角膜异种移植：同种异体移植免疫生物学启示与新兴转化策略

《Xenotransplantation》：Corneal Xenotransplantation: Lessons From Allograft Immunobiology and Emerging Translational Strategies

　　

角膜移植是有效的复明手术，但其全球影响仍受限于人类供体组织的有限性和获取不均，以及免疫介导的移植物失败，尤其是在高危受者中。异种移植提供了一种潜在的可扩展替代方案，但成功的临床转化需要理解异种免疫反应与同种异体角膜移植排斥机制之间的差异及其叠加关系。本综述批判性地审视了角膜同种异体移植中最适用于异种移植物开发的免疫学启示，并评估了猪角膜异种移植的当前证据。研究聚焦于角膜免疫特权的条件性本质、抗原识别途径以及供体组织负荷与免疫暴露之间的关系。重点置于新鲜细胞性猪角膜异种移植和非人灵长类（NHP）研究，这些研究表明延长移植物存活是可实现的，但仍依赖于对T细胞反应、抗体产生、补体激活和巨噬细胞介导损伤的控制。猪角膜异种抗原，包括α-Gal和非Gal表位，进一步区分了异种与同种异体移植。新兴策略包括基因工程供体猪、靶向免疫抑制与共刺激阻断、组织选择性板层和内皮异种移植物，以及旨在减少异种抗原负荷的脱细胞或混合构建体。总体而言，当前证据表明临床角膜异种移植不太可能依赖单一策略。相反，持久且可扩展的移植物存活可能需要基于适应证的供体改造、免疫调节和移植物设计的组合。因此，角膜同种异体移植的经验为确定哪些免疫屏障可通过组织选择来降低、哪些仍为跨物种环境所特有提供了重要框架。

1 引言

角膜移植可在大范围角膜疾病中恢复视力，但全球范围内合适人类供体组织的获取仍显著不均。与此同时，人类同种异体移植表明角膜并非均匀免受免疫损伤：低危移植物受益于无血管性和局部免疫调节，而血管化、炎症、既往移植物失败及其他高危特征可破坏免疫特权并显著增加排斥风险。这些局限性为研究可同时解决供体可得性和免疫学风险的可扩展替代方案提供了依据。猪角膜因其可得性及大致可比的光学和结构特征而被研究作为人类供体组织的潜在替代物。与血管化实体器官异种移植不同，角膜移植不需要血管吻合，且发生于相对免疫调节的部位。然而，物种特异性抗原和细胞免疫反应仍是重要屏障。重要的是，相关生物学不能简单地从肾或心脏异种移植外推：角膜异种移植物具有其自身的抗原表达、抗体反应、细胞浸润、补体激活和内皮损伤模式。本综述因此采取聚焦转化的方法。研究人员首先总结角膜同种异体移植中对异种移植物设计最具信息价值的免疫学原理，然后审视新鲜细胞性猪角膜异种移植，重点关注非人灵长类（NHP）研究、角膜异种抗原性、免疫抑制策略、基因工程供体、组织选择性方法以及脱细胞或混合构建体。通过批判性地审视临床同种异体移植经验与角膜特异性异种移植证据，研究人员评估哪些免疫学原理可跨物种转化、异种反应在何处与同种异体排斥分歧，以及哪些新兴策略最可能支持临床转化。

2 综述方法

本叙述性综述优先纳入涉及角膜同种异体移植免疫学和角膜异种移植的文献，特别强调直接评估猪角膜组织的原代实验研究。通过2026年8月进行了靶向PubMed/MEDLINE检索，并以主要角膜异种移植综述的参考文献列表筛查作为补充。检索概念包括"角膜异种移植""猪角膜""猪至灵长类角膜""非人灵长类""异种移植物排斥""异种抗原""α-Gal""非Gal""基因工程猪""脱细胞猪角膜""板层角膜移植""内皮角膜移植"和"PERV"。优先考虑NHP研究用于转化疗效和免疫抑制评估，角膜特异性体外或小动物研究用于机制解释，以及在提供直接比较时纳入临床同种异体移植文献。新鲜细胞性移植物、基因工程移植物、组织选择性移植物和脱细胞支架被分别考虑，因为它们代表生物学上不同的策略。本综述未设计为系统综述或荟萃分析。

3 角膜同种异体移植的免疫学启示

3.1 免疫特权及其局限性

低危角膜同种异体移植的成功反映了协调的免疫特权环境。中央角膜无血管性限制了循环白细胞、抗体和补体的即时进入，而相对缺乏淋巴引流限制了传入免疫致敏。局部免疫调节介质、抑制性配体、调节性T细胞活性和前房相关免疫偏离进一步抑制破坏性炎症。角膜上皮形成紧密屏障，而内皮作为特化的泵-屏障而非经典的不渗透紧密连接屏障发挥作用；血-房水屏障额外调节炎症细胞进入前房的交通。然而，免疫特权是有条件的。在高危移植床中，新生血管化和淋巴管生成恢复了传入抗原引流和效应免疫细胞进入，从而将通常免疫调节的角膜转变为有效同种免疫致敏和效应损伤的部位。感染、炎症、创伤、反复手术和既往移植物排斥进一步增加抗原呈递和效应细胞进入移植物。因此，高危同种异体移植床提供了免疫特权破坏的临床相关模型，表明一旦局部免疫约束被破坏，即使通常有利的角膜环境也可变得高度免疫原性。这一原理与异种移植尤为相关，因为当局部免疫特权被破坏时，跨物种抗原差异增加了额外的免疫挑战。中央角膜相对缺乏常规淋巴管限制了传入免疫致敏，但并不意味着完全缺乏淋巴引流；实验性角膜移植研究表明引流颈部淋巴结在同种免疫致敏和排斥中发挥重要作用。重要的是，免疫特权并不意味着缺乏驻留抗原呈递细胞。树突状细胞群体存在于角膜上皮和基质中，巨噬细胞主要驻留于后基质；这些细胞在炎症期间可成熟并获得增强的抗原呈递能力。角膜免疫隔室还包括组织驻留记忆T细胞群体；其对同种或异种移植物排斥的具体贡献仍不完全明确。

3.2 抗原识别与效应途径

同种异体排斥可通过直接、间接和半直接抗原识别途径启动。供体抗原呈递细胞可通过完整供体主要组织相容性复合体（MHC）刺激受者T细胞，受者抗原呈递细胞可加工供体蛋白并在自身MHC上呈递供体肽，受者抗原呈递细胞可通过细胞外囊泡或细胞间转移获取完整供体MHC。尽管各途径的相对贡献随移植物背景和时间而变化，这些机制表明减少供体细胞物质可能减少直接同种识别的机会，但不能消除受者对移植物来源抗原的加工和呈递。T细胞介导的反应是角膜同种异体移植排斥的核心，而体液机制和供体特异性抗体也可能促进移植物损伤，特别是在内皮水平，尽管其临床意义不如在血管化器官移植中那样明确。内皮在临床上至关重要，因为其再生能力有限；因此免疫介导的内皮丢失可将短暂的炎症事件转化为不可逆的移植物失代偿。

3.3 减少供体组织和细胞负荷作为临床经验

从穿透性角膜移植术（PK）向层选择性手术的演变提供了减少供体组织负荷的自然临床实验。PK引入上皮、基质、Descemet膜、内皮和供体相关细胞抗原。深前板层角膜移植保留受者内皮，因此消除内皮同种异体移植物排斥，而内皮角膜移植仅替换后部组织。Descemet膜内皮角膜移植进一步最小化移植的基质组织。这些手术在适应证上不同，不能仅归结为抗原负荷，但共同表明选择性替换可保留宿主组织同时减少暴露于受者免疫系统的供体材料的数量和多样性。这一原理与异种移植直接相关。新鲜全层猪角膜、深板层异种移植物、猪内皮移植物和脱细胞猪支架使受者暴露于根本不同的抗原和细胞负荷。这一区别应指导对临床前结果的解释。

4 角膜为何是异种移植的候选部位

猪角膜组织提供了潜在可扩展的移植物材料来源，可能有助于解决人类眼库在地理和经济上的局限性。角膜特别适合异种移植，因为其中心无血管、相对免疫特权、可接受局部和眼周治疗，且可直接观察以进行重复临床检查。与血管化异种器官相比，角膜移植物不需要血管吻合，减少了供体组织对受者循环的即时暴露，使经典超急性血管排斥不太适合作为角膜异种排斥的模型。这些优势并不使角膜在免疫学上惰性。新鲜猪组织携带物种特异性细胞抗原，NHP研究表明引发的抗体反应、T细胞和巨噬细胞浸润、眼部环境内的补体激活以及移植物失败。因此，核心转化问题是确定可移植多少异种组织、哪些供体改造有用，以及需要多少局部或全身免疫抑制来维持透明度而不施加不成比例的风险。

5 新鲜细胞性猪角膜异种移植：NHP模型的证据

新鲜细胞性猪角膜异种移植已超越小动物概念验证研究，猪至NHP实验评估了野生型和基因工程供体的全层、板层和内皮移植物在多种局部和全身免疫抑制方案下的效果。总体而言，这些研究表明延长移植物存活是可实现的，但免疫学需求随移植物构型显著变化。全层细胞性异种移植物通常需要强效全身免疫调节，特别是共刺激阻断，而板层方法减少了移植的异种组织量，并在选定模型中实现了延长存活。选择性内皮异种移植也已通过局部给予皮质类固醇或他克莫司为基础的治疗产生持续移植物功能，提示了减少对全身免疫抑制依赖的潜在途径。然而，跨研究比较应谨慎解释，因为供体遗传学、移植物构型、受者模型、免疫抑制方案、结局定义以及在某些报告中受者队列不同或可能重叠。

6 角膜异种抗原性与异种免疫反应

6.1 Gal和非Gal抗原

半乳糖-α-1,3-半乳糖（α-Gal）表位是猪至灵长类移植中的重要异种抗原，但猪角膜抗原性并非仅由α-Gal解释。角膜特异性研究表明α-Gal表达在体外、体内和异种移植后的变异，而非Gal抗原也分布于整个猪角膜组织。质谱分析进一步在猪角膜内皮细胞和角膜细胞中鉴定了α-Gal和非Gal碳水化合物表位。这些观察为供体基因工程提供了依据。通过α1,3-半乳糖基转移酶基因敲除（GTKO）消除α-Gal，连同表达人补体调节蛋白如CD46，已被研究作为减少异种抗原性和补体介导损伤的手段。更广泛的碳水化合物抗原编辑可进一步降低角膜抗原性：GGTA1/CMAH/β4GalNT2三基因敲除猪角膜与野生型角膜相比，α-Gal、Neu5Gc和Sd(a)表达显著降低，人IgG和IgM结合减少。与残余抗原性一致，单纯基因改造并未消除角膜异种反应性。在一项NHP全层移植研究中，GTKO/CD46猪角膜未显示比野生型移植物显著更长的存活，且细胞炎症和引发的抗猪反应持续存在。角膜特异性遗传方法还包括在猪角膜细胞中局部表达人CTLA4-Ig；在猪至NHP前板层模型中，该转基因调节了异种移植物排斥但未消除细胞浸润。因此，角膜组织的最佳遗传特征仍不完全明确，不应简单地从血管化异种器官外推。总之，这些发现表明供体基因工程应被视为结合免疫调节和移植物设计的联合策略的组成部分，而非独立解决方案。

6.2 体液反应与补体

角膜中的体液异种反应性与血管化异种器官即时抗体介导破坏的经典范式不同。预存抗体可识别猪角膜抗原，但NHP研究也表明移植后演变的体液反应，包括供体特异性和非Gal IgG反应。局部补体激活，包括房水C3a升高，在NHP模型中伴随异种移植物排斥。在猪至小鼠角膜模型中实验性补体耗竭延迟了急性排斥但未阻止，支持补体与细胞免疫共同发挥contributory作用而非孤立的超急性机制。这些发现为除供体抗原改造外靶向体液反应提供了依据。B细胞导向治疗已延长猪角膜异种移植物存活并减少NHP模型中活化B细胞和补体反应，而尽管消除了α-Gal，非Gal抗体反应仍可持续。更近期的比较NHP数据同样表明，与常规类固醇或类固醇/他克莫司治疗相比，基于抗CD20和共刺激阻断的方案改善了移植物存活，进一步支持通路特异性免疫调节。总之，这些观察表明即使使用基因改造供体组织，控制体液和补体介导损伤仍然是必要的。

6.3 细胞免疫与靶向全身免疫调节

细胞免疫在角膜异种移植物排斥中突出。角膜特异性NHP研究表明排斥异种移植物中T细胞和巨噬细胞浸润，而成功的共刺激阻断与细胞炎症反应抑制和延长移植物存活相关。这些发现支持细胞免疫与上述体液和补体介导途径共同发挥重要作用。在机制上，异种反应性T细胞可通过直接和间接抗原识别途径激活。人T细胞可直接识别猪白细胞抗原，而受者抗原呈递细胞可加工猪蛋白并通过间接途径呈递异种肽。然而，这些机制观察主要来自非角膜异种移植模型，这些途径在角膜异种移植物中的相对贡献尚未定量确定。角膜特异性NHP研究转而通过细胞移植物浸润及其被靶向免疫调节抑制来证明其下游重要性。CD40–CD154共刺激途径的阻断产生了NHP中新鲜细胞性猪角膜移植物报告的最长存活，而基于抗CD40和抗CD20的方案提供了控制细胞和体液免疫的互补方法。对23例NHP受者的回顾性汇总比较同样支持通路特异性免疫调节优于常规类固醇或类固醇/他克莫司治疗，尽管这些动物可能与早期研究报告重叠而非代表独立的前瞻性队列。然而，长期全身免疫抑制的需求仍是主要转化局限。由于角膜移植主要是复明而非救命，全身治疗相关毒性的可接受阈值相对较低，使减少或消除全身治疗的策略对临床转化尤为重要。自然杀伤（NK）细胞是多种实体器官异种移植中的重要效应细胞，但角膜特异性证据支持其主要作用仍然有限。在原位猪至小鼠角膜异种移植中，急性排斥主要以巨噬细胞和CD4阳性T细胞浸润为特征，而NK细胞不常见。因此，在没有额外角膜特异性证据的情况下，NK细胞参与不应被视为角膜异种移植物排斥的既定主要驱动因素。

6.4 移植物构型、内皮脆弱性与局部免疫抑制

角膜内皮是关键功能靶标，因为足够内皮细胞群的丢失导致不可逆水肿和移植物失代偿。全层异种移植物暴露供体内皮及剩余角膜层，而前板层方法保留受者内皮，内皮角膜移植将供体组织主要限制于病变后部隔室。排斥的异种DSAEK移植物已显示T细胞和巨噬细胞浸润连同供体特异性IgG和补体沉积，表明选择性内皮异种移植物仍易受细胞和体液联合损伤。然而，移植物构型可减少异种免疫暴露的程度。前板层移植保留受者内皮，而内皮异种移植将供体组织主要限制于后角膜隔室。使用来自同一基因工程供体猪的角膜的配对猪至猴实验通常支持板层优于全层移植，支持移植物构型作为异种移植物结局的独立贡献因素，尽管小样本量限制了对该效应幅度的结论。角膜对局部和眼周治疗的可及性提供了额外的转化优势。选择性内皮异种移植已通过局部给予皮质类固醇或他克莫司为基础的治疗实现延长移植物功能而无需常规全身免疫抑制。局部治疗可在移植物处达到高药物浓度同时限制全身暴露，使局部、结膜下、前房内或缓释方法对临床转化特别有吸引力。局部治疗单独是否足以用于新鲜全层异种移植物仍不确定。总之，这些发现表明最佳临床策略可能不是使用猪组织复现常规PK。将角膜特异性供体改造与病变隔室的选择性替换及局部靶向免疫抑制相结合，可能在移植物功能和免疫学风险之间提供更有利的平衡。

7 脱细胞猪角膜与混合构建体

脱细胞猪角膜支架代表了与新鲜细胞性异种移植根本不同的方法。脱细胞化不是控制针对存活猪细胞的免疫反应，而是寻求去除供体细胞成分和相关异种抗原，同时保留细胞外基质（ECM）、胶原结构、透明度和生物力学特性。主要挑战是在有效去除细胞和核物质与保留角膜功能所需的高度有序ECM之间取得平衡。残余DNA、细胞碎片或基质相关抗原可能持续存在，而激进的处理可能损害透明度、生物力学、宿主细胞迁移或整合。基因改造和脱细胞化也可结合以进一步降低异种抗原性。近期一项研究从GGTA1/CMAH/β4GalNT2三基因敲除猪生成基质移植物，并使用椰油酰谷氨酸钠加核酸酶处理进行脱细胞化。在兔基质袋模型中，脱细胞三基因敲除移植物保持良好透明度且血管化极少，而脱细胞野生型移植物出现更大混浊和新生血管化，为结合供体基因工程与支架处理提供了概念验证。脱细胞猪角膜基质的临床经验也已扩展。在一项涉及90例感染性角膜疾病患者接受交联脱细胞猪角膜基质前板层移植的前瞻性多中心研究中，180天脱盲率为90.3%，视力、移植物透明度和上皮化均有改善，未报告严重不良事件。这些发现提供了临床证据表明加工猪基质组织可作为选定基质适应证的供体组织替代物，尽管仍需更长期比较数据。更近期的临床经验将脱细胞猪角膜基质扩展至小角膜穿孔；在回顾性比较中，脱细胞猪角膜基质部分穿透深前板层角膜移植实现了与羊膜填塞相当的疾病控制和长期视力结局，同时在多个早期术后时间点提供更好的角膜透明度。比较临床证据也在涌现。在一项接受板层角膜移植治疗非感染性周边溃疡性角膜炎的回顾性队列中，脱细胞猪角膜基质的12个月移植物存活率为80.6%，人类角膜组织为88.8%，12个月时无显著差异，尽管人角膜移植物在某些中间术后时间点显示视力和透明度优势。脱细胞猪组织还可用作生物支架用于人上皮、基质或内皮细胞的再细胞化，创建混合构建体，其中结构基质仍为异种来源而功能细胞成分为人来源。近期实验工作已将这一概念扩展至角膜内皮替换：在脱细胞猪角膜ECM支架上培养的人角膜内皮细胞维持内皮形态和屏障相关特征，细胞接种构建体在实验性内皮功能障碍模型中改善了角膜透明度。这些发现支持将异种结构支架与人来源功能细胞结合作为内皮替换混合策略的可行性。这些方法旨在保留天然结构同时减少与存活猪细胞相关的免疫负荷，尽管细胞整合、血管化、重塑、光学质量和长期细胞表型仍是重要挑战。猪来源生物材料策略也在临床推进。Rafat等人在两个临床队列共20例患者中评估了一种无细胞、双交联生物工程猪胶原构建体（BPCDX），该构建体由医用级I型猪真皮胶原制造。植入物在24个月内维持透明度，未报告排斥、炎症或血管化，同时产生持续角膜增厚、变平 and 视力改善。更近期，一项2026年研究提供了额外临床证据，证明在晚期圆锥角膜中持续的角膜增厚和变平以及有利的12个月安全性和视力结局。因此，新鲜细胞性和脱细胞猪角膜应被视为互补方法。新鲜移植物保留存活猪细胞和天然生理功能但携带更大异种抗原负荷，脱细胞移植物减少供体细胞抗原性但可能损害基质特性且不能独立替换需要存活细胞的功能。混合构建体桥接这些策略。最佳方法可能取决于病变隔室：脱细胞基质用于结构性基质替换，选择性内皮异种移植物或人再细胞化支架用于内皮疾病，以及在多层需要替换时使用新鲜全层移植物。

8 非免疫学、感染性、伦理和监管障碍

尽管猪角膜与人角膜共享重要结构特征，临床相关种间差异仍然存在。角膜尺寸、曲率、生物力学、粘弹性行为和内皮特征的差异可能影响手术操作、移植物 sizing、术后光学性能和长期结构稳定性。重要的是，处理本身可能进一步改变这些特性。脱细胞和交联猪XENIA微透镜的生物力学测试表明，与未处理的人 and 猪角膜组织相比，刚度和抗酶降解能力显著增加，说明异种支架处理可实质性改变组织行为，在评估功能等效性时应予以考虑。猪角膜内皮细胞密度随供体年龄下降，而内皮活力和功能也受保存时间和储存条件影响，使供体年龄和保存成为异种移植物选择和操作的重要考虑因素。这些差异需要标准化的源动物选择、移植物 sizing、保存和功能测试，而非假设解剖等效性。异种人畜共患病仍是定义性安全问题。猪内源性逆转录病毒（PERV）连同其他可传播的病毒、细菌、真菌和寄生虫因子需要关注。令人欣慰的是，长期猪至NHP角膜移植研究未证明受者PERV传播。然而，临床转化将需要指定的生物安全源动物、全面的供体筛查、组织可追溯性和纵向受者监测。角膜异种移植的可接受风险阈值与救命性实体器官异种移植不同。角膜移植通常为复明而非救命，人类同种异体移植物已为许多受者提供优异结局。因此，潜在获益必须与不确定的长期免疫学、感染性和治疗相关风险相权衡。在严重供体短缺实质性限制人类角膜组织获取的环境中，伦理依据可能最强。临床试验将需要严格的知情同意、定义的源动物和病原体筛查标准、组织可追溯性、受者对长期监测的依从性以及适当的监管监督。

9 转化视角与结论：角膜异种移植能否克服同种异体移植的局限性？

角膜同种异体移植表明移植物存活反映了受者免疫状态、供体抗原负荷、移植物构型和免疫调节之间的相互作用。角膜异种移植建立在这些原理之上但引入了额外的物种特异性屏障，包括异种抗原、体液和细胞免疫反应、补体激活和感染风险。因此，当前证据表明成功转化不仅需要抑制异种免疫，还需要通过适当的供体选择和移植物设计减少免疫挑战。没有单一干预消除了异种屏障。供体基因工程可减少定义的异种抗原但在角膜NHP模型中未一致预防排斥，而靶向全身方法包括共刺激阻断和B细胞导向治疗可实质性延长新鲜细胞性移植物存活但为主要是复明手术引入治疗相关顾虑。组织选择性方法可能提供功能和免疫风险之间更有利的平衡：使用来自同一基因工程供体猪的角膜的配对猪至猴实验通常支持板层优于全层移植，选择性内皮异种移植已通过局部给予免疫抑制实现延长功能。新鲜细胞性角膜异种移植的临床转化现已开始。在首例报告的猪至人角膜内皮异种移植中，来自无病原体、非基因改造供体的猪DSAEK移植物在两名终末期大疱性角膜病变患者中恢复了早期角膜透明度，尽管随访期间发生免疫排斥，强调异种免疫仍是持久新鲜细胞性移植物存活的屏障。与此同时，加工猪基质方法已在临床推进：脱细胞猪角膜基质已在人基质疾病中评估，而由猪I型胶原衍生的无细胞生物工程植入物在晚期圆锥角膜患者中产生了24个月的持续结构和视力改善。这些方法代表生物学上不同的策略，不应被视为与新鲜细胞性角膜异种移植物可互换。因此，临床角膜异种移植可能需要基于适应证的方法。脱细胞或生物工程猪来源基质构建体可能适合结构性基质替换，选择性内皮异种移植物适合内皮疾病，新鲜全层异种移植物适合需要替换多层角膜的病症。最有前景的策略可能不是使用猪组织复现常规人角膜移植术，而是将移植物设计与病变隔室相匹配，同时结合适当的供体改造与最小异种组织负荷和最不密集的有效免疫干预。在这一框架中，角膜同种异体移植的核心经验是免疫风险不仅可通过抑制受者反应来解决，还可通过设计移植物以减少免疫挑战本身来解决。