细胞与基因治疗——肝移植供肝“机械灌注”新引擎
徐骁1 鲁迪1 沈未2 郑树森3
杭州医学院附属浙江省人民医院肝胆胰外科，杭州 310059
浙江大学医学院，杭州 310058
树兰（杭州）医院，杭州 310022
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教育部“长江学者奖励计划”特聘教授
国家杰出青年科学基金获得者
国家“万人计划”科技创新领军人才
中华医学会器官移植学分会候任主任委员、肝移植学组组长
中国医师协会器官移植医师分会副会长、总干事
国家肝脏移植质控中心副主任、国家OPO质控中心副主任
中国抗癌协会肿瘤精准治疗专业委员会副主任委员
中国抗癌协会肿瘤转移专业委员会副主任委员
浙江省抗癌协会肿瘤精准诊治专业委员会主任委员
浙江省医学会器官移植学分会候任主任委员
国家科技进步创新团队奖、一等奖及二等奖主要完成人
中国肿瘤青年科学家奖、吴孟超医学青年基金奖获得者
杭州医学院副校长、浙江大学转化医学研究院副院长
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特聘研究员 副主任医师
浙江大学医学院、美国康奈尔大学医学院博士后
杭州市器官修复与再生医学研究所副所长
主持国家自然科学基金2项、中国博士后科学基金1项
浙江省科技进步一等奖（第七）、中华医学科技二等奖（第六）、浙江省“医坛新秀”培养对象
【摘 要】 为缓解供器官短缺这一全球性问题，边缘供肝逐渐应用于临床肝移植，但同时也增加早期移植物功能不全、原发性移植物失功等并发症的风险。如何有效提升边缘供肝质量是目前移植界的主要研究方向之一。机械灌注是目前提升供肝质量的关键手段，在提升扩大标准供肝质量、减轻缺血再灌注损伤中发挥出了巨大的优势。近年来，细胞与基因治疗技术飞速发展，联合机械灌注的优化策略实现了针对人体局部脏器的精准定向干预，在优化边缘供肝质量、提升受者长期存活率等方面展现出巨大潜力，有望成为推动机械灌注和器官修复再生技术发展的全新引擎。【关键词】 肝移植；边缘供肝；机械灌注；细胞治疗；基因治疗肝移植是终末期肝病最有效的治疗手段。然而，供体器官资源紧缺已成为全球性问题并严重制约了器官移植的临床应用，据统计全球范围内得到满足的移植需求不足10%[1]。扩大标准供者（extended criteria donor，ECD）供肝是指具有一些可能导致术后预后较差的潜在因素的供肝，通常包括脂肪变性供肝、高龄供肝、心脏死亡供者（donor of cardiac death，DCD）供肝、肝炎病毒阳性供肝以及劈裂肝供肝等[2]。ECD供肝往往对缺血再灌注损伤更敏感，在术后更易出现移植物失功、胆道并发症和生存期缩短等不良后果[3⁃4]。有效提升供肝尤其是ECD供肝的质量、安全拓展供肝来源是肝移植领域的主要问题。机械灌注是目前提升供肝质量的关键手段，在提升ECD供肝质量、减轻缺血再灌注损伤中发挥出了巨大的优势，近年来飞速发展的细胞与基因治疗技术有望推动机械灌注技术发展，实现肝移植技术的全新突破。
静态冷保存是移植器官最常用的保存方法，低温可降低细胞代谢氧耗，减轻保存期间供肝损伤。然而，由于缺乏动态血流，腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的耗竭和乳酸积累易引起多种短期和远期并发症。本期胡鑫豪等的文章《供肝胆管反应在肝移植疗效评价中的应用价值研究》分析了供肝胆管反应程度对移植后EAD发生风险的影响并指出冷缺血时间延长也可能增加胆管反应程度导致肝脏损伤。机械灌注作为新一代器官保存技术，克服了传统静态冷保存技术的许多缺点，不仅能延长供器官保存时间，改善供器官功能，还能动态监测灌注期间供器官动态活力。多项临床研究表明，低温机械灌注可有效降低受者术后早期移植物功能不全和胆道并发症等风险并提升受者术后1年移植物存活率[5⁃6]，低温氧合机械灌注是在低温机械灌注的基础上再通过肝门静脉和（或）肝动脉补充氧气，可进一步减少线粒体氧化损伤和下游炎症反应，从而降低严重肝移植相关事件风险和再移植率[7⁃8]。常温机械灌注下的肝细胞更接近人体生理学环境，循环流通、成分可控的灌注液为ECD供肝的精准修复创造了独有的机会。瑞士苏黎世大学的一项研究对20例脂肪变性废弃供肝进行体外长期常温机械灌注，10例在保持器官活力的同时减轻了脂肪变性，而延长灌注时间和使用脱脂药物可提高脱脂的成功率[9]。临床随机对照研究更是表明常温机械灌注在提升DCD供肝尤其是老龄供者供肝质量方面有着优异的表现[10]。本期董念国等的文章《心脏移植供心保护研究进展》介绍了心脏获取和转运阶段的保存方法，其中着重介绍了机械灌注修复边缘性供心的巨大潜力。邢添瑛等的文章《静态冷保存序贯低温机械灌注参数对移植肾短期预后影响》则回顾性分析了157例肾移植受者及供肾资料并指出了低温机械灌注（hypothermic machine perfusion，HMP）的终末阻力指数对预测移植术后短期预后的应用价值。这些研究成果不仅对心脏和肾脏移植具有重要意义，也为肝移植领域的机械灌注应用提供了宝贵的参考和启示。细胞与基因治疗是继小分子、大分子靶向疗法之后的新一代精准疗法。随着精准递送技术的高速发展及对疾病分子机制的深入解析，细胞和基因治疗技术在肿瘤、遗传病、衰老等多个领域取得了重大进展，为疾病的治疗和预防提供了全新工具。在局部脏器机械灌注的特殊设定下，细胞与基因治疗技术能表现出更高效、精准的生物性能，并减少对其他器官的副作用，展现出了巨大潜能。通过小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）等抑制损伤、凋亡相关分子表达能有效减轻供肝缺血再灌注损伤，但既往研究多通过尾静脉或腹腔注射，生物靶向性、安全性等方面仍存在较大局限性，限制了其临床转化应用[11⁃12]。机械灌注可作为器官特异性基因治疗的平台，实现基因的靶向递送和表达，同时避免基因治疗在体内效率低、器官特异性不足等缺陷。利用纳米颗粒、聚合物、脂质或寡核苷酸的化学修饰技术优化递送载体的大小、形状、化学或物理特性以及表面的电荷或成分大大提升了基因递送在机械灌注期间的稳定性、安全性以及靶向性[13]。美国麻省理工大学一项研究利用脂质纳米颗粒包被siRNA技术，在4 ℃和37 ℃机械灌注期间成功转染大鼠肝脏，有效抑制肝脏各区域凋亡相关基因Fas的表达[11]。Goldaracena等[14]通过常温机械灌注递送丙肝感染关键分子microRNA⁃122的阻断剂，研究发现相较于低温冷保存，常温离体肝脏灌注下肝脏能更好的提取阻断剂，microRNA⁃122靶基因抑制效果显著提升。此外，机械灌注还可以结合其他先进的基因递送系统如CRISPR/Cas9基因编辑技术实现移植物基因组的精准修饰从而在源头上预防和治疗移植后可能出现的遗传性疾病。目前已有研究团队利用体外机械灌注在离体人肺中证实了CRISPR基因编辑的可行性，这为克服人类器官中应用基因组靶向治疗的转化障碍奠定了基础[15]。基因治疗在肝移植机械灌注中的研究仍处于起步阶段，但相关技术突破有望成为防治移植肝早期损伤、丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）再感染等的有效手段。除基因治疗外，细胞治疗也在供器官的离体修复中显示出广阔的前景。干细胞及其衍生的细胞外囊泡主要通过与免疫细胞的相互作用以及旁分泌抗炎细胞因子和生长因子发挥作用，并在多种动物模型中被证实可减轻移植物细胞铁死亡、线粒体氧化应激等，因而在改善移植后肝脏和胆道损伤方面具有重要的临床转化价值[16⁃17]。通过基因修饰、生物材料包封和电穿孔等方式构建的干细胞产品或外泌体衍生物等还可进一步增强其修复再生功能。与传统的静脉给药相比，在机械灌注期间进行细胞治疗可确保干细胞或相关衍生物定向作用于肝脏。据报道，血红素加氧酶氧⁃1（HO⁃1）修饰的骨髓间充质干细胞联合常温机械灌注可激活胆道祖细胞、促进胆道上皮的再生，从而修复DCD肝移植中的胆管损伤[18]。人肝细胞来源的干细胞细胞外囊泡已被证实可在常温机械灌注期间被肝细胞快速摄取并减轻肝脏缺氧性损伤及细胞的坏死和凋亡[17]。本期专题中的综述《间充质干细胞衍生的外泌体促进组织再生在心胸外科领域的研究进展》详细概述了干细胞及外泌体在心胸外科领域中的强大抗炎与促再生作用以及前沿研究进展，尽管该综述主要聚焦于心胸外科领域，其所讨论的细胞治疗策略和机制同样适用于其他器官移植。这些方法与机械灌注的联合使用为临床供体器官移植前进行优化处理提供了新的视角和技术支持。类器官是利用干细胞或原代细胞培养生成的三维细胞结构，既往常见于药效筛查或毒性测试等研究，但仍有学者不断尝试将其用于修复或替代受损的组织器官[18]。利用3D生物打印技术在体外构建的类肝器官已被报道成功移植到了小鼠体内并具有功能性的血管系统和体内肝脏代谢活性，提高了肝损伤模型小鼠的存活率[19]。利有血管充足的脾脏作为支架植入肝细胞实现“器官转化”以及完全去除组织细胞成分而保留细胞外基质微观结构和生化特性实现脱细胞后再进一步重新细胞化的“合成器官”等体外再生技术为类器官应用于临床移植开辟了全新的可能和希望，也为其临床转化打下了坚实基础[20⁃21]。英国剑桥大学研究团队成功将胆囊细胞培养为类器官，通过常温机械灌注技术将胆囊类器官注入人体肝脏，并首次证明移植的类器官能够修复胆管并恢复其功能[22]。本期朱港归等的文章《肺再生中不同细胞的角色》指明了不同细胞类型在修复和再生中的独特作用，揭示了细胞治疗的广阔前景。未来利用不同细胞构建类器官，联合机械灌注靶向作用于供器官的技术将极大促进再生医学的发展。“机械灌注+细胞/基因治疗”技术尚处于早期探索阶段，递送载体效率、产品稳定性和安全性等问题需要进一步解决。前期相关研究表明机械灌注温度并不影响肝脏对基因治疗药物的摄取，然而温度、压力等灌注条件对于基因转染效率、细胞活性等的影响仍有待明确[11]。此外，不同类型的ECD供肝理化特征、生物学性状等存在差异，肝移植术中、术后损伤机制也不尽相同，精细化、个体化的干预策略有助于发挥出独有优势，实现“变废为宝”。当前全球供器官短缺现象严峻，供需矛盾日益显著，严重制约了我国器官移植事业的发展。机械灌注技术已成为ECD供肝保存与修复的核心技术，能有效提升供肝质量、拓展供肝来源，细胞与基因治疗为机械灌注技术带来了全新的机遇与挑战。随着对疾病损伤机制的进一步了解，以及医学、生物、工程领域的深度融合，细胞与基因治疗将在肝移植供肝机械灌注中发挥出独有优势，为安全拓展供肝来源、大幅提升移植疗效提供重要手段，助力实现肝移植技术的新突破。徐骁,鲁迪,沈未,等. 细胞与基因治疗——肝移植供肝"机械灌注"新引擎[J]. 中华器官移植杂志,2024,45(8)：528-531. DOI:10.3760/cma.j.cn421203-2.
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