第三节 异种角膜临床应用研究前景
角膜移植是治疗角膜盲的有效方法。在美国及某些西方发达国家目前并不存在角膜供体材料紧缺问题，但中国、韩国和日本等亚洲国家对角膜供体材料的需求远远大于供给。要想从根本上解决角膜供体材料匮乏问题，就必须开辟角膜供体材料来源的新途径。随着对异种角膜之间排斥反应机制的研究深入，以猪角膜为代表的异种移植供体材料逐渐引起临床的关注，初步研究取得了喜人的效果。
一、代表性的异种角膜移植供体材料
尽管非人灵长类动物与人类的亲缘关系更为接近，而且已经有研究显示猿角膜作为移植供体取得了满意效果，但考虑到非人灵长类动物有限的繁殖能力、携带与人类共有的病原体（如人类免疫缺陷病毒等）、伦理学对使用灵长类动物的限制等，目前非人灵长类动物无法被广泛作为人类角膜供体来源。除了灵长类动物，与其他哺乳动物相比，人与猪的亲缘关系相对较近，猪的各脏器解剖结构与人类有许多相似之处。从伦理学上讲，用猪角膜给人移植也是一种可以接受的选择。从技术角度讲，由于角膜是免疫赦免组织，异种移植后不会迅速长入新生血管，移植后的最终结果要比其他系统器官移植好得多。随着基因工程技术的不断发展及完善，在经过有选择的基因修饰后猪角膜在抗免疫排斥反应方面可与人角膜媲美。因此猪有可能成为人异种角膜移植理想的供体源。
二、异种角膜移植的免疫排斥反应
角膜是一种无血管组织，且具有免疫赦免优势，因此在异种角膜移植中不会出现器官移植中常见的超急性免疫排斥反应（hyperacute rejection，HAR）。
1.体液免疫
野生型猪角膜可表达一种猪抗人及灵长类天然抗体——α1，3半乳糖基转移酶（α1，3 galactosyltransferase，αGal）。αGal主要在角膜前基质层中大量表达，在角膜其他基质层和内皮层中也有表达。临床研究发现，角膜长有新生血管的患者或者有眼部炎症的患者在行野生型猪眼角膜移植手术后，人体产生的许多抗猪抗体，尤其是αGal抗体，会迅速接近移植片，使移植片的存活率下降。鉴于以上原因，目前已经有αGal基因敲除猪在异种角膜移植中应用，有望从根本上解决解决猪异种角膜移植体液免疫排斥反应中的αGal抗体问题。
2.细胞免疫
无论是同种角膜移植还是异种角膜移植，造成免疫损伤的主要原因都是CD4+细胞，靶向为角膜的内皮细胞。此外，CD8+T细胞、自然杀伤T细胞和树突状细胞可能参与排斥反应。在异种角膜移植中，排斥反应主要受炎性细胞因子的介导，尤其是IFN-γ，可经CD4+和/或CD8+T细胞释放到移植片产生效应。此外，异种移植片发生排斥反应还明显与诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和一氧化氮（nitric oxide，NO）基因表达密切相关。
3.免疫赦免
在眼内，角膜、前房、玻璃体腔和视网膜下层空间为免疫赦免区。在免疫赦免区虽然主要组织相容性复合体抗原表达很弱，但是Fas配体（FasL，CD95L）、程序性死亡配体1（programmed death ligand，PD-L1）、少量未成熟的抗原递呈细胞，免疫调节分子，如 IL-10、转化生长因子 -β（transformation growth factor-β，TGF-β）和房水中的补体调节蛋白（complement regulatory protein，CRP）等均有表达。与补体不同的是，以上分子具有高度种属特异性，从而加重了补体介导的损伤，因此抗体在角膜异种移植排斥反应中比角膜同种移植排斥反应中具有更重要作用。另外，对于患有圆锥角膜、角膜炎症、新生血管、眼外伤或感染等疾病的患者，由于炎症反应造成局部组织结构破坏，这些患者即使进行同种角膜移植也可能出现排斥反应，异种角膜移植将更是如此。
三、基因工程猪
2001年，中国学者完成了世界上第一头α-1，3-半乳糖基转移酶基因敲除猪的构建。此后，针对不同的免疫排斥反应，又有多种基因工程猪构建成功，主要包括：①α-1，3-半乳糖基转移酶基因敲除猪：此猪的角膜植片具有明显的抗超急性免疫排斥反应的能力。②可表达人补体调节蛋白的猪：所表达的补体调节蛋白包括衰变加速因子（decay-accelerating factor，DAF，又称 CD55）和膜复合因子蛋白（membrane cofactor protein，MCP，又称 CD46）等，能起到抗灵长类补体介导的损伤的保护作用。③细胞毒T淋巴细胞抗原4免疫球蛋白（cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-Ig，CTLA4-Ig）基因工程猪：该猪对移植物局部产生的T淋巴细胞具有免疫抑制作用。④显性负Ⅱ类反式激活子基因（dominant-negative class Ⅱ transactivator gene）突变猪：该猪通过正向调节猪白细胞Ⅱ类抗原的表达，可促进受抑制血管内皮细胞的表达，从而减少灵长类动物CD4+T细胞诱导的损伤。⑤“抗凝”“抗炎”和“抗凋亡”基因猪：例如组织因子通路抑制剂（tissue factor pathway inhibitor，TFPI）、CD46、血栓调节蛋白（thrombomodulin，TM）、人锌指蛋白 A20（human A20，hA20）基因和人血氧化酶 -1（human hemoxygenase-1，hHO-1）等。随着时间的推移，会有越来越多经过单基因或多基因改造的猪品种面世，这也使我们确信在不远的将来异种角膜移植将会更广泛地开展。