体。在EVLP 中灌注12 h， IL-10 组肺功能保持稳定，对照组或接受绿色荧光蛋白的肺功能下降［35］。

2.6 间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的治疗：间充质干细胞是多能基质细胞，可分化成成骨细胞，软骨细胞，肌细胞，成纤维细胞和脂肪细胞等。转移到炎症部位后，MSCs 通过细胞与淋巴细胞的相互作用或通过产生可溶性因子来调节免疫系统，产生免疫调节和抗炎作用。

在肺部疾病中已有几种模型用于研究MSCs，表现出肺炎症减少，细胞凋亡减少，肺损伤减少［36］。MSC 通过全身（静脉内）或局部（气管内）输送实现对肺的治疗。加利福尼亚大学旧金山分校发表了一些在EVLP 系统中使用被拒绝的人肺进行MSCs治疗的研究［36-37］；他们通过维持肺泡上皮屏障完整性和恢复肺泡液清除来减少水肿，还表现出炎症抑制和上皮特异性生长因子的产生［37-38］。Andrea 等［27］通过猪模型将MSCs 运送到EVLP 供体肺的最佳路径和剂量［39］。与气道输送相比，MSCs 通过血管内输送最有效。他们还发现肺组织内皮生长因子水平增加，而经MSCs 治疗的肺中IL-8 水平（以EVLP灌注法测定）下降［27，39］。

3 结 论

EVLP 作为一种新颖且非常具有创新的技术，可以在移植前评估高危供体肺以增加供体池。加拿大多伦多总医院报道了EVLP 供肺移植后的长期随访结果，移植物存活率、受体生存率、慢性移植物功能障碍发生率，与常规移植对比差异无统计学意义，证明 EVLP 具有良好的疗效和安全性［40］。EVLP 是治疗和修复不同肺损伤的理想平台。特异性靶向治疗可通过支气管或灌注液直接给予肺相关治疗，避免任何全身性副作用。因此，EVLP 可以修复和治疗供体肺，这有望转化为增加供体肺利用率提高和改善移植后预后结果［11］。

（收稿日期：2020-09-01）