《TRANSPLANTATION》：Advancing Assessment Methods for Human Cardiac Grafts During Normothermic Machine Perfusion
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本综述系统探讨了在常温机械灌注（NMP）背景下，通过共振拉曼光谱（RRS）无创评估线粒体氧化还原状态、利用左心室（LV）球囊量化心功能、以及分析灌注液炎症标志物这三种先进方法，旨在提升边缘性供心质量的评估精度，为解决心脏移植领域供体严重短缺的全球性难题提供了新的技术路径和理论依据。
背景
心力衰竭是全球性的重大健康挑战，影响着超过2300万人，心脏移植是治疗终末期心衰的金标准。然而，由于严格的筛选标准，仅有约三分之一的可用供心被实际利用，供体心脏严重短缺。机器灌注技术，特别是常温机械灌注（NMP），为改善移植物保存和评估带来了希望，但其在预测移植可行性方面的潜力尚未被充分发掘。
材料与方法
本研究获得了机构审查委员会的批准。研究人员通过新英格兰供体服务机构获取了因不符合理想标准而被拒绝移植的人类心脏。这些心脏在冰冷的威斯康星大学溶液中以静态冷保存（SCS）方式运输。供体和移植物特征显示，研究涉及8个心脏，供体年龄、性别、 warm ischemic time (WIT)、 cold ischemic time (CIT)、身体质量指数（BMI）、死亡类型（DBD 或 DCD）以及死亡原因存在异质性。
所有心脏均在Langendorff模式下进行为期6小时的NMP。灌注液为无细胞溶液，含有特定浓度的电解质、葡萄糖、牛血清白蛋白（BSA）、肝素、胰岛素等成分，pH值稳定在7.4。灌注过程中持续监测主动脉流量和压力。
活力评估方法包括：
- 1.
灌注液血气分析： 测量氧含量、乳酸、pH、钾离子，并计算氧摄取率（OUR）。
- 2.
灌注血流动力学、体重增加和组织采样： 计算血管阻力，监测心脏重量变化（水肿指标），并在灌注前后获取左心室（LV）和右心室（RV）的全层组织样本进行组织学分析。
- 3.
显微镜检查： 对组织样本进行苏木精-伊红（H&E）染色。
- 4.
灌注液促炎标志物： 使用基于微球的免疫分析法（Luminex）检测灌注液流出液中的多种炎症因子。
- 5.
通过共振拉曼光谱（RRS）量化线粒体氧化还原状态： 使用便携式RRS设备，以441 nm激光照射左心室表面，通过光谱分析计算还原型线粒体与总线粒体的比率，即共振拉曼还原线粒体比率（3RMR）。
- 6.
功能评估： 通过插入左心室的球囊测量左心室压力，并计算收缩性（最大正导数）和舒张性（最小负导数）指标。
统计分析采用Pearson相关系数评估灌注前3RMR值与功能参数之间的关系。
结果
常规评估指标本身不足以可靠地确定移植物活力
传统的评估指标，如乳酸代谢、pH值、血管阻力等，在预测这些边缘心脏的活力方面表现不一致。大多数心脏的动静脉乳酸差（ΔLactateoutFlow–inFlow）在零附近波动，表明乳酸消耗和产生交替进行。尽管乳酸代谢相对稳定，但灌注液中乳酸浓度和酸度（pH下降）随时间增加。所有心脏均出现显著重量增加（水肿），右心室壁水肿尤为明显。血管阻力在不同心脏间差异很大，但随时间变化不大。
左心室功能评估提升了Langendorff模式机器灌注期间的移植物评估
左心室球囊测量显示，心脏E和F在灌注初期产生了较高的左心室脉动压力，但所有心脏的左心室脉动压力、收缩性和舒张性在6小时灌注期内均呈现下降趋势，表明存在严重的左心室功能障碍。唯一例外是心脏B，其在左心室脉动压力下降的同时，收缩性和舒张性在灌注第二小时有所增加。
线粒体氧化还原状态有助于静态冷保存（SCS）和再灌注期间的移植物评估
灌注前（在冰上测量）的线粒体氧化还原状态与灌注初期的功能恢复密切相关。灌注前3RMR值较低（即氧化型线粒体比例较高）的心脏（如E和F），在灌注初期表现出较高的左心室脉动压力、收缩性和舒张性。而灌注前3RMR值较高（还原型线粒体比例高）的心脏（如A、C、D、G），功能恢复较差。灌注前3RMR值与灌注第一小时的心脏收缩性呈强负相关（r2 = 0.725）。心脏B是个例外，其灌注前线粒体完全还原（3RMR为100%），但功能优于其他高3RMR心脏。
所有边缘心脏移植物基于3RMR被判定不适合移植
在灌注过程中，没有一个心脏的线粒体功能达到最佳状态（即3RMR处于中间范围）。所有移植物的3RMR值均处于不健康的极端水平：一些心脏（B, C, F）的3RMR值异常低，而另一些（A, E, D）则维持异常高的3RMR值。肌红蛋白氧化百分比随时间增加，表明心肌细胞利用氧气的能力逐渐丧失，提示线粒体功能受损。H&E染色结果支持了这些心脏在储存后处于次优状态，显示灌注前心肌细胞缺乏基本的结构要素，如横纹和闰盘。
常温机械灌注（NMP）引发高度促炎反应
所有心脏均表现出关键促炎分子分泌的大量增加。 adhesion molecules 如可溶性细胞间 adhesion molecule-1 (sICAM-1) 和可溶性血管细胞 adhesion molecule-1 (sVCAM-1) 不同程度升高，表明内皮细胞激活。P-selectin 和 metalloproteinase Adamts13 的增加在所有心脏中相对均匀。促炎细胞因子，如 interleukin-6 (IL-6) 和 tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) 的分泌在灌注结束时比初始值增加了数千倍。IL-8、IL-1RA 和 monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) 的释放也有所增加。值得注意的是，抗炎细胞因子 IL-10 的分泌也显著增加。
讨论
本研究探讨了三种评估方法在评估人类心脏移植物方面的潜力。由于供体心脏存在高度异质性（年龄、合并症、缺血时间等），得出明确结论具有挑战性。结果表明，边缘心脏在SCS期间特别容易受损，尽管部分DBD心脏在获取前左心室射血分数（LVEF）正常，但储存后均无法产生接近生理正常值（90-140 mm Hg）的峰值收缩压。功能下降可能源于移植物初始质量、球囊充盈压力、过长的离体时间以及SCS相关的损伤等多种因素。
RRS技术的应用揭示了线粒体氧化还原状态在SCS期间作为移植物损伤/恢复的额外指标的重要性。其无创、快速、便携的特点使其易于整合到临床 ex vivo 灌注系统中。SCS末期的线粒体氧化还原状态测量对于预测移植物在NMP再灌注后的初始功能能力至关重要。氧化型线粒体比例较高（低3RMR）表明组织中氧气可用性较好，有利于维持细胞稳态，从而在再灌注时表现出更好的功能恢复。
研究还观察到，大多数心脏在NMP期间出现乳酸产生和酸中毒。在线粒体高度还原的心脏中，这可能反映了 reactive oxygen species 和缺血/再灌注损伤导致的线粒体功能障碍。而在氧化型线粒体心脏中，乳酸酸中毒可能源于灌注液高粘度（由于高浓度BSA）和缺乏氧载体导致的氧气输送受限。尽管无细胞灌注液可能降低免疫原性和简化 logistics，但优化其成分（如考虑加入人工氧载体或调整 oncotic agents）以改善氧输送同时控制水肿，是未来的重要方向。
此外，NMP引发了复杂且剧烈的炎症反应，多种促炎和抗炎介质大量分泌。这些细胞因子不仅影响移植物功能，还可能调节移植后排斥反应的易感性，因此其鉴定和量化可作为预测移植成功的指标。
本研究的局限性包括供体心脏的异质性、统一的灌注方案可能不适用于所有移植物、以及无细胞灌注液与临床条件的偏差。未来的研究需要更定制化的灌注策略和更受控的模型来验证这些发现。
