临床异种移植百年进展(述评)

陈忠华，孙煦勇

(1.华中科技大学同济医学院附属同济医院器官移植研究所，湖北武汉 430030；2.广西医科大学第二附属医院移植医学中心，广西移植医学工程技术研究中心，广西器官捐献与移植研究重点实验室，广西南宁 530007)

最近，美国连续释放4例猪供给人的异种器官移植重要信息[1-3]。这些临床级别的最新进展，彻底打破该领域临床研究持续30年的沉静。尤其是2022年1月7日，美国马里兰大学医学中心将一颗来自10个基因被编写的猪的心脏，直接移植给了一位生命濒危的终末期心脏病人，术后病人存活60 d。该系列医学突破引发了广泛的关注。该研究进展表明异种移植面向未来的临床研究迈出了关键性一步。正如漫长的星际旅行一样，这是医学进步的一小步，但却是人类进步的一大步。这4个案例，无论是创新精神、技术进步、审批流程，还是伦理学的同步跟进，都值得我国同行关注和借鉴[4,5]。

近30年来，异种移植实验研究进展较快，但临床研究一直处于停滞状态。基因工程(GE)动物器官已经能在非人类灵长类动物(NHPs)模型中长时间存活。这些实验中，预存抗体、补体激活、凝血状态等机制参与的超急性排异反应基本上得到有效控制。很多专家认为，异种移植离临床应用就差临门一脚，关键的问题是何时、何地，以何种方式逐步过渡到标准的 “一期临床研究”。因为存在“跨物种传染病”的风险，所以异种移植直接在自愿者身上进行一期临床研究，这在很多国家都属于伦理或法规的禁区。然而，缺少这一步，任何新的治疗手段都无法证实其安全性和有效性，任何临床应用也就无从谈起。

1 异种移植百年历史上的4次破冰之旅

异种移植是医生前辈们最先想到的办法，是器官移植的“鼻祖”。17世纪，西欧就有医生尝试用羊的肾脏来挽救尿毒症患者。1920年，以甫洛诺夫为代表的一些医生为了给病人注入“活力”，将黑猩猩等动物的睾丸切片植入老龄受试者的阴囊。此后10年，据不完全统计，有11 000 多名医生参与了类似植入手术。其中，美国堪萨斯州一位名叫J Krinkley的异种移植推崇者，利用自家的私人电台招募到16 000多名受试者进行异种移植治疗，最终因为疗效不确切而被当局叫停和制裁[6]。

下面简要梳理异种移植史上4次破冰之旅。

(1)第一次冰河时期。

1900-1914年，德国的Unger[7]初步尝试猴供给人的异种肾脏移植。

1914-1960年，异种移植经历了长达47年的“第一次冰河时期”，在此期间，大家同时开始探索同种移植的可能性。

1960-1970年，在美国，有医生用猪或狒狒的肝脏，离体或在体灌流，治疗急性肝功能衰竭。50个肝昏迷的病人中，有20个恢复清醒。

1963年，美国的Starzl等[8]实施了6例狒狒供给人的肾脏移植，结果均不理想。

1964年，美国Reemtsma等将黑猩猩肾脏移植给6位病人。其中5位病人于4-8周内死亡,1位病人存活超过9个月，尸检结果显示该移植6位病人的肾脏基本正常[9]。

同年，美国Hardy等首次尝试黑猩猩供给人的异种心脏移植，术后仅存活2 h[9]。

1969-1973年，在美国，实施了3例黑猩猩供给人的肝脏移植。

同期，在南非，实施了2例灵长类供给人的心脏移植。

以上案例均以失败告终，并直接导致临床研究热情退潮。

(2)第二次冰河时期。

1973-1984年，异种移植又经历了长达12年的“第二次冰河时期”，在此期间，同种移植技术及器官捐献得以快速发展，但供-需缺口仍然很大。异种移植研究再次回潮，但由于技术条件有限，屡屡失败。

1984年，美国洛杉矶，Bailey等给一名早产女婴做了狒狒心脏移植，女婴存活1周后死亡[9]。

1992年6月28日，美国匹斯堡，Starzl等[10]尝试狒狒供给人的异种肝脏移植，第1例于70 d后死于复合性感染，此后的第2例于26 d后死于胆道并发症腹膜炎。

1992年10月11日，在美国，因等不到同种肝脏，另有一家医院尝试将猪肝脏临时移植给一位暴发性肝昏迷病人,病人完成移植24 h后死亡。

以上4例异种移植尝试的失败，引发了不少争议，最终直接导致异种移植临床应用被停止。这一停就是30年。

(3)第三次冰河时期。

1992-2021年，异种移植进入长达30年的“第三次冰河时期”，在此期间，虽然同种器官捐献和移植都得到充分发展，但器官仍然供不应求。基因工程技术被全面突破和广泛应用，大量NHPs实验回答了人们最关心的两大问题：如何克服超级排斥反应和跨物种感染[11]。这些成就直接催生了 “异种移植亚临床研究模型”问世。

2021年底，针对超级排斥反应，美国两组医生[1,3]先后完成3例将GE猪肾脏移植到人脑死亡遗体的异种移植研究，观察期为52-72 h。

临床前研究、亚临床研究、0-期临床研究这3个名词基本上是一个含义。脑死亡猪肾脏移植模型并非真正意义上的临床研究，而是一种建立在脑死亡=死亡前提下的临床前研究。脑死亡状态下的人体遗体，既类似于临床，又不完全等同于临床。但3例异种移植亚临床实验为推进异种移植进入真正的人体临床观察，提供了有限而难得的科学依据。

(4)冰河快速消融期。

2021年9月25日-2022年1月7日，异种移植进入“冰河快速消融期”。

2022年1月7日，美国马里兰大学医学中心Griffith等[2]将一颗GE猪心脏直接移植给一位心脏病人，接收者于术后第49天突然出现移植心脏舒张期心增厚及心力衰竭，经体外膜肺氧合(ECMO)等支持抢救无效，在征得法定监护人知情同意的情况下，于术后第60天撤除生命支持。病理解剖没有发现明显的细胞及抗体介导的排斥反应迹象，但移植心脏从移植时的328 g增加到600 g，其原因尚不明了,是否与猪巨细胞病毒(pMCV)感染有关仍不确定。

2 异种移植临床安全与临床研究之间相当于“先有鸡，还是先有蛋”的悖论

异种移植长期不能进入临床研究阶段，其主要原因是以下3个关键性问题构成了一个连环悖论：

(1)因为有生物安全性问题，异种移植不能直接进入临床研究阶段；

(2)因为NHPs(如猴、狒狒、猩猩等)不能等同于人类，哪怕只有1%的基因差异，其实验结果再多、再好，也不能直接等同或代替人类临床结果；

(3)没有直接在人体内进行的临床级别的安全性、有效性研究，又如何证明“临床安全有效”。

1998年2月8日，美国以F.Bach为代表的保守派提出：成立新的异种移植立法委员会，以立法的形式暂停和延迟异种移植临床应用。此提案遭到以D.Sachs为代表的推进派的反对，他们提出：应当小心从事，而不是停止或延迟，因为已有很多病人在等待中去世[12-14]。

我国异种移植研究起步较晚，但近十年来发展很快，国家和社会投入都有不少。然而，如果不能进入临床，再大的投入都没有意义。

如何打破这一僵局？美国纽约大学朗格尼医学中心(NYU Langone Hearth)Montgomery教授团队曾于2019年提出：必须以脑死亡遗体作为过渡模型，填补NHPs与临床之间的空白。这一大胆的设想，在2021年底得以实现。这一模型的成功应用，是异种移植历史上的重要里程碑。

如何避免跨物种传染病风险？针对猪可能传播疾病的潜在风险，美国这4例异种移植的器官均来自特殊环境下培育加筛选的无指定病原体(DPF)医用猪。作为一个潜在的临床医疗资源，GalSafeTM，DPF级医用猪，在2020年底获得美国食品药品监督管理局(FDA)的使用批准。这也说明DPF猪在生物安全性方面，达到了高级别的管控标准(包括内源逆转录病毒C阴性)。

3 猪心脏移植为何能取得重大突破

为什么选择猪？第一，因为猪不是保护级动物，涉及伦理学的障碍相对较少。第二，猪主要脏器的大小和人类基本接近。第三，猪的繁殖力强，生长周期短，适合于大规模培育。第四，我们对猪的基因有比较深的了解，而且已经精准掌握了猪基因的改良和编辑技术。第五，猪与人的基因关系相对较远，从而减少人畜共患疾病的风险。

为什么首选心脏移植？因为没有太大的生物适配性问题，只有尺寸大小和泵血力度的问题。心脏基本上不承担人体内分泌和新陈代谢功能，相对容易获得成功。肾脏既有排泄功能也有分泌红细胞生成激素的功能；肝脏更复杂，参与人体各种新陈代谢，以及各种蛋白质和酶的合成。相对而言，心脏承担的功能比较单一。

目前，美国马里兰大学医学中心的心脏异种移植已经取得4个方面的初步成功：第一，成功完成猪心脏移植到人体的手术；第二，完全克服了超级排斥反应；第三，猪心脏的血流量、流速、压力符合人体血液循环动力学要求；第四，只要免疫抑制方案使用得当，猪心脏完全可以在人体内发挥功能。

异种移植优势显著。因为这样的器官可以批量生产，供给不受时间、地点限制。人捐献的器官虽然是最理想的，但是数量确实有限，而且什么时间、什么地点有适合的器官，没办法确定。尽管人工机械心脏也有这些优势，但是需要电池和充电。

4 亟待解决的四大问题

异种移植刚刚到达临床应用的第一站，未来仍然有四大问题需要解决：免疫排斥、生物安全、跨种适配和伦理心理。

移植手术后的急性排斥反应和慢性排斥反应是否能得到很好控制，现在还不清楚，需要长期的观察。一般急性排斥反应的高发期是接受手术后的3个月内。如果没有控制好，即使3个月过后，急性排斥反应也随时有可能发生。生物安全问题，是指医用猪心脏是否会给人类带来猪的病毒和细菌造成的危害。跨种适配问题，是指医用猪心脏是否能够与人的机体一直保持大小尺寸合适的问题，比如移植后的猪心脏是否会停止生长，还是继续生长；如果继续生长，会不会挤压胸腔，导致血压过高或过低，血液出量过大或过小等问题。这些都还不清楚，有待观察。美国这4例异种移植手术本身，给伦理学提出了新的课题。在安全、有效、科学、理性、可控五大前提下，将DPF猪器官用于人体，基本上不会有特别大的伦理学障碍。但是从心理学上来说，总会有人不愿意接受动物器官。总有一天，既无血型，又无需组织配型的量产通用型DPF医用器官会成为现有资源体系的补充性、替代性资源之一。

5 展望

综上，历经百年,4个阶段的破冰之旅，异种移植终于安全抵达临床应用的第一站。尽管异种移植仍将面临免疫排异、生物安全、跨种适配、伦理心理四大挑战，但猪作为医用型动物的时代已经来临。我国器官移植临床应用技术已经达到国际先进水平，GE猪的研发和生产能力也接近国际先进水平，但基础研究和成果转化没有得到足够重视，目前仍停滞在NHPs实验阶段，技术准备和伦理听证也必须尽快跟上。国家卫生行政管理部门应尽快出台相应政策法规的指导意见，严格审查与异种移植临床相关的科研计划，防止一哄而上，盲目跟风。