第二节 机械灌注对器官保存损伤修复机制

当前，SCS是供体器官保存普遍采用的方法，这种方法基于低温条件下降低细胞代谢的原理将供器官保存在特殊的器官保存液中，然而低温时细胞的代谢活动并未完全停止。冷保存损伤直接影响保存器官质量，SCS具有保存时间有限，供体器官切取之前热缺血损伤不可逆，保存过程中产生时间依赖性损伤等局限。MP具有动态灌注修复，提升供器官质量的特点，可实现远距离、长时间转运器官，近年来研究者对其干预离体器官保存损伤进行了深入研究。

一、低温机械灌注对器官保存损伤修复机制

（一）提供营养成分，清除代谢废物

SCS在低温保存期间，氧气和营养因子的来源终止，细胞内ATP的合成持续减少，而ATP持续降解并最终耗竭，引起细胞内代谢产物的异常堆积。机械灌注系统利用机械外力驱动灌注的方式，能持续不断地为移植物提供营养成分，同时清除代谢过程中产生的废物。

（二）减轻移植过程中的IRI

肝脏IRI是一个复杂的病理生理反应，最新研究表明可能由损伤相关分子模式（DAMPs）释放与随后参与的血细胞例如白细胞，血小板和非实质细胞例如库普弗细胞，内皮细胞和树突细胞发起。因此认为新的治疗策略应该以代表再灌注炎症反应的始动因素DAMPs为目标。而DAMPs与ROS正相关，低温氧合机器灌注依靠氧化代谢的可逆性抑制改变了线粒体氧化状态，并且在随后常温再灌注中减少了初始ROS释放。因此，通过若干机制可减少线粒体损伤触发引起的线粒体ROS释放，进而减少细胞核损伤，减少DAMPs释放进入循环。由此推断，线粒体是再灌注损伤的前沿诱导物。相反，冷保存导致线粒体含氧量降低，极大增加了再灌注后10分钟的氧耗，同时，电子传送链的电子泄漏导致ROS的释放引起细胞核内的DNA羟基化和HMGB-1的水平增加。释放的HMGB-1主要作用于TLR-4活化的库普弗细胞。内皮细胞活化和T细胞活化加重了损伤的程度，其中包括两种能触发中性粒细胞扣押的固有免疫细胞所分泌T细胞因子（白介素13和白介素17）。进一步通过多种途径激活下游肌成纤维细胞，进而刺激了移植物纤维化和肝内胆管上皮细胞的增殖。

（三）向移植物提供ATP

在SCS低温保存期间细胞内代谢产物异常堆积。线粒体是细胞内主要的物质和能量的代谢场所，在低温条件下其膜电位和通透性转换孔改变，导致细胞凋亡和坏死。研究发现热缺血和冷缺血分别通过激活caspase-1和caspase-3来诱导细胞凋亡，应用MP保存的供器官移植后，细胞内ATP水平恢复更快，介导细胞凋亡的穿孔素蛋白表达比SCS组少，MP可能是通过促进Bcl-xL和低氧诱导因子-1α蛋白表达来减少凋亡。ATP的损耗是引起脂肪肝损伤最主要的因素，低温氧合机械灌注条件下，通过持续提供氧气和腺苷使ATP水平明显升高，进而降低脂肪肝脏组织的损伤。因此ATP对于维护具有不同程度缺血损伤以及ATP持续消耗的边缘供器官的功能具有重要作用。

（四）减轻移植物血管内皮细胞的损伤

研究表明，SCS因缺乏流体作用而导致转录因子2及内皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitricoxide synthetase，eNOS）表达减少，一氧化氮（NO）生物利用度的降低，NO是公认的血管舒张因子，因此加剧了血管活性物质内皮素以及血栓素A2的生成，从而导致血管内皮细胞功能紊乱。HMP提供的流体剪切力通过增加磷酸化eNOS来保护NO信号通路，从而改善移植物微循环和血管阻力，其中可能有腺苷酸活化蛋白激酶参与。血管内血液的层流刺激同时可以促进转录因子KLF2（kruppel-like factor 2）的表达，进而下调黏附分子的表达，减少白细胞的浸润减轻炎症反应，激活eNOS以及血栓调节蛋白（TM）的释放，减轻血栓形成，改善微循环，同时促进抗氧化应激转录因子Nrf2（nuclear factor erythroid 2）生成。近期有研究发现，灌注压力及流速对内皮细胞也有影响。Fondevila等在低温氧合机械灌注DCD猪肝的实验中，观察到由于使用较快的门脉流速0.47~0.60ml/（min·g），并且采用肝动脉与门静脉双重灌注系统，增加了肝窦内皮细胞的剪切力，增加了肝窦内皮细胞的损伤风险。Shigeta等在实验中，采用较低的门脉流速0.06~0.08ml/（min·g），只灌注门静脉，灌注压力在不大于3mmHg时，可以避免肝窦内皮细胞的损伤。

二、常温机械灌注对器官保存损伤修复机制

同SCS相比，常温机器灌注（NMP）保存的基本原则强调保存过程中生理条件下的细胞代谢；依靠用富氧媒介灌注来预防缺血；持续的代谢底物循环和废物的移除提供ATP生成的主要底物；逆转热缺血过程中ATP供应中断引起的损伤，且可避免保存过程中肝细胞进一步损伤。同时由于能耗的恢复，常温机器灌注有助于上调保护性蛋白，包括HO-1和其他热休克蛋白家族的成员。

NMP与常温体外膜肺氧合（NECMO）修复DCD供肝机制相似，已在临床实践中应用以扩大供肝来源。Brockmann等比较了SCS和NMP分别保存心跳供者（HBD）和无心跳供者（NHBD）供肝的效果，HBD供肝保存5小时后两种保存方法没有显著的差异，然而保存20小时之后，与SCS比较，无论对于HBD与NHBD（热缺血40分钟）供肝NMP有显著的优势，这些优势表现在酶学标记物的释放、组织学改变以及受者存活率。经过20小时NMP保存之后NHBD（热缺血40分钟）与HBD供肝的受者存活率比较，差异无统计学意义。最近，Dries等探讨了NMP修复人类DCD供肝的可行性。4组不适合进行移植的DCD供肝在6小时常温体外修复过程中，酶学标记物包括谷丙转氨酶（ALT）、γ-谷氨酰转肽酶（γ-GT）可维持在较低的恒定水平，同时灌注液中pH、碳酸氢盐、葡萄糖、乳酸可维持在生理范围之内，修复完毕后肝组织、胆管活检中并未见明显缺血性改变以及细胞凋亡的发生，证明肝脏具有良好的功能活性。在肾脏方面，Hosgood等报道了在猪自体移植模型中，NMP同样对肾脏起到保护作用。目前为止，胸部器官常温灌注保存数据非常少。在临床移植中，心脏或许是首个在常温下被灌注的器官，尽管目前尚无实验数据支持。Lindstedt在最近的文献中报道了一个小样本量的常温修复后的肺移植结果，在机械通气下应用一个短期的常温体外灌注，初步的数据显示了在这些边缘供体移植之后获得了不错的结果。这些实验证据为后续临床试验提供了有力的证据。