撰文│马少林
编辑│郑天慧陈圆圆
审校│汤红明
肝衰竭是由各种原因导致的肝脏功能障碍，可表现为肝脏酶学变化、胆红素升高，凝血功能障碍，严重者出现肝性脑病和多器官功能障碍。主要病因包括肝炎病*感染、药物、肝*性物质（如酒精等）损害等。此外，妊娠急性脂肪肝、自身免疫性肝病等也可导致肝衰竭。急性肝功能衰竭患者病情凶险、进展迅速、预后差，药物治疗病死率高达80%～85%。肝功能衰竭的治疗一直是临床上亟待解决的难题。
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生物型人工肝
肝移植是治疗肝功能衰竭最有效的手段，但由于供体来源困难，仅10%的患者有肝移植的机会。非生物人工肝系统通过滤过、吸附和血浆置换肝衰竭患者血液中的*素，改善临床表现。然而，多项临床试验表明非生物人工肝系统不能降低急性肝衰竭死亡率。
生物人工肝支持系统（Bio-artificialLiver，BAL）是一种体外肝功能支持系统，基本原理是将患者血浆通过体外循环与生物反应器中的人肝细胞进行物质交换，短时间替代肝脏工作，并促进受损肝脏再生修复，性能上更接近人体肝细胞。具有解*、合成、分泌和转化生物活性物质的功能。肝细胞和反应器是生物人工肝的两大核心要素，肝细胞在反应器中功能的好坏以及肝细胞与病人血浆物质交换效率的高低直接关系到生物人工肝的治疗效果。
02
生物人工肝的种子细胞
生物人工肝的种子细胞主要包括原代肝细胞、动物源性肝细胞、肿瘤源性细胞、转分化类肝细胞、永生化肝细胞及其他细胞。
（一）原代肝细胞
原代肝细胞理论上最接近人体肝细胞是最理想的选择，但来源短缺、获取过程繁杂、体外增殖能力弱、难以大量获取、传代后肝细胞功能退化明显等缺点阻碍了临床应用。年以来，人原代肝细胞的体外增殖研究取得突破性进展，增殖的肝细胞功能与人原代肝细胞接近，为今后原代肝细胞的大规模扩增用于生物人工肝提供了可能。胎肝细胞免疫原性低，在体外具备较好的增殖分化能力，但是来源匮乏，并且涉及道德伦理问题。
（二）动物源性肝细胞
动物源性肝细胞来源较广（多为猪肝细胞）具有解*代谢功能，但免疫原异质且携带反转录病*（PERV），进入人体后面临免疫排斥反应与PERV感染风险，目前欧洲已禁止用于生物人工肝系统。
（三）肿瘤源性细胞
肿瘤源性细胞来源广泛、增殖能力强、具备某些肝细胞功能，但在解*和代谢能力方面较弱，且肿瘤基因的存在使其有潜在致瘤性。其中，人肝母细胞瘤细胞系C3A虽有蛋白分泌功能，但缺乏尿素循环相关基因，表现出尿素生成和氨清除能力下降。
（四）干细胞与转分化类肝细胞
干细胞具有多向分化潜能可诱导分化成肝细胞，应用前景广阔，目前尚处于研究阶段。转分化获得肝细胞是将成体细胞通过重编程技术转分化为另一种类型的细胞。人纤维细胞转分化获得的功能肝细胞（hiHep）具有解*和蛋白表达的功能，可规模扩增。包含hiHep细胞的生物人工肝系统已用于动物实验和临床研究。
（五）永生化肝细胞
基因转染、诱导突变、可恢复性Cre-Loxp系统等永生化技术迅速发展，建立可无限增殖具有正常表型的肝细胞成为学科研究热点。永生化肝细胞系作为新的种子细胞具有极强的尿素生成与氨清除能力，可以显著减轻肝性脑病症状和体征。但永生化细胞表型、核型往往不稳定，需优化载体，解决重组酶基因残留，控制永生化基因在体内表达，保证其生物安全性。
（六）肝细胞与其他细胞共培养
与内皮细胞、造血干细胞或间充质干细胞共同培养，可增加肝细胞分泌白蛋白和尿素合成能力，并刺激细胞色素P酶活性。骨髓间充质细胞、人脐静脉内皮细胞与肝细胞共培养，可通过提供细胞间相互作用维持肝细胞功能；胆管细胞与肝细胞共同培养可增加胆汁排泄，目前尚无包含胆管细胞的生物人工肝系统用于临床研究。
03
生物反应器
生物反应器是肝细胞的载体，为细胞提供良好的生长微环境，保证细胞功能的发挥。主要包括中空纤维管式、微囊悬浮式、单层/多层平板式、流化床式、微载体式、微囊包裹式、球式储存库等生物反应器。
中空纤维管式反应器应用最多，主要用在AMC、ELAD、HeaptAssist、LiverX、BLSS（美国匹兹堡大学）、Sybiol等生物人工肝系统，在物质传输和免疫阻隔方面具有明显优势，但其细胞粘附差、易聚集、容易导致中空纤维孔隙堵塞，不利于物质交换和氧合。为此人们又设计了复合型、编织型中空纤维管式生物反应器以改善其功能。多层平板式生物反应器可多层装载细胞，装载量可达数量级，物质交换效率较高。其它类型和结构的生物反应器具有减少流体力学剪切力对细胞的损害、物质交换好等优点，但应用相对较少。
目前认为，生物人工肝支持系统中肝细胞数量至少应相当于人体肝重的10%-20%，即1-2×。多数生物人工肝系统细胞数在1×-20×之间，理论上能够支持肝脏功能，但能否替代衰竭的肝脏，维持患者的生存仍存在疑问。为了维持并改善肝细胞活力与代谢功能，可通过三维环境培养肝细胞模拟微重力，形成类器官、类球体或海藻酸盐-壳聚糖包封的类球体。为了适应细胞培养环境变化，生物反应器被改造成球形贮库和多层径向流生物反应器，为肝细胞的生存和维持细胞功能提供合适的环境。
将人原代肝细胞、成纤维细胞、内皮细胞嵌入可降解的微图案生物支架材料中，在肝脏再生信号的刺激下出现了血管结构及胆管前体结构，并具备人类肝脏相关的分泌及代谢功能，可用于生物人工肝设备的设计中。
目前生物反应器形状和结构的多样性，意味着其仍未达到理想的状态，生物反应器的设计和功能验证还有很长的路要走。
04
肝功能检测系统
种子细胞和生物反应器是生物人工肝系统的核心，但一个能发挥解*、生物合成、生物转化以及分泌促进肝细胞生长活性物质的治疗设备，还必需包含驱动血泵、血浆分离器、管路、细胞过滤器、增氧器及各种压力、气泡、漏血检测器、计量以及肝功能检测等安全保证设施。
目前，检测生物反应器内肝细胞功能有葡萄糖浓度、尿素和白蛋白合成量检测等指标，这些指标均为离线检测，需要将反应器内细胞培养液定时送检，易造成污染，且检测指标不够全面。现代生物化学技术和机电一体化技术的进步，使得肝细胞功能监测和整体肝功能监测成为可能。肝细胞甲基铋物平行在线检测、电容法在线细胞密度检测、以及以发光二极管为光源的在线监测技术与设备，可以很方便实现实时在线定性监测肝功能的目的。此外，通过脉搏定量阀测定血浆吲哚菁绿清除率，实现肝功能的无创化监测，可以实时监测生物人工肝的治疗效果。
05
临床研究
此前有循证医学文献报道了截至年3月的30项研究，包括18项临床研究、12个临床前研究。18项临床研究中17项研究时间为年前、1项为年，共纳入例急性肝衰竭患者，例为暴发性急性肝衰竭亚型，与对照组相比，并未显示出生物人工肝有优势。
临床前研究中年后有6项结果表明生物人工肝可降低大型动物急性肝衰竭的死亡率，改善肝和肾功能、生化和凝血参数、脑病指数和神经学指标，且无明显的不良事件与无猪内源性逆转录病*感染报告。
关于临床研究和临床前研究结果差异的原因，可能为：一是生物人工肝技术的进步，包括功能更强的种子细胞和生物反应器；二是临床前研究的动物模型与患者之间的病理生理学不完全相同，人肝衰竭的病因和病理生理学更为复杂。目前尚无生物人工肝不良反应报道。
06
展望
不同病因导致的肝功能衰竭，需要不同的生物人工肝支持系统才能取得更好效果。生物人工肝研究需要组织工程学、材料科学、分子生物学、物理学等多学科共同发展、互相协作。随着科学技术的发展，不久的将来会研制出功能更加成熟、结构更加完善的人工肝系统，在降低急性肝衰竭的死亡率方面取得实质性进步。
专家简介
马少林
主任医师，硕士研究生导师。现任医院本部重症医学科主任。从事急诊、重症医学工作30余年，主要研究生物人工肝临床应用、膈肌功能障碍的基础和临床试验。兼任中国医师协会创伤外科医师分会委员、医院休克与脓*症分会委员、中国医学救援协会重症分会委员、上海市医学会危重病专科分会副主任委员、上海市医师协会重症医师分会委员、浦东新区医学会危重病专业委员会副主任委员。
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