體外肺灌注系統(tǒng)的研究進(jìn)展

盧艷，劉峰，林祥華，衛(wèi)棟，鐘嘉偉，林裕鋒，陳靜瑜（. 廣東順德工業(yè)設(shè)計研究院（廣東順德創(chuàng)新設(shè)計研究院），廣東 佛山 583，.南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫市人民醫(yī)院胸外科暨肺移植中心，江蘇 無錫 403）

肺移植（lung transplantation，LTx）作為終末期肺疾病的唯一有效治療手段，在世界范圍內(nèi)肺移植手術(shù)數(shù)量持續(xù)不斷增加，但這種增加受限于供體肺的短缺和供體肺的質(zhì)量［1］。目前，只有15% ～ 20%供體肺可用于移植［2］；因為腦損傷和機械通氣會導(dǎo)致肺損傷使得大部分供肺是不適合的。盡管肺保存，手術(shù)技術(shù)，免疫抑制和移植后的管理都顯著改善，使得肺移植的早期結(jié)果有所改善，但肺移植后的中位生存期僅為6 年［3］。肺移植過程供體肺缺血/再 灌 注 損 傷（ischemia reperfusion injury，IRI）引起的原發(fā)性移植物功能障礙（primary graft dysfunction，PGD），是肺移植術(shù)后早期死亡的主要原因，其特征是缺氧和與移植肺損傷相關(guān)的肺通氣受損。Cypel 等［4-5］研究臨床肺移植 EVLP，通過EVLP 方案對供體肺功能進(jìn)行改進(jìn)評估，成功移植20 例高危供肺，移植72 h后 PGD 2、3 級發(fā)生率為15%，低于對照組的30%。因此，EVLP 提供一個獨特的平臺，在肺移植前修復(fù)受損傷的供體肺，既提高了受損供體肺的利用率，也提高了肺移植術(shù)后的預(yù)后［6］。

1 EVLP 基本原理

臨床上肺臟保存通常采用靜態(tài)冷保存方法。低溫可以減少細(xì)胞氧合、營養(yǎng)需求和細(xì)胞代謝，減緩細(xì)胞死亡過程并維持細(xì)胞活力。然而，體溫過低也會降低供體肺的功能。

相比之下，常溫EVLP 可以維持器官的正常代謝狀態(tài)，避免細(xì)胞損傷，并且維持細(xì)胞內(nèi)外電解質(zhì)梯度，避免肺臟水腫，與此同時能夠避免缺血導(dǎo)致的細(xì)胞代謝產(chǎn)物堆積，修復(fù)肺臟損傷［7］。這是一個前瞻性很強的臨床研究，EVLP 為肺保存和更詳細(xì)的供體肺評估以及治療提供一個很好的平臺［8］。EVLP 使用具有膠體滲透壓的細(xì)胞外緩沖液（steen液）與紅細(xì)胞一起作為肺灌注液［9］。然而，由于肺血管阻力增加和氣道壓力增加導(dǎo)致循環(huán)性肺損傷，Steen 的EVLP 保存技術(shù)無法超過120 min 保存時間。加拿大多倫多小組通過改良EVLP 技術(shù)，采用目前稱為多倫多EVLP 方法的最佳肺保護(hù)技術(shù)，EVLP 治療的供體肺可以保持功能性生理狀態(tài)長達(dá)12 h［7］。多倫多EVLP 技術(shù)使用保護(hù)性流量以防止機械阻力，保護(hù)性機械通氣以避免循環(huán)中引起肺損傷以及灌注液的保護(hù)性成分來達(dá)到細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。因此，EVLP 技術(shù)提供了一個可以評估和適用于常溫狀態(tài)的治療平臺［10］。

2 EVLP 期間的治療

肺容易受到腦死亡、挫傷、誤吸、呼吸機引起的肺損傷、感染、水腫和肺不張等不同機制的損傷［11］。EVLP 已被證明是修復(fù)這些問題的一個很好平臺［7］。EVLP 灌注3 ～4 h 可以評估肺部和肺部水腫。肺治療或肺修復(fù)，則需要更長EVLP灌注時間［12］。2.1 肺水腫：肺水腫是供體肺被拒絕的最常見原因之一［11］。灌注液較高的膠體滲透壓，本身就有一定的減輕肺水腫的作用。研究表明，在EVLP 過程中，在氣管內(nèi)應(yīng)用腎上腺素可以通過激活肺泡上皮細(xì)胞膜表面鈉通道的活性，使肺泡內(nèi)液體的清除率比對照組高84%［13］。2007 年，F(xiàn)ranck 等［14］證明EVLP評估肺部基底肺泡液清除率為每小時19%±10%。氣道滴注特布他林（β2-腎上腺素受體激動劑）后，肺泡液清除率可增加到每小時43%±13%（P ＜0.001）。較高的肺泡液清除率與顯著減少的肺重量增加（肺水腫；皮爾遜系數(shù)-0.90，P ＜0.0001）相關(guān)［14］。

2.2 肺部感染：在腦死亡供體（DBD）或者心臟死亡供體（DCD）中，呼吸機相關(guān)性肺炎（ventilator associated pneumonia，VAP）是ICU 中最常見的醫(yī)院感染［11］。VAP 影響ICU 中28%的插管患者［15］。根據(jù)已發(fā)表的數(shù)據(jù)，46% ～ 89%的供體肺支氣管肺泡灌洗（BAL）細(xì)菌培養(yǎng)呈陽性［16］。肺部感染是移植術(shù)后早期導(dǎo)致死亡的最主要原因［17-18］，感染控制成功與否也是整個肺移植手術(shù)的關(guān)鍵所在。Nakajima等［19］的研究表明，相比于對照組，EVLP 是治療感染肺的理想平臺，在灌注液中加入廣譜抗菌藥物的灌注方法，極大改善了肺氧合情況，提高了肺的順應(yīng)性，減輕肺血管阻力，并且灌注液中內(nèi)毒素含量顯著減少。此種高濃度抗菌治療方法避免了抗菌藥物對其他器官的損傷。

2.3 胃內(nèi)容物誤吸：在未符合移植條件的供體肺中，有14%是由于胃內(nèi)容物吸入造成的［20］。一方面胃內(nèi)容物中的胃酸和胃蛋白酶對肺組織造成化學(xué)損傷，另一方面胃內(nèi)容物中的食物顆粒造成氣道阻塞。根據(jù)吸入物質(zhì)的種類和類型以及吸入的頻率，一些肺部綜合征可能發(fā)生在吸入后［21］。吸入胃內(nèi)容物引起的吸入性肺炎可導(dǎo)致表面活性劑功能障礙［21］。

2014 年，Khalife-Hocquemiller 和 來 自 巴 黎 的Marie Lannelongue 小組研究了（EVLP）表面活性劑修復(fù)對胃吸入繼發(fā)肺損傷的影響［22］。將豬隨機分3 組：胃酸誘導(dǎo)的損傷+ 4 h EVLP，胃酸誘導(dǎo)的損傷+EVLP 前表面活性劑灌洗，單獨注射生理鹽水或通過EVLP 注射生理鹽水。在EVLP 前使用表面活性劑的豬改善了功能參數(shù)（PaO2，肺血管阻力和凋亡細(xì)胞百分比），部分改善了組織學(xué)嚴(yán)重程度評分［22］。

2015 年，Nakajima 等［23］在胃誤吸肺損傷豬實驗中表明，EVLP 期間肺灌洗后經(jīng)支氣管注入外源性表面活性劑可改善移植后肺功能。用胃酸誘導(dǎo)肺損傷（pH ＝3.0）后，將豬通氣6 h，取出供體肺。10 h 冷缺血后，將肺隨機分成4 組（每組n ＝5）：① 未經(jīng)處理（對照）；② 肺灌洗（lung lavage，LL）；③ 表面活性劑給藥（surfactant administration，SF）；④ 肺灌洗后給表面活性劑（surfactant administration following lung lavage，SL）后的表面活性劑給藥。肺進(jìn)行EVLP 6 h，術(shù)后2 h 再次冷缺血，各組均移植左肺并重新灌注4 h。單純使用表面活性劑可明顯改善EVLP 患者的肺功能，但不足以減少炎癥活性。肺灌洗后經(jīng)支氣管注入外源性表面活性劑，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體肺的常見表現(xiàn)［24］。器官捐獻(xiàn)者是靜脈血栓的的高危人群。肺栓塞的發(fā)現(xiàn)與原發(fā)性移植物衰竭和肺移植后受者預(yù)后較差有關(guān)［25］。

EVLP 平臺上對供體肺肺栓塞進(jìn)行治療，包括肺栓子切除術(shù)和溶栓治療［26］。Andrea 等［27］發(fā)表了第一例體外溶栓治療后臨床移植成功的病例報告。供體有臨床病史、血流動力學(xué)與常規(guī)的急性PE檢查結(jié)果一致。在EVLP 期間用阿替普酶進(jìn)行溶栓治療，肺被成功移植［28］。Inci 等［29］研究發(fā)現(xiàn)，在EVLP 灌注液中添加尿激酶可以通過降低肺血管阻力、提高肺氧合作用來改善肺功能。近年來，Inci等［30］將此研究應(yīng)用于臨床，使EVLP 作為溶栓藥載體，在修復(fù)1 例邊緣供肺后成功實施雙肺移植。

2.5 基因治療：在肺移植術(shù)后早期（前72 h），PGD是發(fā)病率和病死率一個重要的危險因素［2］。嚴(yán)重的PGD 可影響多達(dá)25%的肺移植［31］。供體肺獲取前后對肺部的理化刺激會導(dǎo)致肺損傷相關(guān)的炎癥反應(yīng)， 進(jìn)而加劇移植后再灌注損傷，但導(dǎo)致PGD 的具體病理生理機制尚不清楚［11］。

臨床和實驗研究表明，肺再灌注誘導(dǎo)細(xì)胞因子的快速釋放。在冷缺血/再灌注后，促炎和抗炎細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）、白細(xì)胞介素-8（interleukin-8，IL-8）、IL-10、IL-12和IL-18，可在肺組織中檢測到［32］。

一種潛在的IL-10 基因療法治療供體肺損傷，以減少炎癥損傷。它主要通過滅活中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞來發(fā)揮抗炎作用，從而導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子分泌的下調(diào)［33］。IL-10 基因可以通過減少移植后細(xì)胞死亡來改善肺功能障礙［34］。

臨床前研究證明，EVLP 是基因治療用于肺疾病理想平臺。Cypel 等［8］研究中指出，臨床拒絕接受移植的10 例腦死亡供體肺按多倫多技術(shù)，EVLP灌注12 h。結(jié)果表明，經(jīng)血管內(nèi)注射AdhIL-10 后，肺功能明顯改善，腦死亡相關(guān)的炎性細(xì)胞因子基因表達(dá)改變?yōu)榭寡鬃V，肺泡-血屏障恢復(fù)完整性［8］。

Yeung 等［35］比較了離體與體內(nèi)通過氣管遞送編碼IL-10 或綠色熒光蛋白的腺病毒載體給豬肺供體。在EVLP 中灌注12 h， IL-10 組肺功能保持穩(wěn)定，對照組或接受綠色熒光蛋白的肺功能下降［35］。

2.6 間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的治療：間充質(zhì)干細(xì)胞是多能基質(zhì)細(xì)胞，可分化成成骨細(xì)胞，軟骨細(xì)胞，肌細(xì)胞，成纖維細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等。轉(zhuǎn)移到炎癥部位后，MSCs 通過細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的相互作用或通過產(chǎn)生可溶性因子來調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用。

在肺部疾病中已有幾種模型用于研究MSCs，表現(xiàn)出肺炎癥減少，細(xì)胞凋亡減少，肺損傷減少［36］。MSC 通過全身（靜脈內(nèi)）或局部（氣管內(nèi)）輸送實現(xiàn)對肺的治療。加利福尼亞大學(xué)舊金山分校發(fā)表了一些在EVLP 系統(tǒng)中使用被拒絕的人肺進(jìn)行MSCs治療的研究［36-37］；他們通過維持肺泡上皮屏障完整性和恢復(fù)肺泡液清除來減少水腫，還表現(xiàn)出炎癥抑制和上皮特異性生長因子的產(chǎn)生［37-38］。Andrea 等［27］通過豬模型將MSCs 運送到EVLP 供體肺的最佳路徑和劑量［39］。與氣道輸送相比，MSCs 通過血管內(nèi)輸送最有效。他們還發(fā)現(xiàn)肺組織內(nèi)皮生長因子水平增加，而經(jīng)MSCs 治療的肺中IL-8 水平（以EVLP灌注法測定）下降［27，39］。

3 結(jié) 論

EVLP 作為一種新穎且非常具有創(chuàng)新的技術(shù)，可以在移植前評估高危供體肺以增加供體池。加拿大多倫多總醫(yī)院報道了EVLP 供肺移植后的長期隨訪結(jié)果，移植物存活率、受體生存率、慢性移植物功能障礙發(fā)生率，與常規(guī)移植對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義，證明 EVLP 具有良好的療效和安全性［40］。EVLP 是治療和修復(fù)不同肺損傷的理想平臺。特異性靶向治療可通過支氣管或灌注液直接給予肺相關(guān)治療，避免任何全身性副作用。因此，EVLP 可以修復(fù)和治療供體肺，這有望轉(zhuǎn)化為增加供體肺利用率提高和改善移植后預(yù)后結(jié)果［11］。

（收稿日期：2020-09-01）