一只可以“救命”的豬

倪妮

如果你的親人，或者你本人需要器官移植，你會(huì)介意這個(gè)器官來自于一只豬嗎？

2020年12月，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)Revivicor公司的基因編輯豬GalSafe上市，它可用于食品和醫(yī)用領(lǐng)域。與常規(guī)豬不同，研究人員以基因工程技術(shù)敲除了豬細(xì)胞表面的α-半乳糖分子。

α-半乳糖分子廣泛存在于豬、羊、牛等“紅肉”哺乳動(dòng)物的細(xì)胞表面。對(duì)于某些敏感人群，食用含有α-半乳糖的紅肉會(huì)引起過敏反應(yīng)，嚴(yán)重程度從蕁麻疹到呼吸困難不等。敲除這一分子后，食用的過敏反應(yīng)即可解除。

根據(jù)FDA介紹，GalSafe豬除了可以直接作為食品，還能作為生物反應(yīng)器，提供豬肉材料來源，用于生產(chǎn)不含α-半乳糖的醫(yī)療產(chǎn)品，比如血液稀釋藥物肝素。不過Revivicor最想通過GalSafe實(shí)現(xiàn)的，是生產(chǎn)可以用于異種移植的器官。

美國(guó)衛(wèi)生部數(shù)據(jù)顯示，2019年，僅美國(guó)就有超過10萬人在等待合適的捐贈(zèng)器官。而根據(jù)一份器官移植的研究進(jìn)展報(bào)告，在全球范圍內(nèi)，由于器官短缺，90%需要器官移植的患者在等待過程中死亡。尋求人體以外的可替代器官就成了解決器官短缺的研究方向。

理論上，選擇與人親緣關(guān)系接近的靈長(zhǎng)類動(dòng)物作為移植來源是最佳方案，但靈長(zhǎng)類動(dòng)物數(shù)量少，臟器體積也偏小，且正是由于親緣近，更容易引發(fā)倫理上的爭(zhēng)議。而豬器官在尺寸和功能上與人體器官接近，加上其基因易于改造和修飾，通常被用來食用的豬如今就成為器官移植的一大潛在來源。

當(dāng)然，把豬器官移植到人體上，免疫排斥反應(yīng)仍然是重要障礙。GalSafe豬被敲除掉的α-半乳糖除了會(huì)讓人過敏，也正是導(dǎo)致免疫排斥反應(yīng)的主要原因之一。因?yàn)閯?dòng)物進(jìn)化到靈長(zhǎng)類之后，體內(nèi)就不帶半乳糖了。

在2016年發(fā)布的一份報(bào)告中，Revivicor公司和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的研究人員表示，他們能夠讓GalSafe豬的豬心在狒狒身上存活2年半，其腎臟在猴子體內(nèi)也存活了6個(gè)多月。但值得注意的是，Revivicor彼時(shí)對(duì)于豬心的異種移植并非原位移植，狒狒仍然保留自己的心臟，只是豬心被移植到狒狒的腹部—這種方法被稱為異位移植，將器官跟受體動(dòng)物的循環(huán)系統(tǒng)連接起來，看它是否會(huì)被受體動(dòng)物排斥。

Revivicor并不是唯一一家用基因豬做器官移植的機(jī)構(gòu)。韓國(guó)忠南大學(xué)和MGEN公司就曾克隆出擁有人類免疫基因的迷你豬。而2018年，德國(guó)慕尼黑Walter Brendel試驗(yàn)醫(yī)學(xué)中心的BrunoReichar t團(tuán)隊(duì)也曾將基因編輯過的豬心移植到狒狒身上，與Revivicor不同的是，這個(gè)團(tuán)隊(duì)做的是同位移植實(shí)驗(yàn)，即用豬心臟完全替代狒狒心臟，在那一年，Bruno Reichart的團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)存活記錄是195天，突破了此前科研界57天的紀(jì)錄。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)基因豬器官移植研究的進(jìn)展做出了幾項(xiàng)貢獻(xiàn)：首先，研究人員改進(jìn)了豬心離體后的保存方式，以延長(zhǎng)器官的保存時(shí)間。同時(shí)，研究人員也使用藥物雷帕霉素來抑制豬心的發(fā)育速度。雷帕霉素有免疫抑制以及抗增殖作用，通常被用于預(yù)防器官移植手術(shù)后的排異反應(yīng)，以及用作經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈治療（PCI）手術(shù)里冠脈支架上的涂層，用以預(yù)防血管再狹窄。此外，2017年，以美國(guó)eGenesis公司為首的研究團(tuán)隊(duì)表示，他們已實(shí)現(xiàn)敲除豬種群基因組里的PERV（內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒），PERV也被視為阻礙豬為人提供器官的主要障礙。

Revivicor這個(gè)名字可能不太為人熟知，但其前身PPL Therapeutics聲名顯赫—全球第一只克隆羊“多莉”的創(chuàng)造者。

PPL Therapeutics最初主打的產(chǎn)品是轉(zhuǎn)基因乳腺生物反應(yīng)器，就是讓一些生物活性物質(zhì)能夠以羊奶或者牛奶為載體表達(dá)出來，這些物質(zhì)可以用于治病。但最終，其產(chǎn)品沒有獲得批準(zhǔn)走向臨床。2002年，PPL Therapeutics破產(chǎn)。次年，PPLTherapeutics的美國(guó)團(tuán)隊(duì)成立Revivicor，這是一家再生醫(yī)學(xué)公司，主要為治療退行性疾病生產(chǎn)替代性組織來源，產(chǎn)品線包括針對(duì)糖尿病的胰島素生產(chǎn)，以及針對(duì)器官移植的替代性豬腎臟、豬心臟、豬肝臟器官。

Revivicor的官網(wǎng)介紹里特意寫道：“調(diào)控T細(xì)胞基因表達(dá)的下一代基因豬目前正在生產(chǎn)和測(cè)試中?！碑愺w移植排斥反應(yīng)由T細(xì)胞攻擊引起，T細(xì)胞是人體免疫防御系統(tǒng)的一部分，它能識(shí)別出特殊的外來信號(hào)。在異體移植中，免疫排斥反應(yīng)主要是通過持續(xù)的藥物治療來控制。Revivicor的方法則是在豬身上添加或者減少能影響T細(xì)胞反應(yīng)的基因。

中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員賴良學(xué)也很早就開始做基因豬的異種器官移植方面的研究。1998年，他前往美國(guó)密蘇里大學(xué)攻克基因編輯豬技術(shù)。與Revivicor所做的事情一樣，賴良學(xué)所在的團(tuán)隊(duì)也在做半乳糖基因敲除豬產(chǎn)品。2002年1月，賴良學(xué)以第一作者的身份在權(quán)威雜志《科學(xué)》（Science）上發(fā)表文章，宣布成功培育出全球第一例基因敲除基因豬。賴良學(xué)對(duì)《第一財(cái)經(jīng)》雜志表示，密蘇里大學(xué)團(tuán)隊(duì)用的是小型豬，Revivicor用的是大型豬。但兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的目的是一樣的，都是為了解決將豬器官移植到人體后的免疫排斥問題。

彼時(shí)，基因編輯還未像現(xiàn)在這樣得到快速發(fā)展，賴良學(xué)所在的團(tuán)隊(duì)采用的還是相對(duì)傳統(tǒng)的同源重組技術(shù)。這一技術(shù)基于1980年代中后期DNA同源重組的原理發(fā)展而來，利用胚胎干細(xì)胞的顯微注射來實(shí)現(xiàn)同源序列DNA分子之間或者之內(nèi)的重新組合?！澳菚r(shí)還沒有高效的基因編輯技術(shù)，做基因編輯的成功率很低。”賴良學(xué)說。

根據(jù)賴良學(xué)的介紹，基因豬主要包含普通轉(zhuǎn)基因和基因打靶兩種。普通轉(zhuǎn)基因豬通常是將外源基因置入豬的細(xì)胞里，讓豬表達(dá)出它沒有的基因，或者它自己有但是表達(dá)弱的基因;基因打靶是指“剪切”豬基因的特定位置。基因打靶主要有兩種功能：一種是基因敲除，即把某段基因去掉;一種是基因敲入，即把某個(gè)基因放到某個(gè)地方。

韓國(guó)曾培育出擁有人類免疫基因、用于器官移植的基因豬。

經(jīng)典的基因打靶技術(shù)效率低，難度大。直到20 09年前后，基于核酸酶的新型基因編輯工具陸續(xù)問世，比如ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9大幅度提升了基因編輯操作的效率和通量，這三種技術(shù)又分別被叫作一代、二代及三代基因編輯技術(shù)。隨著技術(shù)的更迭，它們被越來越多地用于尋找針對(duì)多種基因疾病的療法，在諸如抗病性方面做性能改造，以及改良動(dòng)物、植物的新品種，提高它們的生產(chǎn)效率。

盡管基因編輯工具的進(jìn)步極大提高了基因改造的精準(zhǔn)性和效率，異種移植器官走向應(yīng)用仍面臨很大的挑戰(zhàn)。軟骨、角膜類相對(duì)簡(jiǎn)單的器官可能應(yīng)用起來相對(duì)較快，像腎臟、心臟一類功能復(fù)雜的高級(jí)器官則會(huì)緩慢一些。

國(guó)際異種移植指導(dǎo)委員會(huì)對(duì)異種移植研究進(jìn)入臨床提出的前提是“60%的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)受體存活時(shí)間超過3個(gè)月，至少有10例連續(xù)的移植實(shí)驗(yàn)”。而臨床試驗(yàn)的目標(biāo)是：永久性替換原有器官，必須有超過50%的受體生存時(shí)間長(zhǎng)于6個(gè)月。

“有很多器官衰竭終末斯的病人如果不及時(shí)做器官移植可能會(huì)很快死掉。其中一個(gè)思路是，如果先做異體器官移植，即使只能幫助延長(zhǎng)患者半年的壽命，可能患者就可以等到合適的人體器官，然后再做移植，這可能就是豬器官移植的市場(chǎng)。”中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所干細(xì)胞與生殖生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員趙建國(guó)對(duì)《第一財(cái)經(jīng)》雜志說。

但實(shí)現(xiàn)對(duì)豬的基因組的高效改造，更重要的基礎(chǔ)工作是加強(qiáng)對(duì)豬的基因組信息的了解，挖掘更多影響性狀的基因信息?！拔覀儗?duì)豬的基因組的了解，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?！壁w建國(guó)說。

實(shí)際上，在Ga lSa fe豬之前，美國(guó)也出現(xiàn)過基因編輯動(dòng)物上市的案例。2015年，F(xiàn) DA批準(zhǔn)AquaBounty公司的AquAdvantage轉(zhuǎn)基因三文魚可上市用于食用。這種魚的生長(zhǎng)速度大約是傳統(tǒng)養(yǎng)殖三文魚的兩倍—傳統(tǒng)三文魚要成長(zhǎng)到市場(chǎng)規(guī)模，至少需要3年時(shí)間。

AquaBounty開發(fā)轉(zhuǎn)基因三文魚主要基于經(jīng)濟(jì)效益的因素。根據(jù)這家公司對(duì)《第一財(cái)經(jīng)》雜志的回復(fù)，AquAdvantage三文魚除了生長(zhǎng)速度更快，飼養(yǎng)效率也更高，可以在每個(gè)養(yǎng)殖周期獲得更大的產(chǎn)量。而且它可以在陸地上的消費(fèi)區(qū)附近養(yǎng)殖，從而降低運(yùn)輸成本。

但更快更省錢的三文魚產(chǎn)品并未收獲市場(chǎng)認(rèn)可。盡管已獲監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，該產(chǎn)品卻遲遲未能在美國(guó)上市，原因就在于輿論對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品的抵制。2016年，美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)FDA發(fā)出指令，禁止任何含有轉(zhuǎn)基因成分的產(chǎn)品在美國(guó)市場(chǎng)銷售，除非給產(chǎn)品貼上標(biāo)簽，告知消費(fèi)者轉(zhuǎn)基因信息。這一禁令直到2019年才解除。

GalSafe豬與AquaBounty的三文魚產(chǎn)品都使用了基因工程技術(shù)，但不同點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)基因是把外源基因置入到目標(biāo)基因里，GalSafe豬這類產(chǎn)品是對(duì)本身的基因改造，只是通過基因敲除或者單堿基替換的方式給基因片段做“加減法”，沒有帶入外源基因，這也是研究人員認(rèn)為產(chǎn)品沒有額外風(fēng)險(xiǎn)的原因。

每個(gè)國(guó)家對(duì)于不同類型的基因編輯生物的政策也略有不同。日本、巴西、阿根廷等國(guó)對(duì)基因編輯生物上市的監(jiān)管相對(duì)更寬松和靈活，對(duì)于未導(dǎo)入外源基因的基因編輯生物與轉(zhuǎn)基因生物區(qū)別管理，應(yīng)用上更開放。歐盟和新西蘭則仍將前者視作轉(zhuǎn)基因生物，實(shí)行嚴(yán)格監(jiān)管。

中國(guó)目前也尚未出臺(tái)專門的基因編輯生物的管理政策，所有相關(guān)產(chǎn)品都只能按照轉(zhuǎn)基因生物管理，比如南京堯順禹生物技術(shù)有限公司研發(fā)的基因編輯黃顙魚，就正在申請(qǐng)“漫長(zhǎng)”的安全評(píng)價(jià)審查。堯順禹生物借助基因編輯技術(shù)敲除了黃顙魚的生長(zhǎng)抑制基因，從而使魚可以快速增長(zhǎng)?！艾F(xiàn)在轉(zhuǎn)基因生物的管理模式比較復(fù)雜和嚴(yán)格，需要評(píng)估生態(tài)安全，看周邊物種有沒有變化，這就要花費(fèi)4到5年時(shí)間?！惫靖笨偛猛趺鏖_對(duì)《第一財(cái)經(jīng)》雜志說。

很多基因編輯生物領(lǐng)域人士都曾表示，應(yīng)對(duì)基因編輯和轉(zhuǎn)基因分開管理，給予基因編輯技術(shù)更大空間。如果按照基因變異的來源分類，基因變異可以分為自然突變、物理和化學(xué)方式人工誘變，以及涵蓋基因編輯技術(shù)在內(nèi)的生物誘變?nèi)N。研究人員認(rèn)為，通過基因編輯技術(shù)誘變的新品種本質(zhì)上與自然界自然突變的品種類同。但也有質(zhì)疑方對(duì)基因編輯生物的不可控性表示擔(dān)憂，比如基因編輯過的動(dòng)植物在多代繁衍后可能會(huì)出現(xiàn)不可逆的致病性狀等等無法預(yù)測(cè)的后果。

FDA的審查文件也分析了GalSafe豬的食用安全問題：GalSafe豬的飼養(yǎng)條件要比傳統(tǒng)養(yǎng)殖的豬嚴(yán)格得多，在管理良好的商業(yè)化養(yǎng)殖條件中，Galsafe并沒有動(dòng)物安全問題。但改造目的基因的同時(shí)有可能會(huì)影響其他基因的表達(dá)，比如是否會(huì)表達(dá)出新的蛋白。所以，“在產(chǎn)品投入市場(chǎng)前，仍然需要安全評(píng)估可能的風(fēng)險(xiǎn)”。

Galsafe豬的獲批，當(dāng)然是基因編輯領(lǐng)域里一個(gè)利好的信號(hào)，但Revivicor表示，豬肉生產(chǎn)并不是公司主要的業(yè)務(wù)方向。其獲批上市的產(chǎn)品不會(huì)在商超里售賣，Revivicor也不會(huì)直接參與銷售，對(duì)帶有α-半乳糖分子的豬肉過敏的消費(fèi)者需要向第三方下訂單，才能買到Revivicor的豬肉產(chǎn)品。

豬器官的異種移植才是這家公司的重點(diǎn)和未來方向。

在嘗試做心臟置換之前，Revivicor計(jì)劃先從腎臟移植開始。他們正在等待正式的人體試驗(yàn)，如果順利的話，臨床試驗(yàn)今年就會(huì)開始。來自波士頓的一家公司已經(jīng)在測(cè)試GalSafe豬的皮膚移植方式，看它是否能作為燒傷患者自身皮膚再生的治療選擇。“我們的最終目的是，真正實(shí)現(xiàn)器官的‘無限制供應(yīng)。”Revivicor CEO DavidAyares曾如是說。