条文本
PDF
来自Altmetric.com的统计
随着越来越多的分子吸附剂再循环系统(MARS)用于肝功能衰竭的管理，这篇综述是及时的，全球已有超过3000名患者使用该设备进行治疗。在英国，MARS正被用于国家卫生服务体系和私营部门的个别病人的治疗。为了调查生物人工肝脏装置的最新情况，2003年9月在伦敦大学学院医院举行了一次会议，本文基于会上提出的最新数据。
肝衰竭，无论是先前没有肝病的急性类型(急性肝衰竭(ALF))，还是伴有慢性肝脏疾病的代偿失代偿的急性发作(急性慢性肝衰竭(ACLF))，死亡率都很高。在ALF患者中，缺乏肝脏的解毒、代谢和调节功能会导致危及生命的并发症，包括肾衰竭、脑病、脑水肿、严重低血压和对感染的易感性，最终导致多器官衰竭。1对这类患者唯一确定的治疗方法是肝移植(LTx)，但目前三分之一的这类患者在等待移植时死亡，器官短缺正在加剧(图1)。2然而，肝衰竭，无论是急性或急性或慢性，都有可能是可逆的，多年来已经开展了大量工作，以开发有效的肝支持设备。
1997年至2001年，器官共享系统分类1(急性/突发性肝功能衰竭)、2a(失代偿性慢性肝病急需移植)和2b(失代偿性慢性肝病急需移植)的肝移植等待名单上的年死亡率。(资料来源:截至2002年8月1日的OPTN/SRTR数据。)
这些设备的开发有两种截然不同的方式。这些生物设备旨在提供正常肝脏的所有功能，3.4是基于活肝细胞与人类肝细胞的使用，如体外肝辅助装置(ELAD)5或猪肝细胞，如BAL装置6以及荷兰正在开发的其他欧洲设备7在德国。8另一种方法是基于解毒功能，仅使用膜和吸附剂，可以清除与肝衰竭相关的假定毒素。这种完全人工的装置比那些基于活肝细胞系的装置要便宜得多，至少便宜十分之一。最早开发的人工系统是基于病人血液通过吸附性木炭的灌注。9，10尽管肝脏衰竭中存在的一些毒素被木炭吸附，但与血浆中蛋白质紧密结合的其他化合物却没有被清除。9，10另一种被称为生物- dt的系统是平板膜透析对吸附剂溶液的组合11但几项研究显示，在去除蛋白质结合物质方面，其功效有限。3.12MARS是唯一能够清除游离和白蛋白结合的中、低质量毒素的设备，由于使用聚砜膜，人血清白蛋白作为选择性吸附剂去除和运输毒素，具有高选择性。13 -15除了去除蛋白质结合物质的设施，还有一个额外的透析组件，用于去除水溶性毒素。
在这篇综述中，我们将定义人工肝支持的目标，讨论现有的肝支持系统的设计，并批判性分析来自临床研究的可用数据，以确定其在肝衰竭患者管理中的现状。
使用肝支持装置的基础
理想的肝脏支持系统应能提供肝脏的许多正常功能，在临床实践中易于使用，并发症最少，且价格不高。从病理生理学的角度来看，这可以转化为具有重要的生物合成能力，能够解毒和通过改变允许再生和愈合的关键过程进行生物转化的能力。尽管提供肝脏的生物合成功能可能被认为是重要的，但也有可能通过口服途径或输液提供肝脏制造的许多物质，如葡萄糖、白蛋白、微量元素和维生素以及凝血因子。4我们认为，人工肝脏支持系统模拟肝脏解毒功能的能力对其成功至关重要，因为肝衰竭与各种有毒物质的积累有关，如氨、氧化应激介质、胆汁酸、一氧化氮、乳酸、花生四烯酸代谢产物、苯二氮卓、吲哚、硫醇等。16日,17它们不仅在末端器官功能障碍、血管功能改变和酸碱平衡的发病机制中起重要作用，而且可能损害肝脏再生。18，19“生物装置”主要是提供合成功能，而“人工装置”主要是解毒功能。如果所有这些功能都是由一个潜在的肝脏支持系统来实现的，那么很难想象一个纯粹的“生物设备”能够实现这些功能。另一方面，单独清除毒素可以使生物转化和生物合成和代谢功能的恢复，而无需额外的合成活动。虽然使用肝支持装置的主要目的是提高肝衰竭患者的无移植生存期，但其他目标可能是作为肝移植的有效“桥梁”，防止易患肝衰竭的患者发生肝衰竭，或提供改善末端器官功能障碍的功能能力(见框1)。
箱1肝支持装置治疗的目标
主要目标
急性肝衰竭:病人恢复到正常健康
急性对慢性肝衰竭:恢复到失代偿前的状态
选择目标
肝移植的桥梁
预防进展为肝衰竭
已确定多器官功能衰竭患者末端器官功能的改善
肝脏支持装置的技术方面
人工设备
在生物人工装置中，分离培养的肝细胞然后被纳入生物反应器。
蜂窝组件
提供足够肝功能所需的最小细胞数量尚不清楚，但根据从接受肝切除术的患者收集的经验，20.大约150-450克细胞(或1010肝细胞)，提供10-30%的正常肝脏的功能，需要支持衰竭的肝脏。3.4，21用于设备的理想细胞成分是人肝细胞，它明显受到可用性的限制，很难培养，并迅速失去肝脏的特定功能。3.22猪原代肝细胞是在临床试验中评估的肝脏支持系统中使用最多的，如Demetriou的肝辅助BAL设备6(以及其他如Chamuleau开发的学术医学中心- bal (AMC-BAL))等在阿姆斯特丹7)．除了容易获得外，它们的主要优点之一是可以令人满意地冷冻保存，从而简化了细胞的存储和运输到治疗中心的问题。23，24然而，人们仍然担心对外来抗原的免疫反应，25以及猪内源性逆转录病毒跨物种感染形式的异种人畜共患病(这已在体外证实)26日—31虽然从未在体内32位34)．
另一种方法是使用具有所需功能和存活特性的基因工程人类肝细胞。C3A肝细胞系是HepG2肝母细胞瘤细胞系的亚克隆，已被使用(Sussman’s体外肝辅助装置(ELAD))。5)，而另一种永生人类肝细胞细胞系HHY41目前正在研究中，该细胞系保留了许多肝脏特异功能，并对扑热息痛特别耐药。35 -37对致瘤细胞的功能能力和逃逸进入患者的担忧限制了它们的适用性。来自不适合移植的移植肝脏的原代人肝细胞也被用于移植，但其供应量有限，因为只有少数器官无法接受LTx，而且从这些器官中恢复的肝细胞的质量和数量都不理想(Gerlach开发的模块化体外肝支持(MELS))等在柏林)。8
生物反应器组件
生物反应器最基本的设计包括一个含有中空纤维毛细血管的柱，患者的血浆/血液通过该柱进行循环，而肝细胞位于毛细血管外空间(图2)。在通过生物反应器毛细血管灌注之前，血浆可以在二次回路中分离、加热和氧合。一种50 - 150kda的膜1，3.分隔两个隔室，血浆/血液和肝细胞之间可以发生物质交换。虽然大多数毒素和转运蛋白(如白蛋白)可以通过，但免疫球蛋白、补体、病毒和细胞等较大的物质不能通过。这是肝辅助BAL中使用的基本设计6以及ELAD系统。5在生物反应器之前，HepatAssist BAL还在电路中加入了两个炭柱，用于清除可能损害或损害猪肝细胞功能的毒素。
第一代生物反应器(体外肝辅助装置(ELAD)，血浆通过毛细血管内空间，肝细胞来源于毛细血管外空间的人肝母细胞瘤细胞系)的结构示意图，新一代生物反应器(AMC-BAL，包含螺旋缠绕的聚酯基质片，包括一个完整的中空纤维室供氧)，人工装置透析器(分子吸附剂再循环系统(MARS)，血液通过毛细血管内空间，并通过白蛋白浸渍膜与毛细血管外20%白蛋白透析液分离)。
梅尔·系统8使用三套毛细管-一套提供氧和两套携带流入和流出的血浆。肝细胞停留在毛细血管外间隙。脱毒模块允许进行单次白蛋白透析，并可包括连续的静脉-静脉血液透析过滤。的AMC-BAL7包含螺旋缠绕聚酯基体片，其中包括用于氧合的整体中空纤维室。
除了这些基于中空纤维的生物反应器，还有一些人尝试了基于“平板和单层”、“灌注床/支架”和“封装和悬浮”的设计。3.意大利正在开发一种基于猪肝细胞的BAL，使用“径向流”生物反应器，并已在三名ALF患者身上进行了试验。3.22日,38
人工设备
这些更新的系统，基于使用白蛋白作为毒素的运输介质，并利用具有足够小孔径的膜，与基于木炭血液灌流的早期一代设备相比，在解毒能力方面具有更大的选择性。9，10因此，它们对形成肝衰竭中积聚的大部分毒素的白蛋白结合物质具有特异性16而在生理上可能很重要的大分子(免疫球蛋白、生长因子)则被阻止跨越。
在过去十年中开发的系统是MARS机器(Teraklin AG, Rostock, Germany)，目前正在进行广泛的临床研究。14，39(图3)。该方法使用中空纤维透析模块，患者的血液通过白蛋白浸透的聚砜膜透析(截断量为50 kDa)，同时在毛细血管外腔室保持600毫升20%白蛋白的恒定流量作为透析液。体外研究表明，与患者血液中的白蛋白结合的毒素会分离并与膜上的结合位点结合，39当白蛋白附着在聚合物上时，对白蛋白结合的毒素有较高的亲和力。40然后通过血液透析/血液过滤模块(去除水溶性物质)和含有活性炭和阴离子交换树脂的吸附柱(去除大部分白蛋白结合的物质)依次清洗透析液中的白蛋白。透析液因此得到再生，并再次能够从血液中吸收更多毒素。
分子吸附剂再循环系统(MARS)电路示意图，显示血液和透析液(20%白蛋白)的流动方向。患者血液中的白蛋白结合的毒素通过透析液中的白蛋白，然后由血液透析/血液过滤模块(去除水溶性物质)和含有活性炭和阴离子交换树脂的吸附柱(去除大部分白蛋白结合的物质)依次清洗透析液中的白蛋白。透析液因此得到再生，并再次能够从血液中吸收更多毒素。
最近(1999年)出现的另一种白蛋白透析是分段等离子体分离和吸附(FPSA)，41使用白蛋白渗透膜与切断250 kDa。白蛋白和白蛋白结合的毒素穿过膜，通过特殊的吸附器(在二次回路中一列或两列串联，包含一个中性树脂吸附器和一个阴离子交换器)去除毒素。净化后的白蛋白返回血浆。在新引进的普罗米修斯系统(费森尤斯医疗保健公司，德国)42FPSA方法与高通量血液透析相结合(直接对血液进行透析，与MARS系统相反，MARS系统进行血液透析/白蛋白透析液过滤)。
使用器械的临床研究结果
人工设备
BAL装置的第一个临床应用是在1987年，使用兔肝细胞治疗一名ALF患者。43从那时起，在许多不同设备的试验中，下面只讨论那些与当前可用或最近使用的系统有关的试验。表1总结了一些评估生物人工装置的重要研究。
猪肝细胞为基础的BAL
大多数现有的临床数据都与ALF患者的治疗有关，在这些患者中，神经系统的改善，44，45血清胆红素极低44，45动脉氨(在一些研究中44)，已经被观察到。以出血并发症和血流动力学不稳定形式出现的不良事件也已被注意到。45
该装置已在美国和欧洲进行的171例患者(ALF 147例，原发性移植物无功能24例)的大型多中心随机对照试验中进行了评估。这项试验的初步结果已于1991年报告，但最终数据仍未完全公布。46虽然颅内压和意识水平有所改善，但几乎没有证据表明合成功能得到改善。最令人失望的是，生存优势仅在扑热息痛病因亚组(n = 39)中明显(BAL 70%)v控制37%)。在整个研究人群中，对照组的30天生存率为62%，BAL治疗的患者为71%，而在暴发性肝功能衰竭患者中，分别为59%和73% (p = 0.1)。然而，LTx的主要影响打乱了这一主要终点;54%的研究人群进行了移植。LTx患者30天生存率(n = 90)为84% (BAL 89%)v对照组(n = 81)为46% (BAL为51%)v控制40%)。考虑到LTx和其他预测生存的因素(包括病因、脑病分期)的影响后，在ALF组(n = 147)中，BAL治疗有利于降低47%的死亡率(p = 0.03)。然而，据我们了解，美国食品和药物管理局已经要求进行进一步的三期试验。
基于肝母细胞瘤的体外肝辅助装置(ELAD)
由萨斯曼研制的ELAD装置等在伦敦的一项早期随机对照研究中进行了尝试。47入选24例ALF患者，其中17例不符合移植标准(预测生存率50%;I组)和7例符合标准的患者(预测生存<10%;ELAD组动脉氨浓度略有下降，对照组血清胆红素升高更为明显。ELAD治疗的患者脑病恶化较少。然而，没有显示出明显的生存优势。ELAD组的I组生存率为7/9(78%)，对照组为6/8(75%)，这一数值远高于预期，因此很难显示出生存率优势。II组只有少数患者，3名治疗患者和4名对照组患者各1名存活。
在最近的一项针对暴发性肝衰竭患者的随机对照I期试验中，患者被分为接受LTx治疗的患者(n = 19)和未接受LTx治疗的患者(n = 5)。48在19例接受LTx治疗的患者中，12例接受了ELAD治疗。12例ELAD患者中有11例(92%)继续接受LTx，而对照组只有3/7(43%)接受移植(p<0.05)。10 / 12 (83%) ELAD患者也达到了30天生存的主要终点，与3/7(43%)对照组相比(p = 0.12)。该设备似乎是安全的，尽管该研究没有观察结果，但ELAD组中接受LTx的患者有显著优势，包括那些被列入LTx的患者。在此基础上，正在寻求二期随机对照试验的资金。
其他设备
一项与AMC-BAL(阿姆斯特丹)的I期临床试验已在意大利进行。497例合并3-4级脑病的ALF患者接受LTx治疗。所有患者的神经系统均得到改善。血清胆红素和动脉氨下降。唯一观察到的不良反应是两名患者在启动该设备后立即出现短暂低血压。其中一名患者的病情明显好转，不需要LTx，而其余6名患者接受了移植。
最近报道了一项使用MELS (Berlin)在8名ALF患者(均符合高紧急LTx的标准)中进行的I期试验。50治疗是安全的，耐受性好，血小板减少是遇到的唯一不良事件。所有患者移植成功，随访3年后存活。没有患者显示任何猪内源性逆转录病毒感染的证据。
人工设备
火星
与生物设备相比，MARS易于使用，而且相对便宜，英国各医院中心购买的一次全面治疗费用约为4000 - 7000英镑。这比生物人工设备等治疗要容易控制得多，一次完整的治疗可能要花费5万至6万英镑。表2总结了一些评价MARS的重要研究。与在ALF背景下测试的生物设备的试验相比，大多数MARS的临床研究都是在ACLF患者中进行的51 -53在两项小型随机对照试验中显示了生存效益。54，55这是一种有效的解毒装置，可以去除与多种血浆蛋白结合的物质，也有可能与白蛋白结合。56ACLF患者的MARS治疗对循环神经激素、一氧化氮、自由基的产生和氧化应激标志物的减少有重要的有益作用。57这些变化的临床效果反映在单个器官功能，胆汁淤积和肝功能、肾功能、脑病的时间改善，以及一些患者的平均动脉压改善。58肝功能的改善可能是由于肝细胞死亡的减少和再生环境的改善。或者，肝功能的改善可能是肝脏血流动力学改善的结果。MARS最显著和一致的效果是在不影响循环氨水平的情况下，降低肝性脑病的严重程度，57岁的59这表明MARS可能改变了决定高氨血症对大脑影响的血脑屏障特征。或者，它可以通过减少氧化应激和/或去除未知的蛋白质结合因子来发挥这种作用，这些蛋白结合因子单独或与氨共同作用产生脑病(见方框2)。这些数据得到了ALF动物模型研究的支持，在动物模型中观察到MARS治疗的动物有显著的颅内压降低，而动脉氨没有任何差异。
框2MARS治疗的适应症和禁忌症
迹象
急性对慢性肝衰竭
严重的酒精性肝炎
胆汁淤积引起的严重瘙痒
由蛋白质结合物引起的中毒
相对禁忌症
提示DIC的进行性凝血功能障碍
不受控制的脓毒症
不受控制的出血
治疗期间监测
电解质包括磷酸盐、镁和钙
凝血(寻找DIC)
药物水平(蛋白质结合药物可被移除)
在MARS的第一项随机试验中，13例I型肝肾综合征ACLF患者被分配到MARS或标准药物治疗组，包括血液透析滤过。54第7天接受血液透析滤过组(n = 5)死亡率为100%，第7天MARS组(n = 8)死亡率为62.5%，第30天死亡率为75% (p<0.01)。MARS组平均生存期为25.2(34.6)天，对照组平均生存期为4.6(1.8)天(p<0.05)。此外，MARS组血清胆红素和肌酐明显下降，血清钠和凝血酶原活性明显升高，而对照组无明显变化。治疗结束时MARS组的平均动脉压明显更大。尽管MARS组的尿量没有明显增加，但与对照组相比，8名患者中有4名尿量增加。
最近的(也是完成的最大的)随机对照试验在两个中心(Rostock和Essen)进行，包括24例伴有明显高胆红素血症(血清胆红素>20 mg/dl (340 μmol/l))的ACLF患者，他们被随机分为单独接受标准药物治疗(对照组，n = 12)或接受MARS治疗(n = 12)。55MARS组12例患者中有5例连续3天胆红素低于15 mg/dl，对照组12例患者中有2例达到主要终点。与对照组相比，MARS组胆红素、胆汁酸和肌酐降低，平均动脉压和脑病改善。最重要的是，白蛋白透析与30天生存率的显著改善相关(11/12v6/11在控制)。目前，一项针对ACLF患者的多中心随机对照试验正在英国和欧洲进行，旨在观察死亡率，而另一项关于肝性脑病短期益处的试验在美国也接近完成。
该设备的安全性已经通过在全球3000多名患者中使用进行了评估。由罗斯托克大学维护的MARS注册表包含了大约500名使用该设备治疗的患者的数据。59，60一般来说，治疗是很好的耐受性和使用MARS的唯一一致的不良发现是血小板减少。对ACLF患者登记数据的关键分析表明，对于已确定弥漫性血管内凝血(DIC)或以进行性血小板减少和凝血障碍为特征的“早期”DIC患者，ACLF的使用应该是禁忌的。
普罗米修斯
Prometheus治疗11例ACLF伴肾衰竭的结果已于近期发表。42血清结合胆红素、胆汁酸、氨、胆碱酯酶、肌酐、尿素水平和血pH值均有改善。2例患者血压下降，1例患者出血不受控制，这是注意到的不良事件。未来计划进行前瞻性对照试验。
“肝支持装置”的临床试验观点
评估各种肝支持系统的随机临床试验结果总结在图4中。在ALF中使用生物肝支持装置的试验结果令人失望，几乎没有证据表明在合成功能方面有显著的好处。这可能是因为它们是无效的，也可能是因为使用这些设备进行的试验没有让这些设备的效果得到充分的探索。史蒂文斯使用生物人工肝脏装置的研究完美地说明了这一点。尽管他们的试验是在ALF患者身上进行的，46由于一些奇怪的原因，原发性移植物功能障碍的患者也被纳入研究。虽然在总体分析中，他们没有观察到生存的显著差异，但事后分析显示，ALF组几乎有生存的好处。此外，他们选择了一组患者来评估他们的肝支持装置的疗效，这组患者即使进行辅助肝移植，其自身肝功能的恢复也需要长达一年的时间。另一方面，MARS的使用已被证明可以改善全身血流动力学、肝性脑病的严重程度和肾功能，这在两个针对ACLF患者的小型研究中转化为提高生存率。17，54，55，60这两个随机临床试验表明，如果在器官衰竭明显之前进行治疗，可能会防止进展到完全成熟的ACLF。在Heemann的研究中等，55但在Mitzner和同事的研究中，对照组的死亡率约为45%54对照组死亡率为100%。在Heemann研究中，MARS干预导致生存率增加到90%以上，但在Mitzner研究中，MARS治疗患者的生存率约为20%。在我们看来，肝支持干预的时机对于决定设备是否能改善预后至关重要(图5)。当多器官衰竭明显时，这些设备的干预效果不太可能完全实现。
人工和生物人工肝支持装置的随机对照试验显示急性(A)和慢性(B)肝衰竭对死亡率的影响。611、全血交换;2、木炭haemoperfusion;3, Biologic-DT;4、体外肝辅助装置(ELAD);5, haemoperfusion;6,落下帷幕;7、分子吸附剂再循环系统(MARS)。唯一显示对死亡率有显著影响的设备是MARS设备在急性和慢性肝衰竭的情况下。
“稳定型肝硬化”急性恶化过程中不同临床结果的可能性与治疗干预时机有关。
肝脏支持装置的现状
由于已知和未知逆转录病毒传播的已知危险，加上这些设备在人体环境中缺乏可证明的功效，将猪肝细胞用于人类应用的困难导致了支持Demetriou的BAL和ELAD设备开发的两家公司的倒闭。由于在该系统中使用猪细胞带来的后勤困难，AMC-BAL的试验目前已停止。MELS仍在继续进行试验，但其广泛应用和试验可能受到人类肝细胞可用性的限制。显然，有可能复兴生物人工肝支持系统的因素是发现一种新的肝细胞细胞系，它保留了良好的功能能力，并可以扩大到足够的数量。
最好的数据是MARS，它在临床实践中的使用得到了一些研究的支持，这些研究表明使用MARS可以改善器官功能，早期数据显示ACLF患者的生存期有所改善。但是MARS设备的一个重要问题是，这些患者的临床过程是否被改变了，患者的生存率是否提高了?基于上述结果的批判性评估，已经制定了使用指南和禁忌症，这些指南正在英国目前的多中心试验中遵循，并强烈建议所有使用该疗法的患者针对个别病例进行此类治疗。尤其重要的是明确认识到，在严重血小板减少、进行性凝血障碍和败血症的情况下，使用该设备应该是禁忌的，这些一起可能预示着早期DIC。
毫不奇怪，MARS也被用于治疗ALF。赫尔辛基最大的单一中心的经验表明，在移植完成之前维持患者的生命可能有好处，在某些情况下，患者可以自行恢复。然而，在做出任何明确的建议之前，需要进行对照临床试验。这样的试验正在法国计划中，但考虑到ALF中生物人工设备试验的经验，随机化的时间很可能决定研究的结果。设计和分析这类试验的进一步困难是由LTx的不同时间所带来的影响。该装置在肝功能衰竭中也有应用，在蛋白质结合药物/毒素中毒中似乎也有临床益处。这与MARS去除蛋白质结合药物的能力有关。此外，早期数据显示MARS在治疗胆汁淤积的瘙痒方面是有效的。
显然，MARS在肝功能衰竭中的作用只有在当前试验结果完成后才能得到证实。然而，所有这些对MARS的兴趣导致了对ACLF病理生理学的极大兴趣的发展。人们日益认识到，有大量病人占用医院病床，死亡率很高，需要大量资源。随着对急性失代偿基础的更好理解，新兴医学疗法的可用性，以及像MARS这样的体外疗法，人们有望看到生存率和住院时间的显著改善。
总结
肝功能衰竭患者的死亡率仍然高得令人无法接受。在英国，肝衰竭的主要原因是肝硬化的急性失代偿，在英国急性肝衰竭的发生率正在下降。
肝硬化急性失代偿期的预后与ALF一样差，这些患者的预后改善可以通过更早的转诊和新的治疗方法得到改善。
生物人工肝脏系统未能实现最初的承诺，目前不能推荐用于严格控制的临床试验之外的患者的治疗。
MARS疗法已经被证明可以
-改变一些被认为在肝衰竭发展中起重要作用的病理生理机制。
现有数据的meta分析表明MARS可降低急性或慢性肝衰竭患者的死亡率。
进行性血小板减少症、凝血功能障碍和无法控制的败血症是使用MARS的相对禁忌症。
首次试图确定ACLF的病理生理基础、可逆性、预后因素和肝脏支持的潜在作用的会议是在2003年波士顿举行的美国肝病研究协会年会上召开的。在波士顿召开的这次会议上成立的国际工作组将在明年11月召开的会议之前提出有关ACLF和新兴疗法作用的数据。
致谢
我们感谢在伦敦大学学院举行的“英国肝脏支持前景”Pre-BASL会议的所有发言人，以及D Shawcross博士在数据收集方面提供的帮助。这项工作的一部分是由西格蒙德·华宝爵士和解基金资助的。