全世界约有近1000万人需要肾脏替代疗法(KRT)，4实际数字可能远远大于这个数字，因为许多国家没有国家终末期肾病(ESKD)登记处

对这些患者进行肾脏替代治疗的最佳方法是肾移植。移植不仅延长了生命，且提高了生活质量

移植早在公元前2000-3000年的印度神话就有记载，具有象头的Ganesha神就是由Lord Shiva进行头颈部移植手术的结果

 1954年在同卵双胞胎之间进行了第一例成功的肾移植。随着有效的免疫抑制剂的出现，医生能够打破免疫屏障，甚至在完全不相关的供体和受体之间进行移植也已成为可能

 尽管移植医学已经有了很大的进展，然而根据USRDS数据，仍有40%的移植候补患者在等待肾脏时死亡????

如果可以使用异种肾肾脏，就可以提供大量肾源

 近期UAB发表了一篇关于基因工程猪肾脏早期异种移植的病例报告，是异种移植领域发展的一大步

01

异种移植史

 非人类灵长类(NHP)

    ✔1963年，Reemtsma等学者将黑猩猩肾脏移植给ESKD患者，但大多数患者在8周内出现排斥或感染，100%死亡

    ✔ 随后使用猴子和狒狒的肾脏也不太成功

 非灵长类

    ✔ 猪肾脏是比系统发育相似的NHP更可行的器官来源，包括大小/重量，在19世纪80年代开始尝试

    ✔ 然而当野猪的心脏或肾脏被移植到人类或NHP中时，会在几分钟内发生超急性排斥反应(HAR)，并在24小时内破坏移植物。这是由于抗体介导的排斥引起的补体激活。人类天然具有与猪血管内皮结合的预先形成的抗猪抗体，导致血栓形成、间质出血和水肿

图示野生型猪肾移植至狒狒,在移植和再灌注后立即(A)和10分钟后(B)发生超急性排斥时的宏观外观。(C)野生型猪心脏移植物超急性排斥反应的组织病理学。狒狒体内形成的抗猪抗体与猪肾血管内皮上表达的抗原结合，补体介导导致血管内血栓形成和间质出血

因此基因工程在异种移植中就显得尤为重要

02

猪基因工程

 19世纪90年代，多个研究小组独立提出了对供体猪肾脏进行基因改造

 最初的尝试是引入人补体调节蛋白以防止受体补体激活。这种尝试将移植物的存活时间延长了几个月

 在猪体内识别出人类排异的主要抗原(如α1,3 半乳糖或GAL)是异种移植的转折点

随着CRISPR技术的出现，敲除GAL抗原成为可能，可以克服超急性排斥反应和延长肾脏异种移植物的寿命

表示用于异种移植的猪基因工程的进化技术应用时间表

在世界范围内，目前至少可以编辑猪体内40种不同的基因，其中一些猪可以编辑其中的六种

表示目前可用于猪异种移植研究的部分转基因

03

首例临床级猪肾异种移植

图示异种肾移植时间表和事件摘要

① 移植前阶段

受体

    ✔ 一名57岁的白人男性(血型AB)，脑死亡继发于钝性头部外伤

    ✔ 在异种移植之前进行了双侧原生肾切除术，以便解释血清肌酐和其他肾功能参数

供体

    ✔ 选定的10-GE猪(编辑十个基因)????13个月大、350磅、雄性猪

        ▪ 插入

        ① 两个人类补体抑制基因

        ② 两个人类抗凝基因

        ③ 两个免疫调节基因

        ▪ 删除

        ① 两个猪碳水化合物抗原

        ② 两个生长激素受体基因

        ▪ 不表达红细胞抗原，是任何血型的通用供体

    ✔ 肾功能正常(BUN 19，肌酐1.3，在供肾前60天内评估)

    ✔ 猪内源性逆转录病毒C和其他病毒呈阴性

    ✔ 猪肾活组织检查：显示正常的肾脏组织学，类似于正常的人类肾脏组织学????

预期交叉配型：通过使用阳性和阴性对照的新型交叉匹配技术????

② 移植阶段

 为了模拟“现实世界”的条件，在异种移植前使用甲基强的松龙和抗胸腺细胞球蛋白进行免疫抑制诱导

 左右肾异种移植

   ✔ 右侧和左侧异种移植物的热缺血时间分别为28和29分钟；右侧和左侧异种移植物的冷缺血时间分别为4小时和5小时37 分钟

    ✔ 肾脏被移植到双侧髂窝，腹膜后位置

    ✔ 右输尿管与死者膀胱吻合，左输尿管穿过皮肤作为末端尿路造口术

异种移植灌注评估

    ✔ 异种移植物由四位不同的肾移植外科医生独立评估，双肾迅速再灌注，颜色和充盈良好

图示猪肾异种移植在人类脑死亡者中的再灌注。(A) 右肾的再灌注 (i) 血管吻合完成后，移除血管夹前，(ii) 移除血管夹后右肾，(iii) 移除夹子后5-10秒的右肾，(iv) 移除夹子后1分钟的右肾。(B) 左肾的再灌注

    ✔ 右肾在再灌注后23分钟内产生尿液。左肾的尿量则产生缓慢和稀少

植入后异种移植肾活检

    ✔ 左猪异种移植物在植入后进行活检，显示轻度至中度急性肾小管损伤，肾小球正常。没有内皮损伤、纤维蛋白血栓或IgG、IgM 或C4d染色的证据，即无排斥证据

    ✔ 由于肾实质易碎，右侧猪异种移植物的植入后活检未进行

③ 移植后阶段

 诱导和维持免疫抑制

    ✔ 研究人员尽最大努力遵循肾移植的常规人类方案。诱导免疫抑制包括每日甲基强的松龙逐渐减量，抗胸腺细胞球蛋白总量为6mg/kg，利妥昔单抗剂量为1800 mg

    ✔ 维持性免疫抑制包括霉酚酸酯(1000 mg，每天两次)、他克莫司(1mg，每天两次)和泼尼松

表为免疫抑制方案总结

异种移植肾功能评估

    ✔ 分别监测每个异种移植物的尿液输出

    ✔ 右肾在最初的24小时内产生700ml的尿液????，但左侧异种移植物的尿液产生量仍然很少

图示右肾再灌注后的尿量。黑色箭头指向右肾。(i)和(ii)展示输尿管吻合术前的尿量。右输尿管被握在外科医生手中，旁边是收集杯。(i)和(ii)杯子中的尿量增加。(iii)右肾在与脑死亡者膀胱吻合后的尿量

    ✔ 尽管至少有一个异种移植物正在产生尿液，但血清肌酐并没有显示出任何下降，肾脏也不能在产生的尿液中排出肌酐????。研究人员无法解释这背后的原因

 连续异种移植肾活检

    ✔ 术后第1天的组织学发现提示血栓性微血管病，但没有其他排斥证据

    ✔ 术后第3天示进行性肾小管损伤伴广泛的急性肾小管坏死，但未观察到包括系膜溶解在内的TMA的其他特征

    ✔  C4d以及IgM、IgG、IgA、C1q和C3均为阴性

    ✔ 研究终止时的楔形活检显示没有皮质坏死或间质出血的证据

图示猪肾异种移植物的系列组织学检查。C4d全程阴性。(A和B)冷缺血引起的轻度至中度急性肾小管损伤。毛细血管、系膜和足细胞正常。(C和D)肾小球内见多个纤维蛋白血栓(蓝色圆圈)。肾小球毛细血管弥漫性充血，内皮细胞肿胀，外周毛细血管腔几乎完全消失。存在与血栓性微血管病(TMA)一致的纤维蛋白血栓和碎裂的红细胞。进行性肾小管损伤伴有广泛的急性肾小管坏死(ATN)。(E和F)肾小球充血和急性肾小管坏死。内皮细胞保持节段性肿胀，管腔部分闭塞和纤维蛋白血栓罕见，肾小球损伤得到改善。(G和H)急性肾小管损伤持续存在。肾小球伴有节段性内皮肿胀。无纤维蛋白血栓

 猪衍生物是否可以在人血中检测到

    ✔ 实验病例血样的每日分析对猪内源性逆转录病毒和嵌合体均呈阴性????

由于出现脑死亡的生理学变化，第3天进行手术探查后两小时，死者因严重的凝血功能障碍出现失血过多。因此，该研究在再灌注77小时32 分钟后终止

图示该病例的实验总结

与所有研究一样，即使是这项看似具有里程碑意义的研究也有其不足之处

    ✔ 脑死亡接受者的移植环境恶劣。虽然确实为评估肾功能提供了合适的模型，但不利于移植物的存活

    ✔ 右肾排尿良好，而左肾则不然。其原因尚不完全清楚。可能与热缺血时间相关

    ✔ 尿液产生后，肌酐没有从尿液中排出，血液肌酐值也未下降。同样其原因尚不清楚

    ✔ UAB的异种移植实验在三天后结束，然而移植后排斥反应会在数天甚至数月发生。因此，此UAB模型可能不适合观察后期的排斥反应。换句话说，虽然没有发生超急性排斥，但很可能在后期出现排斥 

 该病例对于回答有关异种移植的安全性和可行性的某些基本问题，且结果在某种程度上令人满意

该病例将有助于突破该领域的一些障碍，为未来的研究铺平道路

相信随着新型基因工程猪的出现，临床猪器官和细胞移植在几年前是不可思议的，而在明天可能成为常规

Ref

1 Am J Transplant. 2022 Jan 20. doi: 10.1111/ajt.1693

2 Xenotransplantation. 2016 Mar;23(2):83-105

3 J Pathol. 2016 Jan;238(2):288-99

4 http://www.nephjc.com/news/xenotransplant

by 肾世风云 · 钟钟