世界首例猪心移植患者为何死亡？团队首次披露研究结果

2022 年 1 月 7 日，美国马里兰州一名患者成功移植了猪的心脏。

这是世界首例猪心移植手术，一经报道后，迅速在全球范围引发了广泛的关注。

然而，在接受移植的 2 个月后，这名患者最终不幸死亡。患者的主刀医生于 4 月 20 日在美国移植协会的网络研讨会上表示，患者的心脏中存在猪巨细胞病毒，可对心脏移植产生破坏性的影响。

2022 年 6 月 22 日，NEJM发表了世界首例猪心移植病例的详细报告。

论文截图

术前：全面伦理评估

这名接受猪心移植的患者为一名 57 岁的男性。他患有慢性轻度血小板减少症、高血压、非缺血性心肌病，曾经接受过二尖瓣修复手术。

接受移植手术前，患者因严重心力衰竭住院，当时左心室射血分数（LVEF）仅有 10%。

在住院期间，他接受了多种正性肌力药物，并在住院第 11 天安装了主动脉内球囊反搏泵。尽管如此，他还是出现了多次室性心律失常、心脏骤停，并在住院第 23 天接受了 ECMO 治疗。

确认猪心移植这个方案之前，治疗团队也考虑过其他方案。然而，这名患者被评估认为治疗依从性差――这导致他不能符合同种异体移植和机械循环支持标准。

这名患者的病例曾接受过四个地区和国家级的心脏移植项目审查，但均遭到拒绝。最终，美国马里兰大学医学院的遴选委员会同意考虑试验性的异种心脏移植。

尽管这名患者还是倾向于接受人类心脏移植，但在被告知上述信息后，他选择同意接受猪心移植计划。

据研究团队预判，试验性猪心移植的最终结果不太可能比继续药物性治疗和 ECMO 治疗的效果更好，因此，他们向 FDA 提出了研究性新药申请，要求联合使用 10 基因编辑猪供体（Revivicor）、人源化抗 CD40 单克隆抗体（Kiniksa Pharmaceuticals）和用于心脏保护的 XVIVO 心脏灌注系统（XVIVO Perfusion）。

同时，FDA 还评估了研究团队在心脏异种移植方面的临床前经验、详细的知情同意书以及监测和预防人畜共患病的计划。

不仅如此，患者还接受了三项机构评估和一项外部独立的精神病学评估，以确认他的同意能力。最终，猪心移植计划顺利获得批准。

术后：情况稳定

2022 年 1 月 7 日，患者接受了转基因猪的心脏移植。

心脏移植所用的转基因猪由 Revivicor 公司提供。该转基因猪是通过成纤维细胞克隆培养的，经过 10 个基因的编辑，其中包括：

3 种免疫显性异种抗原碳水化合物基因的敲除，分别是半乳糖-α-1,3-半乳糖、Sda 血型抗原和 N-甘氨酰神经氨酸；

敲除了生长激素受体基因，以减少异种移植物的生长，；

增添了表达人 CD46 和衰减加速因子的基因，以减轻抗体依赖性补体损伤；

增添了表达人类血栓调节蛋白和内皮细胞蛋白 C 受体的基因，使猪源性血液因子对激活蛋白 C 更加无效；

此外，还增添了表达抗炎蛋白 CD47 和血红素加氧酶 1 的基因。

手术前，研究团队还为患者准备了免疫抑制和监测方案，并对移植用猪进行了病原筛查。

移植手术成功进行。术后，患者立刻开始接受更昔洛韦、艾沙康唑和阿托伐醌的预防性抗感染治疗。维持性免疫抑制方案则包括吗替麦考酚酯、KPL-404 和甲基强的松龙。

术后，患者继续 ECMO 治疗，出现少尿性急性肾衰竭，并接受了左肾上极动脉支架植入术和肾脏替代治疗。移植后第 2 天，胸腔闭合，拔除气管插管。第四天，ECMO 停止。

患者胸片。A 为移植前，B 为移植后

图源：论文

术后第 6 天，异种移植物以 70～90 次/分钟的速率保持窦性心律，LVEF 提升到 55% 以上。

患者 LVEF 在整个术后过程中都保持正常或高动力状态。然而，移植后的左心室和右心室壁厚度、左心室舒张末期大小和整体纵向应变发生了变化：从术后到第 45 天，左心室壁厚度为 1.2～1.4cm，右心室壁厚度为 1.0～1.1cm，左心室大小为 3.4～4.6cm。整体纵向应变范围为 -25～-36%，表明基线顺应性良好。

经胸超声心动图

图源：研究论文

术后第 12 天，患者出现腹痛。CT 显示小肠璧增厚和游离液体，剖腹探查显示脓性液体，有大肠杆菌和热带念珠菌，小肠璧增厚，存在局部缺血区域，但正在缓解。没有急性缺血或穿孔的迹象。腹腔冲洗后关闭腹部。

术后第 5 周，患者腹膜炎恢复，给予肠外营养。移植后第 40 天重新开始场内喂养。住院期间，患者的恶病质恶化，体重从入院时的 85kg 降至术后最低点 62kg。

术后第 34 天，心内膜心肌活检未见排斥反应。患者能够在没有任何心血管支持的情况下复健（rehabilitate），且移植心脏功能正常，没有出现排异。

心内膜心肌活检。A：第 34 天活检；B：第 50 天活检；C：第 56 天活检；D和E：第 60 天死亡后尸检（图源：研究论文）

死亡：猪心出现不可逆损伤

术后第 43 天，患者出现嗜睡，进行气管插管；出现低血压，补液和血管加压素治疗后有所缓解。胸片提示双肺渗出，支气管镜显示右肺一级和二级气道遍布弥漫性浅溃疡，提示病毒或真菌感染。

此外，患者每周的 mcfDNA 检测结果显示猪巨细胞病毒（pCMV）显著增加，提示病毒感染。为了验证结果，研究团队迅速对移植动物的脾脏样本进行检测，显示供体猪巨细胞病毒阳性，表明供体动物可能有潜在的猪巨细胞病毒感染。

经过抗病毒治疗（更昔洛韦，后改为西多福韦）和免疫球蛋白注射，5 天后，患者气道溃疡减轻；移植后 47 天，患者拔除气管，继续室内复健。

术后第 48 天，护理人员偶然发现，患者独自坐在椅子上，正在向他们挥手――这是患者 109 天以来第一次起床。

然而，术后第 49 天晚上，患者出现轻度腹部不适和腹胀，血清乳酸水平上升，并出现低血压和肢端发绀――这意味着移植以来，心输出量在术后首次出现降低。

研究团队迅速对患者进行药物治疗和气管插管，剖腹探查结果没有显示异常。尽管超声心动图显示 LVEF 为 65%～70%，但左心室壁和右心室壁持续增厚，左心室大小持续减小。

当晚，他再次接受 ECMO 辅助治疗。

术后第 50 天，心内膜心肌活检未显示抗体介导的急性细胞排斥反应。然而，患者存在局部毛细血管损伤，伴有红细胞外渗和水肿。抗体染色表明毛细血管中存在 IgG 和 IgM（前者含量较高），但 C3d 或 C4d 呈阴性。在苏木精-伊红或免疫组织化学（CD3+ 或 CD68+）染色中，观察到心肌细胞缺血，但无细胞浸润。肌钙蛋白 I 水平升高。

后来的进一步研究确定，从这天开始，异种移植心脏衍生的游离 DNA (xdcfDNA) 水平，以及异种移植心脏特异性 IgG 和 IgM 的血清水平也达到峰值。

研究人员怀疑，患者存在抗体介导的排斥反应的非典型表现，并积极开始治疗：包括治疗性血浆交换、静脉注射免疫球蛋白、补体抑制和 B 细胞耗竭。

术后第 56 天，心内膜心肌活检显示病理性抗体介导的排斥。和上次活检相比，间质红细胞外渗和水肿有所减少，但 40% 的心肌细胞坏死。同样，没有细胞排斥的证据，但染色对 C4d、IgG 和 IgM 呈弱阳性，并且在坏死肌细胞区域更为突出，这可能表明非特异性结合。

超声心动图显示 LVEF 大于 70%，右心室功能正常，纵向应变改善 (-19.2%)。双心室壁增厚略有减轻，左心室大小保持缩小。ECMO 流量可从 5L/分钟降至 3L/分钟，且无需儿茶酚胺支持。进一步超声心动图未显示心室壁增厚、心室腔大小或整体纵向应变的改善，并且 ECMO 不能降至 2L/分钟以下。

研究人员终于意识到，异种移植物存在不可逆转的损伤。

术后第 60 天，经家属同意，生命支持系统撤除，世界首例猪心移植患者宣告死亡。

病毒感染：失败原因仍不明确

患者死亡后，研究团队对患者心脏进行了初步尸检，结果显示：

心脏重量从移植时的 328 克增加到 600 克；心肌细胞间隔很宽，居中细胞核被纤细条索隔开；肌细胞的坏死是分散的，并与肌细胞完整性的丧失有关；内皮细胞的变化从清晰细胞核到细胞肿胀，有血管完全溶解区域；红细胞以与血管外渗相符的模式分散在肌细胞间隙内。

这些发现，均与典型的异种移植排斥不符。研究团队表示，目前正在进行更多的研究来描述导致这种损伤的病理生理机制。

而此前 5 月 4 日《麻省理工科技评论》报道，世界首个接受猪心移植的患者，其死亡原因可能是所移植的猪心中存在病毒。

图源：麻省理工科技评论

患者的主刀医生于 4 月 20 日在美国移植协会的网络研讨会上表示，患者的心脏中存在猪巨细胞病毒，可对心脏移植产生破坏性的影响，也是患者死亡的潜在原因。

而猪巨细胞病毒是一种可预防的感染，这是否意味着，这项实验的失败，是由某些可以避免的错误导致的？

在 NEJM 上线的最新论文中，也对这一部分进行了探讨。

实际上，研究团队对供体动物进行了严格的人畜共患病检查和检测。

对来供体猪的严格饲养包括早期断奶、使用生物安全设施以及对病原体的常规监测。供体猪来自猪内源性逆转录病毒 (PERV)-C 阴性系，每 3 个月检测一次可能影响猪或人类健康的病原体，包括 PERV-A、PERV-B、PERV-C、猪巨细胞病毒 (pCMV ) 和猪嗜淋巴疱疹病毒 (pLHV)。

移植手术后，研究团队在预定时间点对患者进行 PERV-A、PERV-B 和 PERV-C 检测。并保留血浆、血清和外周血单个核细（PBMC）以备将来检测人畜共患病。

检验结果显示，供体猪检出 PERV-A 和 PERV-B，未检出 PERV-C。检出猪圆环病毒 3 型（PCV3），该病毒并未被证明可感染人类细胞，且由于循环阈值高（39），因此认为不属于阳性。此外，未检出其他猪病毒性病原体，包括猪巨细胞病毒（pCMV）和猪嗜淋巴疱疹病毒（pLHV）。

研究人员认为，这些结果提示，通过不摄入初乳、早期断奶和使用生物安全设施等饲养方法，可以成功清除猪病毒性病原体。

那么，移植失败的原因究竟是什么？

移植后的猪心脏支持患者存活了 7 周时间。这样来看，研究团队进行的耗竭 T 细胞和 B 细胞诱导方案，联合基于 CD40 的治疗，可以预防人体对转基因异种移植物的明显排斥。

移植猪心的心内膜心肌活检没有显示急性细胞或抗体介导的排斥反应。直到后期功能障碍发生一周后才观察到补体染色。

明显的突发舒张功能衰竭，以及收缩功能无障碍的整体病理性心肌增厚仍然无法解释。这些发现在人类同种异体器官移植中通常不可见。

移植 60 天后进行的 PCR，结果未显示患者的 PBMC 中存在 PERV-A、PERV-B 或 PERV-C 的证据，这表明病毒没有发生向器官接受者传播。mcfDNA 检测未显示移植后受者体内存在 PCV3 的证据。

第 20 天，mcfDNA 检测呈低水平猪巨细胞病毒阳性，随后几周水平升高。考虑到饲养实践、器官移植前供体动物鼻拭子标本的PCR 阴性以及抗病毒预防治疗方案，猪巨细胞病毒的检测出乎意料。

目前，不能确定通过血浆 mcfDNA 或 PCR 检测到猪巨细胞病毒是否代表移植猪心中的病毒复制、器官接受者体内的病毒复制或移植猪心中遗传物质的脱落。

此外，研究人员在该患者的肺灌洗样本中也检测到了人类疱疹病毒 6（HHV-6）。HHV-6 已被证明与猪巨细胞病毒发生交叉反应，并与同种异体移植排斥有关。研究人员认为，有必要进行进一步的病毒检测。

异种移植的未来

「无论这次异种移植是否开启了移植的新未来，这份研究都提供了一种新的观察――研究人员如何利用基因生物工程和细胞发育生物学迅速而深刻地解决医学问题。」一篇同期发表于NEJM的评论文章这样说。

文章提到，大约 30 年前，物种间补体调节的不相容性被认为是异种移植失败的基础原因，基于此，有人提出猪的基因工程作为一种可能的解决方案。验证这个设想用了 5 年时间，因为基因工程依赖于 DNA 的随机插入和几代的繁殖，以确保种系修饰。

相比之下，世界首例猪心移植用于生成猪的技术允许在体细胞（或其他情况下的多能干细胞）中引入多个位点特异性修饰，结合重编程和核移植克隆，产生创始动物。

今天，基因工程技术极大地拓展，控制更加精准，修改更加快速，使得能够在动物传代之前就对某些特征和临时修改进行测试。例如，当发现实验性心脏异种移植物发生肥大变化时，作者迅速关注到现内皮生长激素受体基因并进行测试。

猪的克隆固定了引入基因变化和猪的遗传背景，从而加快了对遗传特征的评估，但潜在地减慢了源动物的最佳背景的发现。

评论文章还提到了一个更重要的可能，用于改造猪的基因技术是否可以应用于让猪生成人体组织和器官。多能干细胞和其他类型的细胞越来越多地被探索用于通过器官发生或三维组织工程生成自体器官，这些使用经过改良以抵抗潜在疾病的自体器官可能会避免终身免疫抑制的需要和毒性作用。

就像患者儿子在医院发表的声明中所说：

「We are grateful for every innovative moment, every crazy dream, every sleepless night that went into this historic effort. We hope this story can be the beginning of hope and not the end.」（我们感谢这次历史性尝试中的每一个创新时刻、每一个疯狂的梦想以及每一个不眠之夜。我们希望这个故事并非终点，而是希望的开始。）

术后恢复中的 Bennett 和他的医生

图源：dicardiology.com

策划：z_popeye｜监制：gyouza

题图来源：论文截图