皮膚移植的新希望

南方周末特約撰稿 湯波

器官短缺是全球性的共同難題，異種器官移植越來越被科學家寄予厚望。

★為了抑制異體皮膚移植所產(chǎn)生的免疫排斥反應，中美等國的科學家正在嘗試利用基因編輯豬的皮膚來替代尸體皮膚，進行燒傷患者皮膚移植，這一新的治療思路在動物試驗方面取得了令人鼓舞的進展。

燒傷是一項全球性公共衛(wèi)生問題，據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，每年約有1000萬人受嚴重燒傷之苦，其中約有18萬人因燒傷而死亡。體外培養(yǎng)的自體皮膚移植是救治嚴重燒傷患者的常見手段，不過在緊急情況下，外科醫(yī)生還需要從尸體身上取出皮膚進行臨時性皮膚移植，以降低感染風險，而這種尸體皮膚也經(jīng)常供不應求。最近，中國和美國等國家的科學家正在嘗試利用基因編輯豬的皮膚來替代尸體皮膚，進行燒傷患者皮膚移植，取得了可喜的進展。

臨時性皮膚移植

據(jù)英國《每日郵報》和美國《新科學家》等媒體2020年1月下旬報道，深圳臻質(zhì)醫(yī)療公司、中科院深圳先進技術(shù)研究院和南昌大學第一附屬醫(yī)院等多家機構(gòu)的研究人員培育出一種基因編輯豬，并將基因編輯豬的皮膚移植到實驗用的食蟹猴身上，建立了豬-食蟹猴異種皮膚移植模型。在沒有注射任何抗免疫排斥反應藥物的情況下，這些豬皮膚移植物可在猴子身上存活25天以上，超過大多數(shù)國際異種皮膚移植物的存活時間。研究人員將計劃申報基因編輯豬皮膚治療燒傷患者的臨床研究，希望能將這些基因編輯豬皮膚應用于嚴重燒傷患者的臨床治療上。該研究結(jié)果已發(fā)布在生物預印本網(wǎng)站BioRxiv上，但是尚未得到同行評議。

對嚴重燒傷患者進行皮膚修復，最有效的是利用患者自身的皮膚進行移植。一般需要先從患者身上取出正常的皮膚，直接進行皮膚移植，或者經(jīng)過體外組織培養(yǎng)后再進行移植。前者面臨自體皮膚不夠用的問題，后者則面臨等待時間較長等問題。如果不及時進行皮膚移植，嚴重燒傷患者的傷口可能出現(xiàn)病原體感染、蛋白質(zhì)和水分流失、難以愈合、疼痛加重等風險，甚至可能致命。

在等待自體皮膚移植之前，外科醫(yī)生一般要對嚴重燒傷患者傷口進行臨時性皮膚覆蓋，讓患者皮膚細胞正常生長，防止傷口潰爛，1-2周后再拆除這些臨時性皮膚，以便移植自體皮膚。這些臨時性皮膚包括尸體皮膚、人工皮膚和動物皮膚，主要是為患者贏得寶貴的傷口恢復時間。尸體皮膚移植屬于同種異體移植，可在2-3天形成血管化結(jié)構(gòu)，免疫排斥反應較小，可起到較好的保護作用，不過這種尸體皮膚獲取成本較高，而且往往供不應求。據(jù)新西蘭廣播電臺網(wǎng)站報道，2019年12月中旬，新西蘭懷特島火山爆發(fā)，造成二十多名游客嚴重燒傷，醫(yī)生不得不花費數(shù)百萬美元從美國和澳大利亞購買人尸體皮膚。

人工皮膚是利用生物工程培養(yǎng)的皮膚替代物，不能恢復創(chuàng)面體液循環(huán)，且無汗腺等關(guān)鍵附件，只能提供短暫的創(chuàng)面機械屏障，而且價格昂貴。動物皮膚移植則屬于異種移植，一般采用豬的皮膚，可低成本大量獲取，但是免疫排斥反應較大，一般移植3-4天就會完全排除。通過基因編輯技術(shù)和體細胞克隆技術(shù)，將容易引起急性免疫排斥反應的豬基因敲除，并向豬細胞中轉(zhuǎn)入一些人體特有的基因，培育出基因編輯豬，可解決豬異種器官移植的免疫排斥反應，成為國際上異種器官移植領(lǐng)域的研究熱點。

此次，深圳臻質(zhì)醫(yī)療公司等機構(gòu)的研究人員先利用基因編輯工具CRISPR-Cas9敲除了3個容易引發(fā)人體免疫排斥反應的豬細胞表面抗原基因，并利用轉(zhuǎn)座子技術(shù)轉(zhuǎn)入6個可增加人-豬相容性的人體基因，再通過體細胞克隆技術(shù)培育出一批多基因敲除小型豬。南昌大學第一附屬醫(yī)院燒傷中心的研究人員具體實施了豬-食蟹猴異種皮膚移植手術(shù)，并對異種皮膚移植的安全性和有效性進行了系統(tǒng)性評價。在不使用任何免疫抑制劑的情況下，基因編輯豬的皮膚移植物可在猴身上恢復血液供應，并存活25天以上，與同種異體的尸體皮膚移植物相當，超過了美國麻省總醫(yī)院正在開展臨床試驗的異種皮膚移植物存活最長紀錄。這項研究證實了基因編輯豬異種皮膚移植的安全性和顯著提高的有效性。

由于引入小型豬的是增加人體兼容性的基因，研究人員推測，在燒傷病人身上的療效應該更優(yōu)于在非人靈長類動物的實驗效果。世界著名異種移植專家、美國阿拉巴馬州大學伯明翰分校戴維斯·庫珀（David Cooper）教授認為，這些基因編輯豬都適合用于臨床試驗，而下一個主要障礙將是說服監(jiān)管機構(gòu)批準該技術(shù)用于人體臨床試驗。中國研究人員也計劃盡快提交臨床試驗申請，進一步將豬異種移植推向臨床應用。

臨床試驗已開始

早在2018年底，美國FDA已批準了麻省總醫(yī)院和XenoThera-peutics公司的基因敲除豬皮膚移植臨床I期試驗，這是FDA批準的首個非人體器官移植物臨床試驗。該臨床試驗由麻省總醫(yī)院實施，將用XenoTherapeutics公司培育的基因敲除豬皮膚移植到嚴重燒傷患者身上。該臨床試驗計劃于2019年3月開始，至2020年7月結(jié)束，擬招募6位18歲以上嚴重燒傷患者。此次臨床試驗所用到的基因敲除豬是20世紀90年代由麻省總醫(yī)院的科學家培育出來的，只敲除了一個豬特有的細胞表面抗原基因（α1，3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶），豬皮膚移植物可在猴子身上存活13天。相對而言，深圳臻質(zhì)醫(yī)療公司等單位培育的多基因編輯豬，由于敲除了3個易引發(fā)人體免疫排斥反應的豬細胞表面抗原基因，并轉(zhuǎn)入6個可增加人-豬相容性的人體基因，理論上可更好地減輕免疫排斥反應，因此可有效延遲豬異種移植物存活時間。

XenoTherapeutics公司經(jīng)過多年研究，從這種基因工程豬身上培育出可以規(guī)模化應用的豬異種皮膚移植物Xeno-Skin，這是一種具有生物活性的、無特定病原體的、分層的異種移植皮膚產(chǎn)品，由基因工程豬皮膚細胞和表皮組織層組成。

2019年10月中旬，麻省總醫(yī)院燒傷外科醫(yī)生宣布已開展第一例基因工程豬皮膚移植的臨床試驗，并取得成功。他們在手術(shù)過程中，在清除壞死組織后，將一塊5×5厘米的基因工程豬皮膚移植物覆蓋在志愿者的燒傷傷口上，旁邊則覆蓋著一塊更大的人尸體皮膚。五天后，外科醫(yī)生去除了這些臨時的尸體皮膚和豬異種皮膚移植物。兩種皮膚移植物均與患者的傷口形成了血管化機構(gòu)，沒有顯著差別，也沒有進一步觀察到不良事件。之后，醫(yī)生用從患者自身大腿上收集的皮膚移植到傷口，這些傷口開始正常愈合，患者也很快得以恢復。

該研究團隊計劃在未來幾個月內(nèi)開展更多的臨床試驗。據(jù)美聯(lián)社報道，新西蘭懷特島火山爆發(fā)后，XenoTherapeutics公司計劃向這些嚴重燒傷患者捐贈豬異種皮膚移植物，以緩解尸體皮膚的不足。美國相關(guān)機構(gòu)已向新西蘭出售了約120平方米的人尸體皮膚，但是仍然無法滿足臨床需求。

異種器官移植受青睞

器官短缺是全球器官移植領(lǐng)域的共同難題，因此異種器官移植越來越被科學家寄予厚望。豬的眼角膜、心臟瓣膜、關(guān)節(jié)等免疫排斥小的異種組織已廣泛應用于人體臨床，豬胰島細胞和皮膚異種移植也已進入人體臨床試驗階段，而豬的腎臟、心臟和肝臟等實質(zhì)性器官的異種移植則已完成臨床前試驗，具備開展人體臨床試驗的基礎(chǔ)，因此豬異種器官移植也越來越受到投資者的青睞。除了美國XenoTherapeutics公司和深圳臻質(zhì)醫(yī)療公司等公司之外，越來越多的異種器官移植科技公司也相繼成立，共同為解決器官短缺這一國際難題而努力。

2017年，美國科學院院士、哈佛大學著名遺傳學家喬治·丘奇教授和他的學生楊璐菡博士共同成立eGenesis公司，以培育無內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因編輯豬聞名，目前正在與麻省總醫(yī)院合作開展豬異種器官移植的臨床試驗。在獲得3800萬美元的A輪投資之后，2019年11月，該公司又募集到1億美元的B輪融資。目前該公司在中國杭州設(shè)立了一家子公司——啟函生物，后者也獲得了3300萬美元的A輪融資。最近，eGenesis公司及其子公司啟函生物培育出對13個基因進行修飾的基因編輯豬，希望能最大限度降低人體對豬異種器官的免疫排斥反應。

四川省千人計劃特聘專家潘登科博士等人創(chuàng)立的成都中科奧格生物科技有限公司也致力于利用基因工程豬打造“未來器官工廠”，開展異種器官移植研究和臨床應用，2018年獲得風險投資3000萬元人民幣，已培育出國內(nèi)最大的基因編輯豬群體，并在豬腎臟異種移植等領(lǐng)域取得突破。

目前豬的異種器官移植臨床應用的最大障礙仍然是倫理爭議和政策限制，比如豬器官移植到人體，會不會引入難以預料的疾病、會不會存在長期的安全隱患等等，這都需要科學家、政策制定者甚至是普通公眾一起來共同討論和破解。不過，隨著研究的不斷深入，關(guān)于異種器官移植的爭議和限制將有望越來越小，基因編輯豬的器官和組織為人類造福的時間也將越來越近。