用豬器官代替人類器官來挽救人類生命

白色碎冰上的豬肺，看上去和屠宰場豬肺沒有兩樣，不過這不是普通的豬肺，而是將用于移植給狒狒研究用的豬肺，這是巴爾的摩馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院外科醫(yī)生6小時前從造價高昂的豬身上摘取的豬肺。如果運氣不錯，這個豬肺將能在6歲的狒狒胸腔內(nèi)繼續(xù)存活。

助理將豬肺拿給Lars?Burdorf，他正和手術(shù)助手們給狒狒進(jìn)行豬肺器官移植手術(shù)。經(jīng)過5小時氣管和血管縫合等繁瑣過程，這個耗資5萬美元的操作只能給研究增加一個樣本數(shù)。這一大型研究項目是10多個實驗室?guī)资畟€免疫學(xué)家的集團(tuán)研究，研究目的利用免疫學(xué)和基因工程技術(shù)解決人類器官來源的問題，簡單說就是用豬器官代替人類器官來挽救人類生命。這次研究如果成功，將是研究往最后成功前進(jìn)了一大步，說明將豬器官能在狒狒體內(nèi)存活。

馬里蘭實驗室負(fù)責(zé)人羅賓·皮爾森負(fù)責(zé)將50個豬器官移植給狒狒，測試靈長類動物對不同組合的轉(zhuǎn)基因豬和抗免疫排斥藥物的反應(yīng)。雖然進(jìn)行了大量嘗試，但至今沒有一個器官受體靈長類動物生存超過幾天，免疫系統(tǒng)的復(fù)雜性和由豬病毒感染的可能性是可怕的，讓許多大公司知難而退。

這種困難現(xiàn)在開始有了曙光，主要是得益于免疫抑制藥物和基因組編輯新技術(shù)如CRISPR/Cas9的快速發(fā)展。這些技術(shù)讓科學(xué)家能方便快捷地編輯豬的基因，把那些會導(dǎo)致排斥和感染的基因滅活，這在過去是很難實現(xiàn)的。波士頓eGenesis公司2015年10月宣布已經(jīng)成功對豬的62個基因進(jìn)行一次性批量編輯。

一些科學(xué)家預(yù)測，幾年后將會有人類接受基因修改后豬實體器官的臨床試驗。馬里蘭United?Therapeutics生物技術(shù)公司在轉(zhuǎn)基因豬肺人類移植方面投入1億美元，這是該領(lǐng)域近10多年內(nèi)最大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化投入，該公司計劃2020年前開始臨床試驗。但是許多科學(xué)家認(rèn)為這不太現(xiàn)實，監(jiān)管機(jī)構(gòu)也很難被說服同意開展這種高風(fēng)險的試驗。

悉尼大學(xué)韋斯特米德醫(yī)院外科醫(yī)生Jeremy?Chapman說，從科學(xué)角度看他們已經(jīng)接近成功，但是這一領(lǐng)域顯然需要面對各種各樣的問題，跨種器官移植領(lǐng)域的現(xiàn)實是，每克服一個障礙，總會有更大的障礙等在哪兒。

至少1960年代就已經(jīng)有人開始跨種器官移植的臨床應(yīng)用嘗試，是將狒狒和黑猩猩的腎臟移植給人類患者。這次嘗試不那么成功，患者幾個月內(nèi)都死亡了，主要死因是患者免疫系統(tǒng)對移植器官的攻擊和排斥反應(yīng)。主要貢獻(xiàn)是建立起來跨種器官移植的概念，是挽救成千上萬等待供體器官患者生命的一個希望。

1993年，匹茲堡大學(xué)北美器官移植中心David?Cooper和同事發(fā)現(xiàn)，在移植以后幾分鐘內(nèi)，人類免疫系統(tǒng)會啟動免疫排斥反應(yīng)，針對的攻擊對象是單個豬抗原，這種抗原是一種在細(xì)胞表面的糖α-1,3-半乳糖或α-gal，這是器官排斥反應(yīng)的啟動因素。α-1，3-半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶是產(chǎn)生這種糖必須的酶，理論上抑制這種酶或敲除這種酶的基因就可以避免排斥反應(yīng)。

這一發(fā)現(xiàn)和其它器官移植領(lǐng)域的進(jìn)展讓跨種器官移植看起來很容易實現(xiàn)，吸引了一些大型醫(yī)藥公司的興趣。1996年瑞士諾華制藥開始在跨種器官移植領(lǐng)域投入重資，Geoffrey?MacKay當(dāng)時是該公司這一方向的移植和免疫學(xué)負(fù)責(zé)人。MacKay說諾華當(dāng)時不僅是希望解決器官短缺問題，而且希望通過轉(zhuǎn)基因解決一些免疫排斥問題。MacKay現(xiàn)在是eGenesis臨時首席執(zhí)行官。諾華開始計劃在異種器官移植方面投入100萬美元，包括科學(xué)研究和全球無菌飼養(yǎng)豬的設(shè)施。其它一些公司包括Genzyme和PPL?Therapeutics的投入規(guī)模都比較小，F(xiàn)DA也開始制定相關(guān)指南和標(biāo)準(zhǔn)。

但免疫系統(tǒng)顯然不是那么簡單，即使用藥物抑制α-gal的產(chǎn)生，接受豬器官移植的狒狒仍然只存活幾周。另一個問題是感染。即使保持供體豬完全無菌，豬基因組上散布著許多休眠內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，研究者擔(dān)心這些病毒轉(zhuǎn)入人體后會被激活對人體造成損害。這一難關(guān)對這一領(lǐng)域產(chǎn)生了打擊，2000年代早期，諾華停止了該公司的異種器官移植項目，解散了研究團(tuán)隊。

異種器官移植在接下來的十年一直沒有很突出進(jìn)展。一些研究小組和企業(yè)嘗試豬組織移植，相比使用固體器官，組織移植免疫反應(yīng)不是那么嚴(yán)重，因此是比較容易成功的計劃。今年4月，中國監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)使用豬眼角膜移植。豬胰島細(xì)胞移植研究項目也正在開展。

第一個商用胰島素細(xì)胞可能來自新西蘭一家生物技術(shù)公司，該公司開發(fā)了一種活細(xì)胞技術(shù)(LCT)，是用一種凝膠狀“露珠”將豬的胰島細(xì)胞封裝起來，以避免人體免疫系統(tǒng)的攻擊和排斥。產(chǎn)品稱為DIABECELL，目前已在幾個國家進(jìn)行后期臨床試驗。患者植入細(xì)胞后細(xì)胞存活超過九年，期間沒有發(fā)生免疫排斥或感染。

2003年，Revivicor公司創(chuàng)始人Ayares和他的同事創(chuàng)造了第一個刪除α-gal的克隆轉(zhuǎn)基因豬。美國外科醫(yī)生Mohiuddin和同事將敲除α-gal基因的豬心臟移植到狒狒體內(nèi)。這些修改大大延長了器官在狒狒體內(nèi)的生存時間。雖然移植心臟在功能上并沒有完全取代狒狒的心臟，但狒狒的生存期延長到兩年半。但是這種轉(zhuǎn)基因豬，通常需要幾代育種來去除豬的一個特定的基因。第一個α-gal-knockout豬花了整整三年，現(xiàn)在從頭開始造出一個轉(zhuǎn)基因豬只需要150天?；蚓庉嬌踔量梢悦獬庖咭种苿┑氖褂?，利用基因編輯技術(shù)編輯相關(guān)免疫的基因，那就無需使用免疫抑制藥物了。

基因編輯的進(jìn)步讓投資者對器官移植研究充滿信心。2011年，United?Therapeutics公司以約800萬美元的價格收購Revivicor公司,宣布啟動為期十年基因編輯豬肺的臨床試驗的雄心勃勃的計劃。

LCT技術(shù)封存胰島細(xì)胞的成功，許多人希望胰島細(xì)胞將成為第一個基因編輯的組織進(jìn)入臨床試驗，為更加困難的器官移植研究鋪路。

2014年，United?Therapeutics?公司與一家生物技術(shù)公司合作成立了一個5000萬美元的合成基因組學(xué)(SGI)項目，SGI不是簡單地敲除抗原基因,SGI是結(jié)合組織工程學(xué)，以特別的方式回避免疫排斥，如以豬細(xì)胞產(chǎn)生的表面受體作為分子海綿，吸收會攻擊器官的人類免疫信號分子。

該公司在胚胎上改變細(xì)胞表面抗原的20多個基因，并將胚胎植入母豬體內(nèi)。該公司還用CRISPR滅活在豬腎臟細(xì)胞中的62個豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因。研究人員已經(jīng)將進(jìn)行基因編輯后的細(xì)胞核轉(zhuǎn)入豬胚胎。即使可以保證不被內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄酶感染,還是存在其他問題的，比如豬器官能否在他們的“新家園”正常工作。比如，豬腎臟能否對人類激素起作用來控制排尿,或豬的肝臟產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是否會正確地與人類的系統(tǒng)相互作用。因為豬的壽命只有十年,他們的器官可能無法工作到人類生命結(jié)束的那一天。即使使用異種器官移植作為“橋”，直到找到一個合適的捐贈者，也會存在很大的困難。例如,心臟移植后,纖維組織周圍形成新的組織,使第二次移植非常困難。

我們已經(jīng)知道器官移植還存在很多的障礙，對于開篇提到的Pierson?的手術(shù)，我們也大概猜到了結(jié)局。馬里蘭大學(xué)Pierson?研究團(tuán)隊的移植手術(shù)結(jié)束大約半個小時以后，轉(zhuǎn)入了豬肺的狒狒蘇醒過來，研究人員開始監(jiān)測生命體征。肺功能在當(dāng)天晚上表現(xiàn)良好，甚至能夠在另一個肺血流供應(yīng)不足時仍能提供足夠的氧氣。但第二天，狒狒還是令人絕望的掛了。Pierson說,這是意想不到的，因為豬的多個基因改造似乎和狒狒的免疫系統(tǒng)配合得很好。尸檢表明血液在肺部積累成血栓。與異種移植的中許多其他方面的問題一樣,皮爾森說，“這是一個我們?nèi)孕枰獙W(xué)習(xí)的問題。”