Nature Medicine：猪肝桥接，人体作何应答？纵向多组学拆解跨物种移植动态互作图谱

在人类遗体中使用猪肝脏异种移植进行体外交叉循环的纵向多组学分析

2026年7月，美国纽约大学朗格尼移植研究所等相关研究人员在《Nature Medicine》（IF:52.5）上发表了题为“Longitudinal multiomics profiling of extracorporeal cross-circulation with pig liver xenografts in human decedents”的研究论文，通过多组学分析揭示了人源与异种移植系统在早期肝移植过程中复杂的相互作用机制，为提升肝异种移植模型的生物相容性以满足临床应用需求提供了理论依据。

亮点概述：

高分辨率空间图谱联合血液多组学分析精确捕捉宿主与肝异种移植模型的空间分布与动态互作。
体外肝脏交叉循环（ELC）过程中人凝血因子水平不足时，异种移植模型可提供额外的凝血支持。
ELC过程中猪源血管性血友病因子（vWF）介导血小板黏附和多细胞协同吞噬作用，造成ELC后血小板骤降。
在无肝期条件下，猪肝异种移植依然能够提供一些关键的肝脏支持功能，但脂质代谢支持存在选择性不足。

研究背景：

肝移植是治疗急性或慢加急性肝衰竭（ALF/ACLF）的根治性手段，ALF/ACLF的发病率持续上升，加之疾病进展迅速且器官供应长期短缺，突显了寻找同种异体移植替代方案的必要性。

利用基因编辑的猪肝进行体外肝脏交叉循环（ELC）是一种替代性肝脏支持策略，尤其适用于无法耐受手术的患者。2023-2025年间，研究人员在四名脑死亡受试者（D1-D4）上进行了五次ELC手术，其中第4名受试者（D4）连续接受了两次ELC手术（D4-ELC1和D4-ELC2），并在第二次手术（D4-ELC2）中切除了其自体肝脏。尽管出现了严重的血小板减少症和IgM沉积，但受试者均保持了血流动力学稳定且代谢功能增强。这些手术证实了在人体内进行72-84小时猪异种肝脏ELC作为临时肝脏支持的可行性，但其潜在的生物学机制仍不完全清楚。

结果描述：

研究人员对D1-D4在五次ELC过程中获取的25份异种移植肝脏组织活检样本以及D2-D4的3份人源肝脏活检样本进行了单细胞及空间转录组学（ST）分析，同时通过密集时间点采血对64份纵向血液样本进行基于LC-MS的蛋白质组学、脂质组学及代谢组学分析。ST分析在异种移植模型中鉴定出13种猪源细胞和12种浸润性人源细胞类型，在天然肝脏中发现22种人源细胞类型。其中人源浸润细胞以炎性巨噬细胞和中性粒细胞等先天免疫细胞为主，而适应性免疫细胞如T细胞、B细胞等相对较少，这表明异种移植后主要触发的是先天免疫应答，而非适应性免疫反应。蛋白质组学共鉴定出6,961个人源和4,879个猪源蛋白质群组，均主要富集于免疫系统、代谢和信号转导通路。猪源蛋白在ELC启动1小时内即大量进入循环系统，且在治疗结束时仍保持较高的多样性。代谢组分别鉴定出227种和1,426种代谢物，这些代谢物主要参与类固醇激素生物合成、初级胆汁酸生物合成以及花生四烯酸代谢通路。脂质组检测到410种脂质分子，其中甘油三酯（TG）、鞘磷脂（SM）和磷脂酰乙醇胺（PE）含量最为丰富。

猪肝脏与脑死亡受试者的多组学解析

补体激活与沉积是导致移植损伤和排斥反应的关键介导因素。鉴于肝脏是补体蛋白的主要来源，研究人员假设异种移植来源的猪源补体与受者来源的人源补体共同参与免疫应答。血液蛋白质组学分析揭示了ELC过程中循环的人源及猪源补体蛋白呈现不同的变化轨迹。随后通过序列比对、模糊C均值聚类、通路富集、蛋白-蛋白相互作用网络等分析，发现与猪补体协同变化的凝血蛋白在三条凝血通路中均有富集，进一步支持了补体、凝血及其他模块（如D3中的趋化因子信号通路）之间潜在的功能联系。为比较不同物种的贡献，研究人员将循环中的猪凝血因子水平与对应的人凝血因子水平进行了归一化比较，发现在自身肝脏完整的情况下（D1–D3-ELC和D4-ELC1），猪/人的主要凝血因子比值在手术过程中基本一致，并在ELC启动后有所升高，部分因子达到或超过人源水平；在无肝状态下（D4-ELC2），这一趋势更为显著。上述结果表明当人源凝血因子水平不足时，异种移植可能会提供额外的凝血功能支持。

猪与人类循环系统中凝血蛋白的动态变化

循环血液中的血小板计数显示，ELC启动后血小板急剧下降（<20,000/μL），且与异种移植质量呈负相关。机制上是由于猪源血管性血友病因子（vWF）通过上调内皮激活标志物（ICAM1、VCAM1）和趋化因子（CXCL9、CXCL10）的表达促使人血小板聚集。有趣的是，尽管猪源vWF基因在异种移植猪源肝窦内皮细胞（SECs）中表达升高，但循环猪源vWF蛋白水平在所有ELC中均下降，提示vWF在微血管内局部消耗并介导血小板捕获。此外，邻域富集分析显示血小板与多种猪源内皮细胞亚型共定位，特别是SECs。血小板在空间上也与猪肝细胞、巨噬细胞以及浸润的人红细胞和免疫细胞相邻。ELC启动后，猪源肝细胞ASGR1（一种参与血小板识别与清除的受体）表达上调，其血小板共定位及吞噬信号均强于自身肝细胞，提示异种移植中存在肝细胞-血小板相互作用。将H&E染色与ST基因面板鉴定的细胞重叠，揭示了血小板活跃的吞噬和内吞作用。在ELC后期，富含血小板的区域显示出猪源C3及多种促炎或急性期基因表达升高，表明异种移植中免疫细胞与血小板间的相互作用增强。

人血小板在ELC过程中的动力学特性及组织免疫微环境

鉴于肝脏在代谢、蛋白质合成及分泌中的核心作用，研究人员对循环代谢物、脂质以及猪源和人源特异性蛋白进行了定量分析。代谢组结果显示，D1、D2启动ELC后，胆红素、胆绿素短暂升高，随后趋于平稳或整体下降。D4在自身肝脏被切除后，可使之前因手术而短暂升高的两个指标重新下降并保持平稳。蛋白质组结果显示，D1–D3-ELC和D4-ELC1的猪源转运蛋白和载脂蛋白逐渐升高，人源蛋白则波动无明显时序模式，D4肝脏切除后随着人源蛋白下降猪源蛋白大幅增加并维持至ELC2结束。脂质组学结果显示，循环脂质总浓度在D1–D3-ELC和D4-ELC1期间保持相对稳定，但在D4-ELC2肝切除术后仍维持较低水平，其中PE、磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酸（PA）逐渐下降，TG和SM立即下降并维持在低水平，而神经酰胺在肝切除后相对稳定。这些发现提示在仅由肝异种移植提供代谢支持的情况下，ELC能够为载脂蛋白合成、胆红素清除、能量代谢和解毒提供肝脏支持，而脂质动态变化具有异质性及类别特异性。