人工肝支持系统及其治疗重型肝炎 的研究现状

药罐

中华传染病杂志1999年第17卷第4期



人工肝支持系统及其治疗重型肝炎 的研究现状



王英杰　李梦东



    关键词：人工肝支持系统　重型肝炎　肝细胞培养



　　早在50年代，人们就试图用人工肝脏来替代严重肝病患者衰竭的肝功能，但受技术条件及方法的限制，加上肝脏功能十分复杂，早期解毒为主的人工肝装置及方法难以有效地代偿肝功能、提高成活率。以后经过数十年不懈的努力，特别是随着以培养肝细胞为材料的新型生物人工肝的日臻成熟，人工肝支持系统(ALSS)终于有望成为肝衰竭理想的辅助支持治疗手段［1］，为患者等待肝移植或通过肝再生而自然恢复争取时间、创造条件，同时也有可能为重型肝炎救治这一临床难题的解决开辟新的途径。

　　现就常用ALSS及其治疗重型肝炎的研究现状作一简要介绍。

　　一、物理型人工肝

　　早期以解毒功能为主的ALSS大多属物理型，如血液灌流、血液透析／滤过等。

　　用树脂、活性炭等材料进行血液灌流，可有效吸附肝衰竭患者血液中的毒性物质，是早期人工肝支持的常用方法。但由于这些吸附材料与血液生物相容性较差，临床应用副反应大。晚近采用活性炭微囊化技术、改用血浆灌流等，避免了活性炭与血细胞直接接触，从而减少了不良反应。但由于吸附材料本身选择性较差，在去除患者体内毒性物质的同时，也吸附了一些机体有用的物质，故虽可显著改善重型肝炎等肝衰竭患者的肝性脑病，但病死率并未明显下降［2］。目前主要利用其解毒尤其是吸附胆红素的作用与其它人工肝联合使用或用于治疗病情较轻的重型肝炎。

　　国外最近推出一种新型吸附剂型血液治疗系统(Biologic-DT)，采用精制粉末炭、阳离子交换剂、大分子溶剂等组成混合悬液状吸附剂，具有较强的毒物吸附作用，能有效地治疗药物中毒引起的肝功能衰竭［3］。据悉，国内有单位引进该系统治疗个例重型肝炎有一定的疗效。

　　使用目前通用的聚丙烯腈膜进行血液透析，能有效地去除尿素、肌苷及无机磷酸盐等小分子物质，但对中、大分子物质清除率较低，故仅用于肝衰竭同时伴肾功能衰竭的治疗。新近采用新型膜材料三醋酸纤维膜(CTA)及聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)膜制成空心纤维血液透析滤过器，其效率为聚丙烯腈膜的3倍，能使暴发性肝炎患者意识恢复率达到90％，半数以上病例存活［4］。

　　二、中间型人工肝

　　该型人工肝是介于物理与生物型之间的一类中间型装置，包括血浆置换、交换输血及整体洗涤等，其中以血浆置换最为常用。该疗法可去除与血浆蛋白结合的大分子物质(如内毒素)及中、小分子物质，并补充蛋白、调理素及凝血因子等多种生物活性物质。90年代初Sugihara等［5］曾报道，血浆置换法治疗15例急性肝衰竭9例成活，成活率达60％。但以后日本学者报道血浆置换治疗百余例重症肝炎的成活率仅有21％～24％，提示单独应用疗效并不十分理想。随后国外又有人将血浆置换疗法与新型膜材料透析滤过相结合，使10例重症肝炎全部存活。表明血浆置换与物理型人工肝方法的优化组合可显示出更好的效果。

　　1992年天津市传染病医院采用血浆置换及血液滤过治疗9例急性、亚急性重型肝炎，6例获得成功(成活率66.7％)。最近浙江医科大学采用血浆置换或联合活性炭吸附等治疗重型肝炎取得令人鼓舞的结果，使急性、亚急性重型肝炎的治愈率进一步提高到71.4％(对照组仅为20.0％)，慢性重型肝炎的治愈率较对照组(5.6％)提高近40个百分点［6，7］。引起国内肝病界的极大关注。

　　血浆置换是较为成熟的肝脏替代疗法，但需消耗大量新鲜冷冻血浆，易发生人类免疫缺陷病毒(HIV)和肝炎病毒的经血传播，少数患者可出现过敏反应，置换过程中同时去除了患者机体内有益的物质。

　　三、生物型人工肝

　　生物型人工肝是80年代后期出现的新型ALSS，是将肝细胞悬液、培养肝细胞等与生物合成材料相结合组装成某种形式的ALSS，它不仅具有肝特异性的解毒功能，而且具有更高的效能，如参与三大物质代谢、具有生物转化功能、可清除毒性物质、能分泌具有促进肝细胞生长活性的物质等［8］。

　　目前，早期的生物人工肝装置如交叉循环、肝灌流等，由于疗效不肯定、副反应大、操作复杂等原因，已被逐渐放弃。以培养肝细胞为基础的体外生物型人工肝支持系统(BLSS)成为目前研究的重点。该系统是将培养肝细胞置于体外循环装置，即生物反应器中，患者血液／血浆流过生物反应器时，通过半透膜或直接接触与培养肝细胞间进行物质交换，从而起到理想的人工肝支持作用［9］。

　　肝细胞是生物型人工肝的核心部分，目前国外使用最多的是猪肝细胞［10］，动物实验及个例临床研究均未见明显的副反应，其原因可能系暴发性肝衰竭患者免疫功能低下，不易引起明显的免疫反应。由于存在着种属差异，加上有时暴发性肝衰竭患者血清对培养肝细胞的毒性作用可使其很快失去活性，使用动物肝细胞的支持作用并不令人十分满意，因此建议在临床研究及应用中最好使用同种肝细胞。成人肝在国外仅用作肝移植的供体，由手术过程获得的人肝细胞虽经分离培养证实可以用于生物型人工肝，但其数量及质量显然有限。

　　无论是动物还是人肝细胞培养时均存在生长条件要求严格、存活时间及产量有限、难以传代等缺点，而一些肝肿瘤细胞株恰可弥补上述不足，且来源广泛，培养后能迅速达到人工肝支持所需的数量标准，并且具有正常肝细胞的某些功能。如HepG2细胞株不仅可替代肝细跑的代谢解毒功能，而且有在患者血浆中存活并生长的特性，被认为是较理想的肝细胞替代物。C3A细胞株具有良好的肝细胞特异功能，如分泌白蛋白，参与尿素、糖原合成等。将其用于4例伴Ⅲ～Ⅳ度肝性脑病的暴发性肝衰竭患者的人工肝支持，结果患者脑病症状得到改善，其中，1例存活［11］。但由于肿瘤来源肝细胞株的特异性功能常与肝组织不同，有的肝细胞株系病毒感染转化而成，有的则可使实验动物发生癌变。故一般不主张将肝细胞瘤细胞株用于生物人工肝，据悉美国已限制使用C3A细胞株。

　　新分离的肝细胞在悬液中由于缺乏立体支架而难以维持其活性及功能，临床试用仅能短时间改变肝功能不全患者的肝脏功能。单层培养肝细胞在细胞的生物活性、增殖能力方面均明显优于肝细胞悬液，直接培养于肝衰竭患者的血浆中，可使患者血浆中的氨基酸紊乱得到纠正。但缺点是单位面积细胞数较少，且不便随意取出。采用微载体培养肝细胞，不仅能明显增加培养肝细胞的数量，而且能通过提供立体支撑作用维持肝细胞良好的形态特征，保持蛋白合成和胆红素代谢功能1个月以上［12］。在肝细胞分离后采用抑制肝细胞单层贴壁方法，可促进其相互聚集成多细胞球形体，该培养系统中肝细胞立体排列，能较好地维持形态并产生相互作用。球形聚集肝细胞与微载体肝细胞均有很高的组织化程度，有明显的分化增殖能力，能长期(50天)维持正常的生物学功能，尤其具有取用方便的优点，因此是生物人工肝系统理想的细胞培养方法［13］。

　　除此之外，近年来空心纤维培养技术也被应用于肝细胞培养系统，即在数百根中空纤维的外侧空间播种肝细胞，中空纤维内灌流培养液，通过多孔质的中空纤维补充营养及氧分，以维持肝细胞生存。该方法同样实现了肝细胞高密度、长期高活性培养，且实用性更强［14］。尽管经过近十年的努力，肝细胞分离、高密度培养以及生物反应器等BLSS的关键技术已得到初步的解决，临床应用救治数例暴发性肝衰竭患者取得了成功，但迄今尚无单独应用治疗重型肝炎的研究报道。最近，我们用培养人肝细胞、中空纤维反应器等构建了BLSS，体外探索其治疗重型肝炎的可能性时发现，该系统具有补充蛋白、降低黄疸和改善氨基酸紊乱等功能，提示临床应用能够起到代偿患者肝功能的作用。

　　四、混合型生物人工肝

　　生物人工肝问世不久，很快发现它虽能较好地替代肝脏的解毒与生物合成功能，但肝衰竭患者体内积累的大量代谢产物及毒性物质难以在有限的交换中由培养肝细胞解毒，反过来还可能对培养肝细胞的存活及生物学功能产生不利影响，将早期偏重于解毒作用的人工肝支持方法与之相结合，组成混合型(或杂交型)生物人工肝，可使人工肝的生物合成转化功能及解毒作用更加完善［15］。迄今，已有将血液透析滤过、血浆交换、活性炭吸附等方法与生物型人工肝相结合的研究报道。其中，由血浆分离器、活性炭、肝细胞生物反应器等组成的混合型BLSS，设计较为合理，效果也更为理想。

　　Demetriou等［16］用混合型生物人工肝对10例严重肝衰竭患者进行人工肝支持治疗，结果7例患者顺利等到了肝移植，1例完全恢复，并于6个月后实施了选择性肝移植，存活率达到80％。另2例患者虽因并发败血症、多器官衰竭和可卡因试验阳性未能实行肝移植手术而死亡，但其存活时间也分别延长了3和4周。Watanabe等［17］对三组肝衰竭患者进行人工肝支持，结果显示：Ⅰ组等待紧急肝移植的暴发性肝衰竭患者18例，16例经支持治疗神经系统症状均好转，中心静脉压降低，脑灌注压增高，血氨下降，肝移植成功，另有1例自然恢复；Ⅱ组等待再次肝移植的暴发性肝衰竭患者3例取得类似的成功；Ⅲ组10例慢性肝功能衰竭患者经支持症状改善，但8例因并发多器官衰竭和败血症，未能进行肝移植而死亡，另2例恢复并择期实施了肝移植。

　　如上所述，人工肝的研究已经取得了重大进展，新一代混合型BLSS已成为人工肝的发展方向，其作为肝移植可靠的过渡支持手段也被愈来愈多的临床资料所证明。能否逐渐替代肝移植，使肝衰竭患者自然恢复是人们关注的焦点。从理论上讲，只要能进一步解决肝细胞的来源数量、培养细胞的活性保存以及生物反应器强化设计等问题，BLSS就有可能为肝衰竭患者的肝再生提供最大的希望［18］。

　　现阶段我国人工肝研究大多仍处在中间型ALSS的研究阶段，新型生物人工肝的研究才刚刚起步。由于欧美国家临床资料中的暴发性肝衰竭与我国重型肝炎在病因上有较大差别，故生物人工肝能否成为重型肝炎可靠的支持治疗手段成为我们关注的重要问题，所幸我们的课题已被列入围家“九五”攻关计划，相关的实验研究取得了较大进展，临床试用