萬能豬:開啟人體“組裝”時代?

錢煒

在中國，它們被稱為“萬能豬”；在美國，它們又被叫做“百萬美元豬”。實際上，它們是為了解決人類器官移植供體短缺問題而生的。用萬能豬身上的“零件”來供應移植所需要的器官，這聽起來很“科幻”；可是，心急的患者已經(jīng)紛紛打來要求“換豬腎”的電話

把豬的器官移植到人身上？這個聽起來“荒唐”的主意，幾乎讓人無法接受！可是對于李琳來說，這個想法卻顯得有某種“現(xiàn)實感”：最近，她每天都會接到好幾個電話，來電者都迫切地詢問，能來你們這里“換豬腎”嗎？

李琳是南京醫(yī)科大學代謝疾病研究中心的工作人員。自從媒體披露她所在的機構(gòu)正在進行“萬能豬”的研究，為器官移植提供供體以來，實驗室里的平靜便時常被急不可耐的患者打破。

在中國，每年有150萬患者亟需接受器官移植手術(shù)，而最終能夠得到供體并接受移植的病人還不到1萬人。中國紅十字會與衛(wèi)生部自2010年3月啟動了“中國人體器官捐獻試點”工作，南京也被確定為試點城市之一?？墒且荒陙?，這里的自愿捐獻供體者為零。即使在過去的20年中，南京也只有3位志愿者捐獻了器官。

移植供體短缺是一個世界性的問題，以美國為例，即使人們對器官捐獻的態(tài)度比較積極，并建立了相對完善的“聯(lián)合器官共享網(wǎng)絡”，但仍有大約三分之一的病人在等待供體的過程中結(jié)束了生命。

患者渴望得到“豬腎”的心情，也許很難為常人所理解，但是它卻反映了器官移植供體短缺的殘酷現(xiàn)實。而實際上，“萬能豬”的技術(shù)只是即將開始的動物實驗，距離真正的大器官移植還有很長的路要走。

李琳的導師、負責該項目的南醫(yī)大代謝疾病研究中心副主任戴一凡對《中國新聞周刊》記者表示，所謂“萬能豬”，即能夠為人體提供器官移植供體的“基因敲除豬”，在美國已有10年的研究歷史。戴一凡在美國的時候，便是這一研究的主要參與者。

“萬能豬”的身價和身世

在南醫(yī)大新建的代謝疾病研究中心實驗室里，不乏價值高達50萬元人民幣的先進儀器。但在戴一凡眼里，整個房間里最值錢的，是放置在角落里的一個外形像“煤氣罐”的東西。實際上，這個液氮罐里冷凍儲存的，是他從美國帶回來的基因敲除豬細胞。按計劃，這些細胞再過兩個多月，就將變成活蹦亂跳的小豬。為了它們，一座全新的超潔凈豬舍正在加緊建造當中。

“從表面上看，這些豬將和普通的豬沒有什么區(qū)別，”戴一凡開玩笑說，“或者你可以認為，因為飼養(yǎng)全程無污染，所以它們的肉要比市場上賣的豬肉好吃，不過價格可就貴了！”實際上，這些被高科技改造了基因的小豬，在國外有一個更直接的名字能體現(xiàn)出它們的價值——“百萬美元豬”。

對基因敲除豬的研究，美國匹茲堡大學Starzl器官移植研究所和由匹大醫(yī)學中心控股的Revivicor公司在世界上居于領(lǐng)先水平。戴一凡歸國前就先后任職于這兩個機構(gòu)。此前，他從1998年開始在英國PPL醫(yī)療公司從事這一領(lǐng)域的研究。如今PPL公司雖已倒閉，但卻在醫(yī)學史上留下了無法略過的一筆——1996年，它與英國羅斯林研究所合作，培育出了世界上第一只體細胞克隆哺乳動物“多利羊”。

人們通常所說的器官移植，是在“供體”和“受體”處于同一物種之間進行的，這種移植被稱為“同種移植”。而面對器官供體的嚴重短缺，科學家開始嘗試通過“異種移植”，即將一個物種的組織器官移植到另一個物種體內(nèi)（例如，把豬的器官移植給人）來解決問題。這種從100多年前就開始的嘗試鮮有成功者。在動物實驗中，移植了豬器官的狒狒，大多會在1小時內(nèi)就死去。這就是異種移植過程中，遇到的最棘手的問題——“超急性排斥反應”。

對于發(fā)生這種現(xiàn)象的原因，戴一凡解釋說，豬體內(nèi)有一種α—1，3半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因（簡稱α—GAL基因），是狒狒與人等靈長類動物所沒有的。在豬器官移植到人體以后，α—GAL基因所表達的糖分子就像入侵的敵人，會被人體內(nèi)的抗體發(fā)現(xiàn)?？贵w就像先頭發(fā)射的導彈，與另一種具有免疫功能的物質(zhì)——補體相互配合，很快就會把外來的器官排斥掉。

科學家曾經(jīng)試驗過很多方法來解決超急性排斥問題，比如在豬器官移植給猴子的試驗中，試圖先去除供體的α—GAL糖分子，或者通過給猴子做血液透析以去掉它們體內(nèi)的抗體等等。但這些做法的持續(xù)時間和效果都十分有限。而隨著基因技術(shù)的發(fā)展，解決排斥反應最根本的辦法，就是將豬的α—GAL基因用某種辦法“敲除”掉。

“但是如果沒有克隆技術(shù)，光能實現(xiàn)基因敲除是不行的?！?戴一凡解釋說，所以在“多利羊”出世后，PPL公司便積極開展了另外一個大課題——克隆豬，目的就是為異種移植做前期技術(shù)準備。2000年，戴一凡與他的同事們便培養(yǎng)出了世界上第一批克隆豬。

為什么選擇豬？

在戴一凡的實驗室里，有一臺和傳真機差不多大小的儀器，看起來沒有什么特別?？韶i細胞就是在這臺名叫“電穿孔儀”的儀器里發(fā)生同源基因重組，從而被敲除掉α—GAL基因的。有了敲除α—GAL基因后的豬細胞，就可以利用克隆技術(shù)在實驗室里將其培育成帶有敲除基因的卵子，再移植到代孕豬的身體里去。

利用體細胞進行電穿孔得到同源基因重組的成功率非常低。戴一凡等人從培育出第一只克隆豬，到后來獲得基因敲除豬，花了兩年的時間。2002年3月，一只粉嫩可愛、剛出世尚未滿月的基因敲除豬登上了《自然》雜志生物科技分冊的封面，同年，美國《發(fā)現(xiàn)》雜志將其列為當年100項重大科學新聞之一。

為什么要用豬而不用猴子或其他動物來做異種移植的供體呢？理由有很多。戴一凡列舉說，首先是因為猴子太小，最大的猴子才20多公斤，它們的生長周期也長，要5～10年才能成熟，加上每胎只生一個，即使大量繁殖也來不及。而豬的很多生理指標都與人接近，比如人的平均體重為60公斤，小型豬為40～80公斤，人與豬的正常體溫都是37～38攝氏度。對于器官移植需要最多的供體腎臟來說，豬的腎臟結(jié)構(gòu)、腎小球濾過率、腎血流量及濃縮功能都與人相同，大小也與人的腎臟相近。

而另一方面，由于狒狒、猴子與人同屬靈長類動物，所以有很多病毒可以和人類交叉感染，比如，艾滋病病毒HIV就是從猴子傳到人群。

此外，從動物保護主義者的觀點來看，他們對大動物實驗本就非常敏感，如果再拿與人同屬靈長類的猴子、狒狒做器官移植勢必帶來更大的反彈。

的確，自醫(yī)學界開始異種移植的嘗試以來，就遭到了來自宗教、倫理學以及動物保護組織的反對和阻擾。早在1682年，俄羅斯醫(yī)生曾將狗的頭蓋骨移植到一位貴族受傷的頭部，以封蓋住傷口。這一做法招致了宗教界的強烈反對，他們要求醫(yī)師將患者頭上的狗骨取掉。

盡管招致爭論，但除此以外的器官移植途徑，在科研上更加遙不可及。戴一凡舉例說，盡管目前用干細胞已經(jīng)能培養(yǎng)出不同的組織，但這些組織進一步分化、生長成為復雜結(jié)構(gòu)的器官，科研上還難以達到。匹茲堡大學醫(yī)學院的大衛(wèi)·庫伯（David Cooper）曾參與了世界上第一例心臟移植手術(shù)，后轉(zhuǎn)向異種移植研究領(lǐng)域，是國際異種移植協(xié)會的創(chuàng)始人之一。在他看來，利用干細胞培養(yǎng)器官進行同種移植，“這也許將在未來50年或100年內(nèi)實現(xiàn)，而豬器官移植則要比這實際得多”。

“豬二代”以后……

對于異種移植的供體來說，敲除了α—GAL基因是意義重大的第一步。在動物實驗中，狒狒在移植了基因敲除豬的腎臟后，就沒有了“超急性排斥反應”。但是，它們卻會在數(shù)周后的“急性排斥反應”中死去。

“這就等于，現(xiàn)在太陽已經(jīng)被我們遮住了，卻露出了滿天的繁星。”戴一凡比喻說，由于異種移植排斥反應的原理復雜，在隨后的研究中，他們挑出了“幾個比較亮的星星”來重點解決。研究發(fā)現(xiàn)，如果對第一代基因敲除豬的基因作進一步修飾，就能起到更好的抗排斥效果。在過去的十年里，戴一凡和他的同事們培育出了α—GAL基因敲除+某一種單基因修飾的“第二代基因敲除豬”。他此次帶回中國的，便是“二代豬”里結(jié)果最好的一種。

“這些液氮罐里的豬細胞只是新的起點。我們最終的目標是‘一勞永逸，為此還有很多研究要做?！蹦厢t(yī)大代謝疾病研究中心主任趙子建對《中國新聞周刊》表示。這位同樣從美國匹茲堡大學回國的“海歸”與戴一凡一直在科研上進行合作。

趙子建介紹說，不同器官的移植難度是不同的。目前，角膜、皮膚和胰島將很快地進入動物實驗階段，而心臟、肝臟和腎臟等大器官，還需要在第二代基因敲除豬的基礎上，對其基因做進一步的修飾，培育出第三代基因敲除豬。

在所有器官的移植中，腎臟移植的難度是最大的，即便在同種器官移植中也是如此。戴一凡說，因為腎臟里有大量豐富而又嬌嫩的毛細血管，很容易受到損傷。 相比而言，肝臟本身就具有抗免疫排斥功能，并且再生能力較強，而心臟只是涉及到肌肉方面的問題，移植難度都比腎臟稍小?？傮w而言，大器官移植，還需要三五年的時間才能有望轉(zhuǎn)入臨床試驗。

不過，戴一凡的想法也許仍屬樂觀。早在2006年，美國科學院院士、被譽為“肝臟移植之父”的托馬斯·斯塔澤爾（Thomas Starzl）就曾表示，異種移植將在5年內(nèi)進入到臨床試驗階段?？扇缃?年過去了，異種移植的前進步伐并沒有跟上這一預言。

困擾異種移植研究者們的另一問題是，豬體內(nèi)有一種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV），整合在豬的基因里，技術(shù)上無法將其全部去除。根據(jù)過去多年的大動物實驗，以及一些零星的人體試驗，并沒有發(fā)現(xiàn)受體感染上PERV病毒的案例。因此，目前大部分科學家都認為，該病毒對人體危險不大。

盡管無法證明未知的風險，人們對異種移植研究仍采取謹慎態(tài)度。美國食品與藥品監(jiān)督管理局（FDA）規(guī)定，異種移植試驗的血樣要在冰箱里保存50年。而戴一凡在南醫(yī)大即將開展的動物實驗，也將根據(jù)中國的規(guī)定，將豬的血樣以及受體樣品冷藏50年。

戴一凡心中有一個構(gòu)想：研究出“個體化的”第四代基因敲除豬，即把個人的干細胞放在豬的胚胎里，使其定向分化成某一器官，以“定制”一頭可專供特定個人移植的豬。到那時候，除了大腦以外，人身體上任一“零件”皆可“更換”。不過問題是，那時候，我們與豬還有多大的區(qū)別呢？★