肝衰竭是指由病毒、药物及毒素等各种因素所引起的严重肝脏损害，是一种以凝血功能障碍和黄疸、肝性脑病、腹水等为主要表现的一组临床症候群。肝衰竭属临床危急重症，常规内科治疗效果很不理想，病死率高达50%～80%，其中Ⅳ期肝性脑病患者的病死率更达90%～95%。肝衰竭的基础和临床研究均面临着许多极具挑战性的问题，为攻克肝衰竭高病死率的难题，应用人工肝脏(简称人工肝，artificial liver)治疗肝衰竭的手段应运而生。人工肝脏是指借助一个体外的机械、理化或生物反应装置，清除因肝衰竭产生或增加的各种有害物质，补充肝脏合成或代谢的蛋白质等必需物质，改善患者水、电解质和酸碱平衡等内环境，暂时辅助或替代肝脏相应的主要功能，直至自体肝细胞再生、肝功能得以恢复，从而提高患者的生存率；对肝细胞再生不良的晚期肝病患者，人工肝脏则能改善症状，成为肝移植的"桥梁"。

1986年起，浙大一院李兰娟团队就开始研究人工肝治疗肝衰竭原理、设计各种人工肝方案，经过20余年努力，创建了一系列根据不同病情进行不同组合、能暂时替代肝脏的主要功能、改善肝衰竭并发症、以及明显提高患者生存率的新型人工肝系统，统称为李氏人工肝系统(Li’s artificial liver system, Li-ALS)，包括李氏非生物人工肝(Li’s Non-bioartificial liver，Li-NBAL)、李氏生物人工肝(Li’s bioartificial liver，Li-BAL)和李氏混合型人工肝(Li’s Hybrid artificial liver，Li-HAL)。

浙大一院李兰娟团队于20世纪80年代中期开始研究人工肝脏，提出了人工肝治疗肝衰竭的设计原理，在全国范围内推广了能改善肝衰竭并发症、明显提高患者生存率的李氏非生物人工肝。关于该系统的研究在1998年获得国家科技进步二等奖。随着对肝衰竭发病机制研究的深入和生物工程技术的进展，Li-NBAL的研究也不断发展。

新型的Li-NBAL系统将血浆置换、血浆灌流和血液滤过等多种净化手段模块化集成，研制了双腔循环池，有机耦联血浆分离、选择性血浆置换、吸附和滤过四个功能单元，减少无效腔，提高循环效能和疗效。根据患者个体化的病情需要，采取不同的参数设置，治疗过程中先进行血浆置换，接着进行血浆吸附及血浆滤过，从而有效地拓宽毒素的清除范围，实现各治疗手段之间的优势互补；同时其独特的仪器设备及管路设计也为实现治疗模块的组合提供了充分的技术保障(图1)。对比国际上一些基于全面清除蛋白结合毒素和水溶性毒素的血液净化新系统，如白蛋白分子吸附再循环系统(MARS)、成分血浆分离吸附联合血液透析(Prometheus)等，Li-NBAL系统费用更为低廉，在高效清除水溶性及蛋白结合毒素清除的同时兼顾肝脏合成功能替代，能有效维持人体水电解质平衡及免疫稳态，更加适合肝功能衰竭患者肝脏功能的替代治疗。

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图1

李氏非生物型人工肝系统示意图

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图1

李氏非生物型人工肝系统示意图

对于有肝衰竭倾向和慢加急性肝衰竭早期的患者，行Li-NBAL治疗时建议联合低容量血浆置换及血浆吸附滤过，治疗时每次血浆置换约1 000～1 500 mL(500～1 000 mL新鲜血浆＋5%白蛋白溶液500 mL)，接着进行血浆吸附及血浆滤过，组建如图1所示的血浆滤过循环通路。血浆置换模块能有效去除肝衰竭患者体内的主要毒素，补充凝血因子和调理素等有益成分，联合血浆吸附滤过的过程能更充分发挥系统的毒素清除功能。临床实践表明：血浆置换联合血浆吸附和血液滤过在降低血浆使用量的同时，胆红素的下降幅度在50%左右，患者耐受性好，治疗过程顺利，凝血功能稳定，血色素无明显改变。

对于慢加急性肝衰竭中晚期患者，行Li-NBAL治疗时可适当提高血浆置换量，治疗时推荐每次血浆置换量约2 000～2 500 mL(新鲜血浆1 500～2 000 mL＋5%白蛋白溶液500 mL)，完成血浆置换后序贯进行血浆吸附滤过治疗。血浆置换后联合血液滤过模块，能有效纠正血浆置换过程中明显上升的血清枸橼酸浓度、高钠血症和代谢性碱中毒等不足，同时活性炭及阴离子树脂吸附模块的加入则进一步增强了对血氨和细胞因子等的清除能力。临床经验表明，血浆置换联合血浆吸附、血浆滤过这两个模块治疗后，既有效地维持了终末期肝衰竭患者的水电解质和酸碱平衡，同时清除促炎因子，对患者肝性脑病和肝肾综合征的防治有着较好的效果。

对于单纯高胆红素血症患者，行Li-NBAL治疗时可使用小剂量血浆置换(置换液为新鲜血浆500～1 000 mL ＋5%白蛋白溶液500 mL)，后序贯采用胆红素吸附联合阴离子树脂吸附和血液滤过。血浆置换模块能使胆红素水平快速下降并清除主要毒素，序贯胆红素吸附联合阴离子树脂吸附和滤过的过程能进一步提升胆红素清除效率，并进一步清除中小分子有毒物质。

Li-NBAL既可为肝衰竭患者提供标准化治疗方案，也可针对不同病情患者提供不同治疗模块的选择组合，以满足个体化治疗需要，其有着广阔的推广应用前景。

自1987年以来，有30多种生物型人工肝系统的设计和治疗结果得以报道。目前，主要有以下几种生物型人工肝：Li-BAL系统、Extracorporeal LiverAssist Device (ELAD)系统、Bioartifial Liver Support System (BLSS)系统和Radical Flow Bioreactor(RFB)系统等。

浙大一院李兰娟团队基于自主研制的人源性永生化肝细胞株HepLi4、漏斗型流化床生物反应器Li-CFBB和双腔储液池，构建了新型生物型人工肝系统。该系统由两个循环回路组成，第一个是血浆分离循环回路，第二个是生物反应器循环回路，包括：储液池、循环泵、氧合器、生物反应器及溶氧监测仪等装置。该循环路径中的蠕动泵速度快于返浆泵，因此能够实现血浆在储液池与生物反应器之间的多次反复循环，延长血浆与微囊细胞的接触时间，提高反应器效率，该循环相关设备均置于一个温控的生物反应箱内。用肝衰竭模型猪对该生物型人工肝系统的安全性及疗效进行评价，实验结果表明：与对照组相比，经Li-BAL系统治疗后，肝衰竭模型猪血氨和乳酸浓度明显降低，血糖及氨基酸水平相对平稳，实验动物生存时间显著延长^[1,2]。

其他研究中的生物型人工肝系统包括休斯敦Baylor医学中心Sussaman等^[3]研制的ELAD系统及Millis等^[4]研制的改良ELAD系统、BLSS系统及RFB系统等。总的来说，各种生物型人工肝装置在细胞来源、细胞用量、血浆或全血的应用、灌注率及治疗所需时间(持续或间断)等方面各不相同。每柱细胞量为100～500 g，流速为20～200 mL/min。每种以细胞为基础的生物型人工肝系统均存在相应优点和缺点。所有系统看来都安全，但没有任何一种系统被FDA批准在美国应用。有关人工肝和生物型人工肝支持系统的循证医学总结表明，这些系统对急性肝衰竭患者生存率的影响有待进一步证实。

理想的人工肝脏应该与原来的生物器官接近或类似，基本上能够担任及完成正常肝脏的解毒、合成及生物转化三项基本功能。因此，将血液透析滤过、血浆交换及血液灌流等偏重于解毒作用的装置与生物型人工肝相结合，组成混合型人工肝脏，有望更好地代替肝脏功能。目前，主要的混合型人工肝系统有Li-HAL系统^[5]、HepatAssist系统^[6,7]、Modular Extracorporeal liver support (MELS)系统^[8]、Academic Medical Center (AMC)系统^[9]和SRBAL系统^[10]等，目前绝大多数都停留在临床试验阶段。

浙大一院李兰娟团队在以往非生物型人工肝研究的基础上，引入中空纤维型生物反应器(内含猪肝细胞)，结合血浆置换，构建了混合型人工肝支持系统，治疗了15例肝衰竭患者。治疗过程中患者生命体征平稳，治疗后昏迷患者的神志短暂恢复，食欲短暂好转。治疗后和治疗前相比，TBil下降了49.3%，PTA提高24.9%，内毒素下降36.6%。治疗前后用PCR法和PT-PCR法监测猪内源性逆转录病毒，结果均为阴性。15例患者中有10例治疗后病情好转，经内科综合治疗后临床治愈出院(出院指征为TBil<50 μmol/L，ALT<40 U/L，PTA>60%)^[5]。

近年来，浙大一院李兰娟团队已经创建了另外一个具有自主知识产权的新型混合型人工肝。该系统采用分布式控制系统结构，包含6种非生物型人工肝治疗模式，并可和生物型人工肝治疗模式组合，系统包含了温度、溶解氧浓度、pH值及压力等的监测，同时进行数据采集和反馈控制，具备在线监测和智能控制功能，并已进行大动物体外循环实验，获得满意疗效。

肝细胞移植为终末期肝病患者带来新的希望，但由于供肝短缺和成熟肝细胞在体内无法增殖分化，肝细胞移植难以取得预期的满意结果。随着干细胞研究的深入，干细胞的肝细胞分化潜能已在体内外被广泛证实，并已有应用人骨髓间充质干细胞(hBMSC)移植治疗慢性肝纤维化的小样本、无随机对照的临床研究报道，但确切机制不明^[11]。

李兰娟团队首次利用hBMSC肝内门静脉移植暴发性肝衰竭猪^[11]，结果发现，87%模型猪经门静脉移植hBMSC(3×10⁶个/kg)后长期成活(>6个月)，而经外周静脉移植等量hBMSC组和经门静脉注射生理盐水组动物则在4 d内全部死亡，该研究表明，经门静脉移植hBMSC是治疗暴发性肝衰竭(FHF)的有效途径，为FHF的临床治疗开辟了新的途径。与此同时，利用最新代谢组学技术与方法对门静脉移植hBMSC治疗FHF模型猪的血浆进行分析研究，结果发现hBMSC治疗后3 d内FHF猪代谢紊乱状况即得到快速纠正，治疗5周后，FHF猪肝功能完全恢复正常，代谢谱也回归健康状态。其中胆汁酸，磷脂酰胆碱及溶血磷脂酰胆碱等物质与FHF的发病及预后密切相关，进一步从代谢标志物的变化趋势阐明了hBMSC移植治疗FHF的代谢组学转归机制^[12]。

最近，浙大一院李兰娟团队利用大规模抗体芯片、转录组测序、蛋白质谱分析等新技术，从生化功能、细胞因子表达谱、转录组、蛋白组及代谢组与组织学等水平对植入干细胞与宿主间发生的相互作用关系进行了定量评价。结果发现，植入干细胞可明显抑制FHF所致的致命性细胞因子风暴，并在7 d内恢复FHF宿主内环境，精确定量证实此时猪肝脏中的人源性肝细胞约占4.5%，人源性白蛋白约占0.4%，表明早期干细胞增殖转分化的作用有限。进一步利用多组学功能关联分析技术发现，移植干细胞早期主要通过旁分泌作用抑制炎症介质分泌、调节免疫反应等来改变宿主对FHF损伤的响应，最终促进宿主自身肝脏再生修复^[13]。

干细胞移植可用于治疗急慢性肝衰竭及多种肝脏相关的遗传性代谢缺陷疾病，它是实施肝脏导向体外基因治疗的工具。尽管干细胞移植的研究已有很大的进展，对于部分疾病的治疗已进入临床研究阶段，但在干细胞移植常规应用于临床前，仍有许多问题尚待进一步解决，如干细胞的来源、保存和培养增殖条件需进一步完善；合适的细胞移植部位、数量和移植途径；移植干细胞存活、增殖和功能的检测；干细胞移植长期安全性；临床治疗用干细胞质量标准等。