白色碎冰上的豬肝，看上去也許和屠宰場(chǎng)豬肝沒有兩樣，不過這卻不是普通的豬肝，它取自一種基因修飾的小型豬，醫(yī)生將要把它移植到藏酋猴體內(nèi)（一種生長于中國四川的靈長類動(dòng)物）。
　　就在3小時(shí)前，西京醫(yī)院器官移植外科醫(yī)生從造價(jià)高昂的轉(zhuǎn)基因豬身上將豬肝摘取下來。助手將豬肝臟交給術(shù)者，經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的脾臟切除，血管吻合等十分精細(xì)的操作，藏酋猴體內(nèi)的血液灌注于豬肝臟內(nèi)，肝臟由土黃色逐漸變?yōu)轷r紅色，引流管內(nèi)流出了金黃色的膽汁。按照設(shè)想，豬肝臟將會(huì)在藏酋猴體內(nèi)存活并逐漸開始發(fā)揮功能。這個(gè)耗資近10萬元的手術(shù)僅僅是為該項(xiàng)研究新增了一例樣本。
　　這項(xiàng)大型研究項(xiàng)目是由中國科技部“973計(jì)劃”（國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃）支撐的旨在利用基因工程技術(shù)探索解決人類器官來源的問題，簡單說來就是用改良的豬器官替代人類器官從而挽救患者生命。
　　異種移植何時(shí)能夠應(yīng)用于臨床治療？課題負(fù)責(zé)人之一陶開山教授說：“大概還需要3年時(shí)間的研究和實(shí)驗(yàn)，才有可能將異種移植術(shù)應(yīng)用于暴發(fā)性肝衰竭臨床治療，幫助患者渡過生命危險(xiǎn)期。而使用基因豬的肝臟永久來取代人的肝臟，則需要更多時(shí)間的探索。”
　　一、為何要采取異種器官移植
　　器官移植是20世紀(jì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，挽救了無數(shù)器官衰竭患者的生命。然而數(shù)十年以來，器官資源的短缺一直是移植手術(shù)繞不開的話題。即使在器官捐獻(xiàn)率較高的美國，每10分鐘就會(huì)新增一名需要進(jìn)行器官移植的患者，平均每天亦有22位病人在等待器官移植中死去?？晒┮浦驳钠鞴俣倘辈粌H使得人們難以負(fù)擔(dān)等待過程中的治療費(fèi)用，由此衍生的黑市交易也帶來了更多的社會(huì)問題。
　　供體來源短缺極大困擾著外科醫(yī)生，加之近年來中國取締了司法來源的器官供體，使得供體短缺的情況更加嚴(yán)重。各國政府及醫(yī)院機(jī)構(gòu)采取多種途徑試圖拓寬供體來源，包括立法“腦死亡”，改進(jìn)肝移植的手術(shù)方式，如劈裂式肝移植，提高供體的利用效率等等，仍然不足以改善器官短缺的狀況。供體短缺成為制約器官移植的瓶頸。
　　異體移植、3D打印、組織工程等都是替代同體移植的方法。3D打印技術(shù)造價(jià)比較高，而且只能打印細(xì)胞結(jié)構(gòu)相對(duì)單純的器官，比如血管。而對(duì)于肝臟、心臟等內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的器官，3D打印很難實(shí)現(xiàn)，組織工程器官同樣面臨功能問題。因而就人類內(nèi)臟器官復(fù)雜性而言，異體移植無疑是最“靠譜”的方法。
　　生物學(xué)家一直致力于尋找移植用器官的替代資源，人體捐獻(xiàn)的器官不夠用，用其他動(dòng)物的怎么樣呢？異種移植的問題由此被提出。備選方案中你可能馬上會(huì)想到非人靈長類?？上н@些人類近親們或是已經(jīng)瀕危，或是器官大小與人類相距太遠(yuǎn)。最終生物學(xué)家認(rèn)為理想的器官供體應(yīng)該源自一種經(jīng)過長期馴化的動(dòng)物，而它們的器官又恰好要與人體器官體積相似。在眾多動(dòng)物中，家豬脫穎而出了。
　　二、異種移植的發(fā)展
　　1.早期探索階段
　　世界上第一例異種器官移植手術(shù)發(fā)生在1905年。當(dāng)時(shí)，法國醫(yī)生布蘭斯多將兔腎切成薄片植入腎功能衰竭兒童體內(nèi)，手術(shù)很成功。但16天后，兒童死于排斥反應(yīng)引發(fā)的肺部感染。后來在狗，兔，豬等不同動(dòng)物之間的研究，逐漸發(fā)現(xiàn)跨物種的移植存在致命性的排斥反應(yīng)。由于無法控制這種排斥反應(yīng)，異種移植研究由此進(jìn)入冰點(diǎn)。
　　直到1960年，希欽斯和埃利昂兩位科學(xué)家分離出一種強(qiáng)有力的免疫抑制劑“硫唑嘌呤”，二人也由此獲得1988年的諾貝爾獎(jiǎng)。1964年，美國Reemtsma醫(yī)生，完成第一例成功的異種腎移植（黑猩猩-人）臨床嘗試，使用免疫抑制后受體最長存活9個(gè)月。這次實(shí)驗(yàn)重新燃起了醫(yī)學(xué)界對(duì)于異種移植的希望。此后陸續(xù)進(jìn)行了包括異種心臟移植，異種肝臟移植等。
　　然而60年代后期，由于血液透析技術(shù)的發(fā)展，以及腦死亡立法在各國的通過，這使得異種移植關(guān)注度逐漸降低。70年代后期，艾滋病的發(fā)生使人們意識(shí)到種間感染的危險(xiǎn)性，這也使得人們對(duì)于異種移植態(tài)度更為謹(jǐn)慎。異種移植的研究再次陷入低谷。
　　20世紀(jì)90年代，由于同種移植技術(shù)的不斷發(fā)展，使得供體短缺的情況日漸嚴(yán)峻。科學(xué)家將供體目標(biāo)再次鎖定在豬。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)，在豬器官移植以后幾分鐘內(nèi)，人類免疫系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)免疫排斥反應(yīng)，免疫系統(tǒng)攻擊對(duì)象是一種存在于豬及其他非靈長類動(dòng)物細(xì)胞表面的糖α-1,3-半乳糖（α-gal）。人和非人靈長類動(dòng)物體內(nèi)存在針對(duì)α-gal的抗體，抗原抗體結(jié)合后在數(shù)小時(shí)內(nèi)即可引發(fā)超急性排斥反應(yīng)，而這正是引起器官排斥反應(yīng)的啟動(dòng)因素。
　　α-1,3-半乳糖（α-gal）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)。受限于基因編輯技術(shù)，早期主要是通過藥物抑制α-gal的產(chǎn)生并在移植前吸附血液內(nèi)的抗體，但是免疫系統(tǒng)仍有不同程度的激活，且抗體水平會(huì)隨著移植物的存活時(shí)間延長而增加。直到2003年，Revivicor公司創(chuàng)始人Ayares和他的同事創(chuàng)造了第一個(gè)敲除α-gal的克隆轉(zhuǎn)基因豬（GTKO豬），異種移植進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。

　　2.GTKO豬：異種移植新的里程碑
　　隨著GTKO豬的問世，移植界對(duì)于異種器官移植的熱情迅速被點(diǎn)燃。目前美國，中國，日本，韓國和澳大利亞等均已有異種移植的工作團(tuán)隊(duì)。異種移植領(lǐng)域的紀(jì)錄一次又一次被刷新。至今異種心臟移植的受體存活時(shí)間已達(dá)945天（美國，麻省總院），異種肝臟移植受體存活時(shí)間則相對(duì)較短（14天，中國，西京醫(yī)院和28天，美國，麻省總院）。相對(duì)于實(shí)體器官移植，異種細(xì)胞和組織移植的存活時(shí)間明顯較長，主要是由于異種細(xì)胞和組織缺乏血管，免疫排斥反應(yīng)較輕。2012年，匹茲堡Starzl 移植研究所的David Cooper等人在Lancet 上撰文，并預(yù)言“異種移植將會(huì)是下一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命”。

　　三、異種移植面臨的問題
　　雖然借助于基因修飾技術(shù)，異種移植取得了巨大的進(jìn)步，但是若要將其應(yīng)用于臨床，目前看來仍然面臨諸多亟待解決的問題。
　　1.供體選擇的問題
　　雖然非人靈長類動(dòng)物與人類的親緣關(guān)系更為靠近，但是由于非人靈長類動(dòng)物每胎產(chǎn)仔少，成熟周期長，數(shù)量有限，不能滿足大量的研究和移植需求。相比之下，豬的生長周期短，易于飼養(yǎng)繁殖和進(jìn)行基因改造，降低了研究成本。豬的器官在大小、結(jié)構(gòu)等解剖學(xué)指標(biāo)和生理學(xué)指標(biāo)上，也與人體的器官大體接近。所以，選擇豬用于異種器官移植，已成為國際上的共識(shí)。

　　2. 排斥反應(yīng)
　　豬-人的異種移植面臨超急性排斥、急性排斥以及慢性排斥的問題。
　　（1）超急性排斥反應(yīng)（HAR）由靈長類動(dòng)物體內(nèi)預(yù)存的天然抗體與豬內(nèi)皮細(xì)胞表面α-1,3-Gal抗原結(jié)合，導(dǎo)致血栓形成。2003年，美國Ayares研究團(tuán)隊(duì)培育出α-1, 3-半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因敲除豬（GTKO豬），基本上解決了超急性排斥反應(yīng)。
　?。?）急性排斥反應(yīng)（AR）主要是由靈長類動(dòng)物體內(nèi)的免疫細(xì)胞攻擊植物引起的排斥反應(yīng)，而目前的研究表明在異種移植中急性排斥主要是以補(bǔ)體介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用和巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞介導(dǎo)的固有免疫為主，這與同種移植過程中急性排斥中以T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞為主要效應(yīng)細(xì)胞的反應(yīng)模式并不相同。固有免疫是機(jī)體在種系發(fā)生和進(jìn)化過程中逐漸形成的一種天然免疫防御功能，具有識(shí)別廣泛抗原的能力。異種抗原的刺激是導(dǎo)致固有免疫系統(tǒng)激活的主要原因。
　　目前由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)GTKO豬進(jìn)行人源化的基因修飾，如轉(zhuǎn)人源CD55，CD46等補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白，轉(zhuǎn)人源CTLA4Ig或 LEA29Y、PD-L1 等免疫調(diào)節(jié)基因，抑制T細(xì)胞反應(yīng)，轉(zhuǎn)人源CD47、HLA-G 或 HLA-E，抑制NK和巨噬細(xì)胞的固有免疫反應(yīng)，目前已經(jīng)可以制備同時(shí)含有6個(gè)基因修飾的GTKO豬。
　　（3）慢性排斥反應(yīng)（CR）主要是以T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞排斥為主，哈佛大學(xué)王日健教授研發(fā)的抗CD40抗體2C-10能顯著延長異種心臟存活時(shí)間，使得異種心臟移植延長至945天。此外日本中內(nèi)啟光教授課題組利用IPS細(xì)胞結(jié)合嵌合胚胎技術(shù)試圖在豬體內(nèi)培養(yǎng)出人體器官，目前該課題組已經(jīng)成功在豬體內(nèi)制備出不同基因型的豬胰腺臟器。


轉(zhuǎn)人源CD47基因修飾豬

　　3.凝血機(jī)制的改變
　　異種移植后，會(huì)明顯觸發(fā)機(jī)體的凝血機(jī)制導(dǎo)致凝血功能異常。而這一點(diǎn)在異種肝臟移植中表現(xiàn)的尤為突出，在移植的早期，受體體內(nèi)的血小板數(shù)量呈現(xiàn)出明顯下降。血小板是機(jī)體凝血系統(tǒng)的“衛(wèi)兵”，一旦低于限值，機(jī)體就會(huì)出現(xiàn)不可控的出血。因而血小板的減少及凝血功能的失調(diào)，成為制約異種肝臟移植的桎梏。目前有研究團(tuán)隊(duì)通過轉(zhuǎn)入人源化的凝血調(diào)節(jié)分子以及敲除ASGR1（一種介導(dǎo)血小板吞噬分子受體）以糾正異種移植后的凝血紊亂。

　　4. 生物安全性
　　在異種移植中，跨物種的生物安全問題一直引人注意。眾所周知，很多人類病原體都來源于動(dòng)物，例如HIV來源于狒狒， SARS來源于果子貍，而令人聞之色變的埃博拉病毒則來源于果蝠。通常認(rèn)為，種屬上與人越接近的物種，其所攜帶的病原體就越容易感染人類。以豬為供體的異種移植是否存在種屬交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，仍無定論。
　　目前的研究確定了26種存在種間交叉感染風(fēng)險(xiǎn)的病原體。其中，細(xì)菌和部分病毒可以通過培育SPF的豬來解決。目前關(guān)注最多的是豬逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）。豬逆轉(zhuǎn)錄病毒又分為A型、B型和C型。雖然在異種胰島移植的臨床觀察中并未發(fā)現(xiàn)PERV的感染，但是由于體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)PERV可以從豬的細(xì)胞中轉(zhuǎn)入人體細(xì)胞，并整合至人類基因中，因此存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。
　　要消滅PERV，可以針對(duì)它的一個(gè)關(guān)鍵基因pol。這個(gè)基因編碼是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，讓病毒能夠整合到其他物種的基因組里。而這個(gè)狡猾的基因在豬的腎上皮細(xì)胞里，足足留了62套備份。要挨個(gè)消滅它們，太麻煩了。生物技術(shù)的發(fā)展再次讓這個(gè)難題迎刃而解，2015年10月，楊璐菡博士利用一種新的基因編輯技術(shù)-CRISPR/Cas9 一次性的敲除了隱藏著豬基因組中的62個(gè)PERV片段，體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證病毒的感染率被削弱了近1000倍，該結(jié)果發(fā)表在《Science》雜志。異種移植的臨床應(yīng)用只差臨門一腳。


生物安全性

科學(xué)雜志報(bào)道：利用CRISPR/Cas9編輯豬PERVs

　　5.倫理爭(zhēng)議
　　目前因文化傳統(tǒng)、宗教信仰、價(jià)值觀念的不同對(duì)異種移植移植存在爭(zhēng)論。2013年在德國慕尼黑召開了關(guān)于異種移植倫理探討的會(huì)議。會(huì)議中各個(gè)宗教各自闡述了對(duì)異種移植的看法，其中猶太教核心教義是人的生命高于一切宗教制約，在病危情況下，應(yīng)該而且必須接受移植；基督教倫理認(rèn)為，只要遵守道德規(guī)定，不虐待動(dòng)物就可進(jìn)行異種研究。可允許病人因治療疾病的目的而接受異種動(dòng)物器官；伊斯蘭教認(rèn)為，人是在生物鏈的頂端，人身天授，人有義務(wù)去保護(hù)好自己的健康。因此，伊斯蘭教的觀點(diǎn)中用異種移植進(jìn)行治療是可行的。因此只要在人權(quán)和自主權(quán)不被影響的條件下，有責(zé)任地對(duì)待動(dòng)物而不是簡單的將其當(dāng)做工具，宗教倫理是不會(huì)禁止異種移植的。
　　四、異種肝臟移植：治療臨床爆發(fā)性肝衰的極具潛力的手段
　　肝臟是身體內(nèi)以代謝功能為主的器官，并在身體里面扮演著去毒素，儲(chǔ)存糖原(肝糖)，分泌性蛋白質(zhì)合成等等功能。目前仍無十分有效的體外人工肝臟用以替代肝臟的功能，因此在當(dāng)前先進(jìn)的輔助技術(shù)支持下，人可以“一日無心”，“一日無腎”但卻不能“一日無肝”。
　　臨床上有一類患者，由于藥物或是病毒感染導(dǎo)致肝臟短期內(nèi)失去功能，稱之為“爆發(fā)性肝衰”患者。這類患者的肝臟尚具有再生和修復(fù)的能力，僅僅需要在短期內(nèi)輔助移植部分肝臟，用以維持肝臟的功能，即可使得患者度過危險(xiǎn)期。但是由于供體的短缺，無法滿足爆發(fā)性肝衰患者迫切的肝移植需要，使得爆發(fā)性肝衰的死亡率極高。
　　以竇科峰、陶開山為主的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性使用GTKO豬—藏酋猴進(jìn)行異種肝臟進(jìn)行脾窩異位輔助性肝臟移植，旨在解決此問題。
　　在經(jīng)過仔細(xì)對(duì)比和分析，最終課題組選擇了藏酋猴作為移植受體，該靈長類動(dòng)物的生理指標(biāo)與人類極為接近，且體型較大，適合移植。應(yīng)用該術(shù)式，課題組成功完成了4例GTKO豬-藏酋猴的異種肝臟移植試驗(yàn)，最長存活時(shí)間達(dá)到了14天（2013年），在當(dāng)時(shí)為異種肝臟移植最長存活紀(jì)錄。
　　正如文章開頭所寫，新的肝臟移植入藏酋猴體內(nèi)，逐漸發(fā)揮了功能。通過生理生化指標(biāo)的檢測(cè)，藏酋猴體內(nèi)開始出現(xiàn)豬源性的白蛋白及凝血因子，膽汁的持續(xù)流出同樣證實(shí)了肝臟的合成功能開始恢復(fù)。通過CT影像學(xué)檢測(cè)的方法，對(duì)新肝臟的體積進(jìn)行了評(píng)估，評(píng)估結(jié)果表明，新肝臟的體積在術(shù)后出現(xiàn)了增大，這說明豬肝臟在藏酋猴體內(nèi)出現(xiàn)了再生和修復(fù)。利用該模型課題組先后探討了異種肝臟移植后凝血機(jī)制紊亂的機(jī)理和主要組織相容性抗原復(fù)合物MHC分子的不匹配問題在異種移植排斥中的作用，極大的推動(dòng)了異種肝臟移植的發(fā)展。
　　道路依舊是曲折的，相較于其他臟器的異種移植，異種肝臟移植的存活時(shí)間仍然十分短，諸多難題尚待克服。然而前途卻是光明的，異種肝臟移植一旦應(yīng)用于臨床，將會(huì)是肝臟衰竭患者的福音。正如肝移植之父Thomas E. Starzl所言：“任何技術(shù)在昨天看來可能是不可思議的，今天看來也僅僅是能勉強(qiáng)做到的，但是明天也許就會(huì)成為一種常規(guī)手段?！?/p>

豬器官移植到人還會(huì)遠(yuǎn)嗎？

圖文簡介

器官移植是20世紀(jì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，挽救了無數(shù)器官衰竭患者的生命......