人工肝支持系統(tǒng)的臨床應用

王燕騰 李紅

1 山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院, 太原 030001; 2 山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院感染病科, 太原 030001

肝衰竭是多種因素引起的嚴重肝臟損害， 出現(xiàn)以凝血機制障礙和黃疸、 肝性腦病腹水等為主要表現(xiàn)的一組臨床癥候群。 肝衰竭患者病情進展較快，總體預后較差，故重癥肝病的治療迫在眉睫，目前臨床上肝病的治療包括內(nèi)科綜合治療、人工肝支持治療以及肝移植。人工肝支持系統(tǒng)是通過體外機械、物理化學或者生物裝置，暫時部分代替肝臟功能，協(xié)助治療肝臟功能不全或相關疾病的一種方法[1]。人工肝支持系統(tǒng)依據(jù)材料組成和性質(zhì)不同分為生物型、非生物型及混合型人工肝。針對所清除毒素的不同，不同人工肝組合治療模式應運而生。

一、生物型人工肝

生物型人工肝支持系統(tǒng)主要由種子細胞、生物反應裝置及輔助管道裝置組成，其基本原理是將培養(yǎng)的肝細胞置于體外生物反應器中，當患者的血液流經(jīng)該生物反應器時，與體外培養(yǎng)的肝細胞通過半透膜或直接接觸進行物質(zhì)交換，從而替代肝臟部分功能。 目前在研究的生物型人工肝支持系統(tǒng)主要有HepatAssist 系統(tǒng)、模塊化體外肝支持系統(tǒng)(MELS)、體外肝輔助設備系統(tǒng) (ELAD) 和學術醫(yī)學中心生物人工肝系統(tǒng)(AMC-BAL)等，但目前仍沒有被FDA 批準上市的用于臨床的生物型人工肝支持系統(tǒng)。 國內(nèi)外雖然展開了多期臨床試驗，但受限于種子細胞及生物反應裝置兩大核心組成部分，都沒有達到預期的試驗效果，主要種子細胞包括原代培養(yǎng)的人肝細胞或者豬肝細胞及各種腫瘤干細胞系、肝干細胞等，其中原代培養(yǎng)的人肝細胞來源較少，各種腫瘤干細胞系具有致瘤性，因此原代培養(yǎng)的豬肝細胞由于來源廣泛、成本低廉等應用相對較多，但是豬體內(nèi)的內(nèi)源性反轉(zhuǎn)錄病毒(PERV)在體外培養(yǎng)時有可能感染人體細胞， 故研究者們通過敲除豬的PERV 基因進而使其不再表達或低表達。 目前生物反應裝置類型主要有中空纖維管式、流化床式及微囊懸浮式等，其中較常用的是中空纖維生物反應器，但該型反應器由于細胞容易聚集易堵塞中空纖維空隙，不利于物質(zhì)交換[2-3]。 大部分生物反應器采用阻隔模式， 即血細胞不與種子細胞直接接觸，避免了免疫應答的發(fā)生，但導致物質(zhì)交換效果差。 此外，肝細胞的活力和代謝活性的長期維持也是重要問題，隨著生物反應工程的發(fā)展，溫度調(diào)控、微流控等多種新技術應用于生物反應器的設計中以提高肝細胞的活性，故生物型人工肝支持系統(tǒng)雖仍在探索階段，但具有很強的應用前景。

二、非生物型人工肝常用模式

非生物型人工肝治療模式有多種，包括血漿灌流、特異性膽紅素吸附、 血漿置換 (PE)、 雙重血漿分子吸附系統(tǒng)(DPMAS)、血漿濾過、血漿透析及上述模式間的組合等。

1.PE

PE 因具有設備簡單、操作方便、療效顯著、費用低廉、耗時最短等優(yōu)勢成為目前國內(nèi)人工肝治療的主流，其基本原理是將患者全血引出體外，分離成血漿和細胞成分，將血漿舍棄， 然后以同等速度將等量血漿代用品回輸送進患者體內(nèi)，從而達到減輕肝臟病理損害、清除血液中致病物質(zhì)的目的[4]。PE 一方面可以清除肝衰竭患者血漿內(nèi)毒素和膽紅素等大分子毒性物質(zhì)，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定；另一方面可補充凝血因子等肝衰竭所缺乏的物質(zhì)[5-7]。但是PE 也有不足之處，一般根據(jù)患者的病情與體重，每次所需置換血漿量為2 000~3 000 mL [血漿置換量=患者體重(kg)×70 mL×(1-血細胞比容)×0.91][8]，以PE為代表的人工肝技術面臨嚴峻的血漿供給不足問題。 孫潺等[9]研究發(fā)現(xiàn)，對肝衰竭患者進行PE 治療時應用羥乙基淀粉替代比例低于總置換量25%時對膽紅素的清除效果更顯著，但是由于羥乙基淀粉等血漿替代品無法補充凝血因子和白蛋白，大量應用后不排除增加出血等風險。 此外，輸入大量新鮮冰凍異體血漿引起患者過敏反應、中小分子量的毒素無法通過PE 直接清除等問題突出，因此僅通過PE 治療效果不甚理想。

在PE 基礎上，人們提出了高容量PE(HVP)。 美國血液分離指南 (2016 年版)[10]將HVP 的置換量定義為理想體重的15%，即8~12 L，且以1~2 L/h 的速率去除患者血漿，給予等量的新鮮冰凍血漿。 在一項前瞻性研究結(jié)果顯示，HVP 可以提高急性肝衰竭患者的無肝移植生存率[11]。

2. DPMAS

DPMAS 基本原理是將經(jīng)過血漿分離器分離出來的血漿先通過離子交換樹脂特異性吸附膽紅素和膽汁酸，再經(jīng)過中性大孔吸附樹脂廣譜特異性吸附炎癥因子等中大分子毒素，能有效去除膽紅素和細胞因子、炎性介質(zhì)、內(nèi)毒素和芳香族氨基酸等有毒代謝物[5]。 多項研究表明，DPMAS 可改善肝衰竭患者的臨床癥狀，且無明顯不良反應，是一種安全有效的人工肝治療方法[12-14]。由于DPMAS 在治療過程中無需新鮮冰凍血漿，可以解決PE 治療存在的血漿資源不足、過敏以及血液傳播疾病等問題[15]。 然而，Wan 等[16]研究表明，PE 在清除血清總膽紅素及C 反應蛋白方面效果優(yōu)于 DPMAS。 此外，DPMAS 不能提供凝血因子和人血白蛋白等有益的物質(zhì)，吸附蛋白和毒素之間的高親和力會增加DPMAS 中人血白蛋白的消耗[17]。

3.血漿透析濾過(PDF)

PDF 是在一個血漿分離器內(nèi)同時進行血漿的置換、透析和濾過[18]，其在亞洲地區(qū)尤其是日本應用較多。PDF 兼顧了血液濾過清除部分中分子及大分子物質(zhì)，及血液透析清除小分子物質(zhì)的特點，且透析過程中可設定脫水量，較PE 而言，更能維持水、電解質(zhì)平衡及血流動力學穩(wěn)定。 此外，PDF 在血漿分離器中使用的是高選擇性、高度生物相容性Evacure 膜，不僅能清除肌酐和尿素氮等水溶性毒素和膽紅素等蛋白結(jié)合毒素，還能選擇性清除與肝衰竭發(fā)生發(fā)展相關的炎癥細胞因子[19]。 早在 2002 年，Mori 等[18]就已將 PDF 應用于 1 例藥物性肝衰竭患者接受11 次PDF 后， 患者總膽紅素下降率為24.4%，凝血酶原時間下降率為19.5%，故PDF 可維持急性肝功能不全患者的生命。劉春濤等[20]通過一項回顧性研究發(fā)現(xiàn)，PDF 在清除生化指標方面與經(jīng)典PE 無明顯差別， 但在清除炎癥因子方面要優(yōu)于PE，可能與濾器的選擇及治療速度、時間有關，在患者無肝移植生存率及不良反應發(fā)生率方面同樣優(yōu)于PE。 邢漢前等[19]同樣發(fā)現(xiàn)PDF 在總膽紅素下降率及反彈率方面要優(yōu)于PE，故對于慢加急性肝衰竭患者，PDF 是一種很好的選擇。

在PDF 基礎上，人們設計出新的PDF 治療理念，即連續(xù)PDF (CPDF)。 相較于PDF，CPDF 更能維持血流動力學穩(wěn)定，Komura 等[21]選擇10 例急性肝衰竭患者進行了一項觀察性研究， 每位患者進行了CPDF 人工肝治療，9 例存活，1 例死于急性胰腺炎并發(fā)急性肝衰竭。 CPDF 治療改善了重癥急性肝衰竭患者的肝功能，對腎功能、肺功能和血液動力學功能都有益處。 但在這項研究中，沒有觀察到肝性腦病患者氨值的改變，故CPDF 治療是否能有效清除肝性腦病患者中的有毒物質(zhì)，還需要進一步研究。

除了肝衰竭，PDF 對肝衰竭合并膿毒癥也有一定療效。馮鈞帥等[22]對31 例肝衰竭合并膿毒癥患者研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PDF治療后有效率達 61.3%，不良反應發(fā)生率為8.2%， PDF 顯著改善肝衰竭合并膿毒癥患者的肝功能及凝血指標，同時能清除炎癥因子，改善肝衰竭患者的預后。

盡管PDF 有諸多優(yōu)勢，但仍有不足之處：一方面，因傳統(tǒng)PDF 治療時間長， 對于伴有多器官功能衰竭的肝衰竭患者，PDF 應用較為困難；另一方面，管路連接會增加感染風險，需熟練掌握相關操作技術，嚴格無菌操作。

4.血漿置換透析(PED)

PED 是一種將PE 與血液透析相結(jié)合的新型人工肝模式，其中PE 使用Evacure EC-2A 型血漿分離器進行，此血漿分離器的膜孔徑為0.01 mm，比傳統(tǒng)的血漿分離膜(0.2~0.4 mm)要小得多，這種膜對白蛋白的篩分系數(shù)為0.3，可以選擇性地去除小分子量的白蛋白結(jié)合物，而對纖維蛋白原的篩分系數(shù)為 0，可以使凝血因子得以保留[23]。 Nakae 等[23]選擇了 4 例急性肝衰竭患者進行了9 次PED，結(jié)果表明， PED 技術可以去除水溶性和白蛋白結(jié)合的小分子毒素，對肝性腦病的患者有一定幫助；治療前后總蛋白無顯著差異，對患有嚴重低蛋白血癥的肝病患者可以考慮 PED。 此外，Satoh 等[24]對 13 例連續(xù)使用PED 的患者進行回顧性分析，顯示連續(xù)PED 后，血小板計數(shù)顯著增加，總蛋白、白蛋白、纖維蛋白原或鈣沒有顯著降低，表明治療有效，且不良反應較少，認為PED 可用于血小板低下的肝病患者。

PED 用于抗中性粒細胞胞漿抗體血管炎、血栓性微血管病、急性抗體介導的腎移植排斥反應已被大量數(shù)據(jù)證實是安全有效的[25-26]，但國內(nèi)外鮮有將PED 用于肝衰竭的報道，需要今后進一步研究證實。

5.分子吸附再循環(huán)系統(tǒng)(MARS)

MARS 將白蛋白作為一種清除分子，屬于體外白蛋白透析(CEAD)系統(tǒng)的一種，是歐洲常用的非生物型人工肝支持系統(tǒng)[27]，其基本原理是通過由白蛋白嵌入的高通量特殊膜及帶有活性炭或者離子交換樹脂的吸附柱進行透析及吸附，膜上白蛋白與血漿白蛋白競爭結(jié)合親脂性毒素，毒素被此膜吸附到膜的另一側(cè)，然后依濃度梯度與白蛋白透析液中的白蛋白結(jié)合而被轉(zhuǎn)運。 白蛋白透析液經(jīng)過帶有活性炭和離子交換樹脂的吸附柱，從而清除水溶性毒素與蛋白結(jié)合毒素。 一項個案報道發(fā)現(xiàn)MARS 可以改善肝移植術后的孤立性高氨血癥，可能是通過降低與白蛋白結(jié)合毒素相關的血漿肝毒性，改善獲得性肝谷氨酰胺合成酶缺乏的內(nèi)部環(huán)境[28]。張慶等[29]通過回顧性分析表明，MARS 可以降低肝衰竭合并甲亢患者血液中的高水平 FT3 和 FT4， 同時肝功能也得到了一定程度的改善，從而降低了肝衰竭合并甲亢患者的病死率。 Falkensteiner等[30]回顧性分析了MARS 和先進器官支持(ADVOS)對危重肝衰竭患者生化和臨床指標的影響，結(jié)果表明，二者在清除膽紅素方面無明顯差異，但ADVOS 的波動偏差很大，治療時間較長。

三、非生物型人工肝新型組合模式

不同人工肝單一模式各有優(yōu)缺點，故利用其各自優(yōu)勢取長補短的組合型治療模式已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點和發(fā)展趨勢。

1. DPMAS+PE

由于PE 受異體血漿的過敏反應、 血液傳播疾病及治療后膽紅素“易反彈”的限制，以及DPMAS 療效的相對不足，將二者進行結(jié)合，即DPMAS+PE。Yao 等[31]對131 例慢加急性乙肝肝衰竭(HBV-ACLF)患者進行回顧性分析，結(jié)果表明與單純PE 相比，DPMAS+PE 能更有效地改善ACLF 患者的暫時性TBil，提高中晚期HBV-ACLF 患者的28 d 生存率。 吳蓓等[32]對華西醫(yī)院167 例HBV-ACLF 患者進行了回顧性分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)DPMAS 聯(lián)合PE 在控制炎癥、 改善肝功能、 提高早期HBV-ACLF 患者的生存率方面要優(yōu)于血漿膽紅素吸附（PBA）聯(lián)合PE。 目前關于 PE 聯(lián)合 DPMAS 的多數(shù)研究結(jié)果均表明， 選擇減少血漿量的PE 聯(lián)合 DPMAS 的人工肝治療模式可在緩解血漿資源短缺的基礎上改善DPMAS 所致凝血物質(zhì)消耗等問題，效果加倍，不良反應減少，對 ACLF 患者均有較好的治療效果[33-35]，但是關于先做置換或是先做吸附是否影響患者凝血功能的改善，聯(lián)合治療較單一模式治療時間延長是否增加患者耐受能力及不良反應發(fā)生率等也需要今后進一步研究。

2. 血漿灌流(PP)+PE

PP 是傳統(tǒng)的人工肝模式，其基本原理是將血漿引入裝有吸附劑的灌流器中，利用吸附劑的孔隙將血漿中的中小分子物質(zhì)進行吸附及清除，PP 不足之處在于選擇性低，可以將血漿內(nèi)的凝血物質(zhì)一并清除， 而PE 在清除肝衰竭患者血漿內(nèi)毒素、 膽紅素等大分子毒性物質(zhì)的同時保留了凝血因子，故二者聯(lián)合可以取長補短，優(yōu)勢互補。Yang 等[36]聯(lián)合應用PP 和PE 治療肝衰竭， 結(jié)果表明PP 聯(lián)合PE 可以顯著逆轉(zhuǎn)器官衰竭，減少并發(fā)癥的發(fā)生，從而提高肝衰竭患者的生存率。 此外，對于急性脂肪肝的妊娠患者(AFLP)盡早使用PP+PE 可以逆轉(zhuǎn)AFLP 的進展[37]。多項研究表明，PP+PE 可以幫助肝衰竭患者改善預后[38-39]。

四、混合型人工肝

有研究發(fā)現(xiàn)，生物型人工肝雖可解毒，但肝衰竭患者體內(nèi)積累的大量代謝產(chǎn)物及毒性物質(zhì)難以在有限的交換中由培養(yǎng)肝細胞解毒，故有學者考慮可以先行非生物型人工肝進行肝臟解毒，即混合型人工肝。 近年來，李蘭娟[40]創(chuàng)立了新型混合型人工肝模式，包含6 種非生物型人工肝模式，并可與生物型人工肝模式結(jié)合，但目前尚未應用于臨床。此外，Weng等[41]通過聯(lián)合非生物(灌流和吸附)和生物(循環(huán)灌注式接觸式生物反應器)人工肝，構(gòu)建了新型混合型人工肝支持系統(tǒng)，以與人的生理代謝和血流動力等指標較為相近的西藏小型豬作為模型動物，論證了該混合型人工肝支持系統(tǒng)的安全性及有效性，展現(xiàn)了混合型人工肝支持系統(tǒng)良好的應用前景。

五、結(jié)語與展望

綜上所述， 由于生物材料存在肝細胞的提取及培育、保存及運輸、代謝活動的長期維持及免疫危害等問題，人造材料涉及生物相容性、有毒物質(zhì)的選擇性膜透性等問題，各種類型人工肝模式均有一定的優(yōu)勢與不足之處，需要根據(jù)病情進行選擇。 近幾年研究表明，非生物型人工肝系統(tǒng)雖然有一定療效，但肝衰竭病死率仍未明顯下降。 隨著肝細胞分離、高密度培養(yǎng)及生物反應器等生物工程技術的不斷發(fā)展，生物型人工肝及混合型人工肝可能成為人工肝支持系統(tǒng)的主流，在以非生物型人工肝系統(tǒng)ALSS 為主的今天， 要實現(xiàn)肝衰竭的有效治療仍需付出很大的努力。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突