移植一個異種器官將不是科幻

打開網(wǎng)頁的此刻，美國正有12萬多名患者等待著健康的供體，在美國器官共享聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)（UNOS）的網(wǎng)站首頁，這一數(shù)字不斷被更新，每天就有近20人在苦苦等待移植的過程中失去生命。

中國的情況更為嚴(yán)重。

由于傳統(tǒng)觀念的束縛，中國人對器官捐贈的接受度很低。據(jù)原國家衛(wèi)生部統(tǒng)計，中國每年有近150萬名病人等待接受器官移植手術(shù)，但每年接受到移植的不足1萬人。

對于大多數(shù)需要器官移植的患者來說，最糟的不是病情越來越重甚至死亡，而是漫長的等待。

科學(xué)家們試圖打通一條解決器官供體短缺的道路——異種移植，即從動物身上獲取健康的器官、組織或細(xì)胞，將其移植到患者體內(nèi)發(fā)揮功能。以動物為供體的器官移植，需邁過三道坎，即生理功能、人體排異反應(yīng)和動物自身攜帶的病毒風(fēng)險。

最理想的技術(shù)路徑有兩條，通過基因工程方法改造動物器官，或者在動物體內(nèi)培育人體器官（即人源化）。后者相當(dāng)于人自己的器官，排異反應(yīng)更小，更符合人的生理功能。然而，后者所涉?zhèn)惱韱栴}更嚴(yán)于前者，全球多數(shù)實驗室還僅處于理論證明階段。而前者已經(jīng)積累了大量的研究案例，距離應(yīng)用更近。

豬是生理指標(biāo)和人體最接近的動物之一，且實驗成本較低，所以全球大批實驗室都選用豬作為實驗供體。近期，美國哈佛大學(xué)和生物技術(shù)公司eGenesis的聯(lián)合研究團隊在《科學(xué)》上發(fā)表了一項成果，利用基因組編輯技術(shù)，敲除了豬基因組中可能有害的病毒基因。

這傳達出一個信息，一批站在前沿的研究團隊正在努力啟動異種移植的臨床研究，將給全世界急需器官移植的患者點亮希望。

最艱難的一步

排斥反應(yīng)，不僅是器官移植的最大障礙，更是異種器官移植的珠穆朗瑪峰。

世界上第一例異種移植手術(shù)發(fā)生于1905年。當(dāng)時，法國醫(yī)生布蘭斯多（Princeteau）將家兔的腎臟移植給一個腎衰竭的兒童，術(shù)后移植腎排尿良好。但16天后，患兒死于肺部感染。

此后，法、德、美等國的研究者先后加入到異種移植器官研究中，試驗對象包括兔、狗、羊、猴等物種。

將豬的心瓣膜等組織用于人體治療已有數(shù)十年歷史。但這些移植物大多為處理后的結(jié)構(gòu)組織支架，原有的豬細(xì)胞被去除。真正的異種器官移植，是提供有活力的豬器官和細(xì)胞，在臨床移植到人體后，它們能繼續(xù)保持生理功能，且能克服免疫排斥反應(yīng)。

最著名的異種器官移植案例發(fā)生在美國南加利福尼亞州。1984年10月，女嬰費伊誕生。不幸的是，她的心臟存在缺陷，供血能力不足，只能維持幾周生命。為了拯救費伊，醫(yī)生將一顆七個月大的狒狒的心臟移植入她的胸膛。遺憾的是，費伊在21天后死于排斥反應(yīng)。

異種器官移植的免疫排斥反應(yīng)非常復(fù)雜，會發(fā)生超急性排斥反應(yīng)、急性血管排斥反應(yīng)、急（慢）性細(xì)胞性排斥反應(yīng)等。最為兇險的超急性排斥反應(yīng)，源自豬體內(nèi)物質(zhì)半乳糖分子（α-GAL）與人體體內(nèi)抗體和補體聯(lián)合產(chǎn)生的劇烈排斥反應(yīng)。一旦發(fā)生，被移植的豬器官往往會在幾分鐘至數(shù)小時內(nèi)，出現(xiàn)血栓、水腫等現(xiàn)象，并最終壞死。

近兩年大熱的基因組編輯技術(shù)解決了這個問題，直接、徹底地敲除豬基因組中的α-GT基因，使得被移植的豬器官中不含α-GAL。異種移植最大的突破就是通過基因組編輯，提高了豬組織移植后的免疫保護，降低了免疫排斥。

豬的基因組包含30億個堿基對，基因修改就像打靶一樣。江蘇省異種移植重點實驗室主任、南京醫(yī)科大學(xué)特聘教授戴一凡對《財經(jīng)》記者說：“利用這個技術(shù)做免疫排除研究，比傳統(tǒng)手段要快很多?！?/p>

基因操作已經(jīng)在幾代動物中證實穩(wěn)定。目前基本上不受超急性、急性細(xì)胞性排斥反應(yīng)的限制，但其他問題仍突出，如移植體內(nèi)會發(fā)生血栓性微血管病或受體內(nèi)發(fā)生系統(tǒng)性消耗性凝血病，這有待進一步的研究去解決。

剪除病毒

其實，在動物實驗中，科學(xué)家們首先想到的是人類的近親靈長目動物，猴子、狒狒、猩猩等作為器官提供者似乎順理成章。很快，他們發(fā)現(xiàn)靈長目動物每胎產(chǎn)仔少，成熟周期長，不夠用，實驗成本高。

更要命的是，靈長目動物體內(nèi)可能攜帶危險的病毒。

北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實驗動物科學(xué)部主任鄭振輝告訴《財經(jīng)》記者，一個物種的進化程度越接近于人類，其傳播疾病的危險就越大。像艾滋病就是靈長目動物傳給人的?；趥惱砗桶踩紤]，靈長目動物被禁止作為異種器官移植的供體。于是，科學(xué)家的聚光燈逐漸集中到豬的身上。

豬具有多重優(yōu)勢，其器官與人體器官形狀、大小相似，生理性質(zhì)相近，而且繁殖能力強，生長周期短。

在20世紀(jì)90年代初，豬的神經(jīng)元細(xì)胞被植入帕金森病人的大腦，至今這些被治愈的患者中還有人在健康地生活，沒有帕金森的癥狀。

但好景不長，科學(xué)家在豬的基因組中發(fā)現(xiàn)了內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）。其傳播途徑是通過遺傳，而不是豬與豬之間的接觸。所有的豬都含有PERV，這對豬本身無害，但令人擔(dān)憂的是，當(dāng)進行以豬為供體的異種移植時，PERV會不會從豬的基因組“跳”到人的基因組中，成為一種新的異種病毒在人群中傳播？相關(guān)研究也不能給出確定性答案。實驗表明，在接受過豬器官移植的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了PERV的感染，但在狒狒體內(nèi)又沒有發(fā)現(xiàn)類似情況。

“國外過去20年一直在研究，國外有些實驗室收集了幾百例豬細(xì)胞移植案例病人的血樣，實驗發(fā)現(xiàn)沒有病毒傳播，可以基本得出結(jié)論這個病毒不重要，對患者沒有危害?！贝饕环舱f。

不過，也有研究者建議對異種移植持謹(jǐn)慎態(tài)度，畢竟病毒感染有潛伏期和體內(nèi)突變的可能性。

中國社會科學(xué)院研究員、生命倫理學(xué)家邱仁宗告訴《財經(jīng)》記者，“首先應(yīng)該用動物實驗證明安全有效，并經(jīng)過專家鑒定，確認(rèn)動物實驗有效度，才可能考慮制訂臨床試驗的計劃，臨床試驗首先應(yīng)在沒有人器官來源，不移植就要死亡的病例上做，并事先征得病人同意?！?/p>

2005年4月，世界衛(wèi)生組織（WHO）在日內(nèi)瓦發(fā)布異種移植咨詢性磋商會的聲明稱，迄今為止，沒有跡象顯示利用諸如豬類的其他動物進行的異體移植發(fā)生感染的情況。然而，異體移植具有在某時發(fā)生這類疾病的潛在危險。

基因組編輯技術(shù)或許能敲除豬基因組中可能有害的病毒基因?！拔覀冊谶^去的一年內(nèi)，證明了技術(shù)上的可能性?！惫鸫髮W(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)系博士后楊璐菡告訴《財經(jīng)》記者。

楊璐菡的團隊掌握了一把“剪刀”——CRISPR技術(shù)。作為基因組編輯三大利器之一，CRISPR技術(shù)2012年由加州和歐洲的科學(xué)家共同發(fā)現(xiàn)，并在短期內(nèi)迅速強大。在不到兩年時間里，CRISPR技術(shù)從一個不太確定有用的想法，變成一項幾乎所有生物學(xué)畢業(yè)生都要掌握的技能，并被寄希望可能獲得諾貝爾獎。

此前，大多數(shù)的基因組改造都是一個基因?qū)用娴男薷?，不能實現(xiàn)多個基因的敲除、插入。CRISPR技術(shù)使一切變得簡單而高效，能同時作用于多個靶位點。

楊璐菡團隊利用CRISPR-Cas9將豬細(xì)胞中的62個PERV基因拷貝進行修改，并且保持了基因組的完整性。之前這一技術(shù)的最高紀(jì)錄也就是一次改造6個基因拷貝。要打靶62個基因，意味著要將打靶的效率提高近兩個數(shù)量級;而且還必須打得準(zhǔn)，不能把別的地方給破壞了，否則會影響豬的生長發(fā)育或帶來其他不可預(yù)測的風(fēng)險。2015年10月11日《科學(xué)》網(wǎng)站刊登了這一研究結(jié)果。

臨床實驗還有多遠

許多發(fā)達國家政府和大公司競相投巨資開展器官移植用豬的研究，并描繪出一幅美麗的圖景，未來的“器官農(nóng)場”中會有充足的供體，向病人們提供腎、心臟、脾、胰、肝等異種器官。

鄭振輝分析，異種器官移植不但能解決器官短缺，優(yōu)點還在于，移植的器官可以提前預(yù)定，總處于新鮮狀態(tài);醫(yī)生有了足夠的時間，可按計劃對患者進行充分的預(yù)處理;對豬進行遺傳或生化操作，除了降低排斥反應(yīng)的危險，甚至可以表達一些新的基因或生化過程來滿足患者的需要。

獲得這些新鮮器官最理想的方法是，把一個人的誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞打到豬體內(nèi)，定向培育出與干細(xì)胞提供者完全匹配的人體器官。但還有太多的未知，人的細(xì)胞在豬的胚胎發(fā)育時，能否順利發(fā)育成器官還不確定。目前，戴一凡團隊已經(jīng)做出了沒有肺的豬胚胎，然后會將人體干細(xì)胞注入進去，希望能長出人類的肺。美國薩克生物研究所（Salk Institute for biological studies）、斯坦福大學(xué)也已展開類似研究。

這類研究涉及的倫理問題實在太多了。比如人的器官長在豬的神經(jīng)系統(tǒng)會不會有人的思維，人的干細(xì)胞長在豬的生殖系統(tǒng)會不會產(chǎn)生人的精子、卵子等。

因此，科學(xué)界的火力還是集中在異種移植研究。已有的大動物實驗顯示，異種移植到靈長目動物的豬器官和細(xì)胞，最長存活期依次是：微囊包裹的胰島、神經(jīng)元、胰島、角膜、肝細(xì)胞、異位心臟、腎臟、原位心臟、肝臟、肺。其中，肺、小腸和心臟的移植還不成熟，已有的實驗不是原位移植。如心臟實驗中，是把豬的心臟放到猴子肚子里，只看有沒有排斥反應(yīng)，不計功能。

“現(xiàn)在只是解決了排斥反應(yīng)問題，下一步要解決功能問題，在功能性得到解決以前還不能做臨床研究?！贝饕环舱f。

進展快速的首推豬胰島移植。戴一凡的團隊用經(jīng)基因改造的豬胰島在猴子身上進行試驗，胰島在猴子體內(nèi)存活了400天，還使得猴子血糖回歸到正常數(shù)值，不再依賴胰島素。

用于實驗的豬通常為克隆豬。基因組編輯技術(shù)降低了供體豬培育的費用，將效率提升幾十倍。2014年戴一凡團隊培育了100多頭克隆豬，成本約250萬-300萬元。100多頭豬并不是用于一次實驗，根據(jù)不同的課題，可以移植不同的細(xì)胞類型，敲除基因和插入基因不同，同一種細(xì)胞要重復(fù)做六次到八次實驗。

看上去一切都已就緒，理論上，當(dāng)人體排異障礙被掃清后，就可以做臨床實驗?？芍两駴]有一個實驗室走到臨床階段，都還在大動物實驗上嘗試。原因在于美國FDA盯得很緊，除了人體排異反應(yīng)，還有超潔凈的養(yǎng)殖環(huán)境。

超潔凈環(huán)境牽涉到外源性感染，F(xiàn)DA明確列出了一些豬攜帶的有害病毒和細(xì)菌，移植的器官在用于人體之前，需要檢測供體豬，不能攜帶這些病毒和細(xì)菌。目前，各實驗室的養(yǎng)殖豬的環(huán)境僅比普通豬養(yǎng)殖環(huán)境略好。

保有一個超潔凈的養(yǎng)殖基地需一筆巨大的投資，不是一個實驗室能夠承擔(dān)的，這讓各個研究組撓頭不已。前期投資特大，風(fēng)險也大，企業(yè)也還在猶豫。

戴一凡分析，大動物實驗很多實驗室已經(jīng)完成，大規(guī)模臨床研究就等企業(yè)來承擔(dān)和推動，目前最有希望投資臨床研究的是從事生物技術(shù)的美國聯(lián)合治療公司（United Therapeutics Corp），可是它此前沒有做最有希望獲臨床批文的胰島、心臟、腎臟等的移植研究，主攻方向是肺，而豬的肺幾乎沒有希望上臨床，排異反應(yīng)很嚴(yán)重。

在中國，如果地方政府有意愿，可能起到實驗室跟企業(yè)之間的中介作用。深圳市政府認(rèn)為這是一個新興的領(lǐng)域，于是通過2010年10月推出的引進高級人才計劃——“孔雀計劃”來直接支持引進生物領(lǐng)域人才，深圳市政府也有意愿幫助建小型的實驗用豬舍，之后，產(chǎn)業(yè)化階段引入企業(yè)。

如果現(xiàn)在啟動建超潔凈豬舍，一年可建成，“從較為成熟的胰島移植入手，大約再有一年多就可以做臨床研究”。戴一凡分析，第一代實驗室養(yǎng)殖的豬不能用于移植，它們生下的小豬才能用，第一代實驗豬長到八個月后可以受孕，四個月后生小豬，再有一年就可以從小豬體內(nèi)提取胰島做臨床移植用。因此，大約兩年以后就可以做胰島的臨床實驗。

可見，異種器官移植的臨床還需要數(shù)年時間，但一批豬組織和細(xì)胞異種移植的臨床試驗將很快成為現(xiàn)實。