一頭豬要如何拯救人類?異種移植從科學研究正走向臨床治療

Xenotransplantation，一個長達19個字母的醫學專業單詞。詞綴「Xeno-」來自希臘語，代表「異、外國人」，所以單詞的意思是「異種移植」。大意是將動物的器官、組織、細胞移植到人的體內。

像獅身人面像或死神阿努比斯這樣的造物，科學還無能為力。但為了治療糖尿病，以湘雅三院王維教授為代表的醫生們已經能將豬胰島細胞移植到人體了。據王偉教授介紹，進行了臨床試驗的受試者糖尿病已經得到較好控制。

更具未來感的進展來自啟函生物的楊璐菡博士團隊，他們利用基因編輯技術進行了13個點位的基因修飾，培育（克隆）了代號為「3.0」的豬。理論上這種豬不再擁可能導致移植失敗的兩個關鍵危險因素，是可以用於臨床的異種器官移植雛形。

而近日，楊璐菡也已經在Nature子刊發表了相關的研究論文。有國外科學家認為，這項研究位無數等待器官移植的病人帶來了希望。

異種移植，到底何時可以廣泛應用呢？

王維教授告訴紅星新聞，「豬3.0」的基因修飾點位略多，由於植入不少抑制人體免疫反應的基因，這種基因修飾後的豬，作為異種移植的生物安全性還需要經過驗證，在王維參與的2018年「第三屆WHO全球異種移植臨床研究規範研討會」上，世界專家們曾達成共識，如果要使用基因編輯技術對異種器官移植來源進行修飾，修飾基因點位控制在儘可能少的範圍以內比較穩妥。」

中國器官移植現狀：

2018年每百萬人口器官捐獻率為4.53

「修不好就換掉」，從某種意義上說，移植是一些終末期疾病的終極治療方案。但伴隨著社會老齡化、慢病增多、某些疾病年輕化等因素交織在一起，中國乃至全球對器官移植的需求越來越多。

目前，在中國，公民逝世後自願器官捐獻成為器官移植使用的唯一渠道。據《中國器官移植髮展報告(2015—2018)》，自2015年1月1日至2018年12月31日，中國公民逝世後器官捐獻累計完成18294例。其中，2018年完成器官捐獻6302例，位居世界第二位。每百萬人口器官捐獻率從2015年的2.01上升至2018年的4.53。

雖然成績驚人，但中國器官移植的供求關係依舊緊張。2020年6月11日，在中國器官移植髮展基金會發起的第四次「中國器官捐獻」主題活動上，前衛生部部長、中國器官移植髮展基金會理事長黃潔夫說，目前每年因終末期器官衰竭而苦苦等待器官移植的患者約有30萬人，每年器官移植數量僅約2萬例，「缺口很大」。

2019年12月17日，在《中國器官移植髮展報告(2015—2018)》發布時，國家衛健委副主任王賀勝表示，中國每年器官捐獻數量與患者需求相比還有較大的差距；當前中國器官捐獻與移植領域發展不平衡、不充分的問題也還比較突出。

異種器官移植的嘗試——為什麼最終選擇豬？

將動物的器官移植到人身上，人類在許多年前就進行過「瘋狂」的探索。

1665年，英國大夫Richard Lower完成了首例動物輸血手術，即採集一隻狗的血後輸入另一隻狗的體內。1667年，Richard Lower又將綿羊的血液輸給一位名叫Arthur Coga的男性患者。或許是由於「超急性免疫排斥反應」的存在，Arthur Coga當場死亡。

此後一段時間，為人輸送動物血液成為一種治療疾病的方式，但由於免疫排斥反應的存在，患者死亡的案例屢見不鮮，隨後這種動物血液輸送給人的手術被禁止實施。

再往後，大夫們還嘗試過羊胰腺碎片移植、黑猩猩睪丸和卵巢移植等手術，均沒有達到長期良好效果。隨著對異種移植研究的加深，醫生們開始錨定某些固定物種作為供體對象，與人類親緣相近的靈長類自然當仁不讓。

除了前面提到的黑猩猩，大夫們還嘗試移植過狒狒的器官，然後最終患者都不可避免的走向了死亡。直到後來人們才意識到，人與動物之間的異種移植存在一道天然屏障，免疫系統會對外來的組織或細胞產生排異反應。

另一方面，靈長類動物有不少都是珍稀動物，對其進行器官移植會產生倫理問題。此外，靈長類動物的器官大小其實跟人類並不匹配，而且它們與人類的親緣關係實在太近，容易帶來病毒感染、引起人獸共患病，甚至為人類社會帶來新的傳染病。

中南大學湘雅三醫院教授、湖南省異種移植工程技術研究中心主任王維告訴紅星新聞，「豬的器官大小與人類相近，也與人器官的生理功能相似。以豬胰島素為例，豬胰島素與人胰島素相差僅一個胺基酸，可以在人體發揮應有的功能。而且豬與人類共同生存了這麼多年，沒有發現不可避免的嚴重的人獸共患病，全球科學家數十年的研究結果證明經過豬作為移植供體是可行的。」

豬，這種與人類相伴了一萬餘年的家畜，成為了科學界目前公認的適合的異種移植供體對象。

從豬到人的難題：

內源性逆轉錄病毒的傳染可能性

幾十年前，豬的組織就已經在幫助人類進行治療和恢復。例如豬的心臟瓣膜可以用來進行心臟瓣膜置換手術，豬的小腸黏膜組織則能用來進行膀胱和直腸的修復。

不過，上述移植物主要是失活的結構性組織，其中豬的細胞已經被移除，移植之後這些移植物會被人類受體細胞重新填充。這種手法或許暗示了異種移植的發展方向，但是對於科學家來說，他們更期待讓可行的豬器官和細胞於移植後繼續在人體發揮作用。

上世紀90年代，歐美各國曾花大力氣來推動豬器官移植項目，幾個全球大藥廠也投入巨資希望解決豬器官的人體排斥問題。但後來科學家們發現，豬的基因組裡存在豬內源性逆轉錄病毒序列（Porcine endogenous retrovirus，PREV），出於對生物安全性的考慮，世界衛生組織最終明確要求，在找到解決辦法之前，停止一切異種器官移植的臨床試驗。

據《科學雜誌》2020年第3期《病毒如何與人類共進化——內源性逆轉錄病毒的秘密》，作者中國科學院上海巴斯德研究所研究員崔傑指出，內源性逆轉錄病毒序列幾乎嵌在於所有動物的基因組中，包括魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類。它被認為是古老病毒感染宿主祖先的生殖細胞、並侵入宿主基因組後產生的遺留元件，之後與宿主一起經歷大時間尺度的共同進化。

以豬為例，豬內源性逆轉錄病毒序列在豬身體裡不會表達出毒性，但當豬的細胞和人的細胞接觸時，這種病毒序列可能會從豬的基因組轉移或交換到人的基因組中。內源性逆轉錄病毒跨物種傳播的典型案例是HIV病毒，它從靈長類動物傳播到人類，最終釀成了傳播至今的高危傳染病。

崔傑也在文章中指出，內源性逆轉錄病毒存在跨物種傳播現象，並且內源性逆轉錄病毒跨物種傳播引起的宿主頻繁轉換現象，發生在宿主的全部進化過程中。例如一種分離自馬鐵菊頭蝠的具有代表性的逆轉錄病毒——RfRV（Rhinolophus ferrumequinum retrovirus）其實起源於樹鼩，並非起源於蝙蝠，這說明該病毒是跨種傳播而來的。

王維告訴紅星新聞，豬內源性逆轉錄病毒有ABC三種類型，單純的A或B或C的存在都沒有問題，但是假如AC重組或BC重組後，再和單細胞進行培養的時候發現這些病毒會與產生基因交換，「這是移植專家關注的問題異種，經過大量相關實驗研究與臨床研究，最終國際異移植專家達成了共識，如果供體豬種的體內沒有『病毒C』那就是安全的，就可以作為異種移植供體豬培育。」

長沙宣言的誕生：

異種移植研究從實驗室研究進入臨床治療階段

2008年WHO希望推動異種移植臨床研究，但是如何防止臨床實驗導致的跨種系感染的風險，需要儘快形成國際統一臨床研究規範，以保證異種移植進入臨床的生物安全性。

據中國科學報，2005年5月，第九屆國際胰腺胰島移植協會年會在瑞士日內瓦召開。王維宣讀了經中國衛生部批准的豬胰島細胞移植治療Ⅰ型糖尿病的臨床研究報告，證明新生豬胰島經肝內移植治療Ⅰ型糖尿病安全、有效。該研究成果引起了國際同行的重視和討論。

2008年，世界衛生組織(WHO)經過廣泛調研後，給衛生部發來了一封傳真，稱「中南大學團隊對糖尿病患者進行了豬胰島異種移植的先驅性研究，安全性良好」，建議由中國團隊、國際異種移植協會和WHO共同主持制定全球異種移植臨床研究規範。

全球異種移植臨床研究規範研討會 圖源：王維

當年11月，世界衛生組織聯合國際異種移植協會、中國衛生部在湖南省長沙市召開了全球異種移植臨床研究規範研討會，會議通過了《國際異種移植臨床研究規範》，稱為「長沙宣言」，標誌著異種移植研究從實驗室研究進入臨床病人治療階段。

據《長沙宣言》，用於異種移植的動物應來自為此目的而飼養的封閉群，並在控制良好、無病原體的環境中飼養，具有高標準的動物福利。來源動物應經過廣泛的測試，以確保沒有已知的病原體，並有適當的生物安全和監測，以確保繼續沒有傳染病。

《長沙宣言》還提示，由於異種移植存在的群體風險，異種移植臨床試驗和程序需要得到有效監管。在國家政府缺乏有效監管的情況下，不應進行異體移植。監管應該有法律依據，有權禁止不規範的程序，並強制要求遵守監管要求。監管制度應當透明，必須包括科學和道德評估，並應讓公眾參與。

除此之外，《長沙宣言》還提出了受試者知情同意、控制風險、保存樣本、治療公平等原則。王維表示，《長沙宣言》的出現，意味著世衛組織對異種移植的態度從「關注」變為了「推動」。

如何去除PERV？

兩種方法：人工篩選與基因編輯

面對如何去除豬內源性逆轉錄病毒（PERV）這個難題，王維用的是篩選法。從2000年開始，王維用了許多年的時間走遍中國，上至青藏高原，下至海南島，試圖尋找一種體內沒有病毒C的土豬。

王維告訴紅星新聞，體內不存在病毒C的豬種是肯定存在的，只是需要去刻意的尋找。並且越是偏遠地區的土豬豬種越有可能沒有與外界進行基因交流，越有可能保留基因獨特性，有可能找到體內不存在豬內源性逆轉錄病毒C（PERV-C）的豬種。

經過在全國提取11個豬種的10000多份樣本進行篩查和綜合評估，確定了一個無內源性逆轉錄病毒C序列的豬種，王維又將選定的豬種進行近交培育，最終培育了一個遺傳表現穩定的PERV-C完全缺失豬種，被起名為「異種一號」（xeno-1）。而後，這批豬還按照《長沙宣言》提出的「無指定病原體豬（DesignatedPathogen Free，DPF）」標準在位於長沙的世界第二家醫用級供體豬培育基地進行進一步培育，並經國家級鑑定合格。

相比較王維，楊璐菡的方法則更加契合當前的研究熱點。2020年9月21日，啟函生物楊璐菡博士等在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 雜誌上發表了題為《Extensive germline genome engineering in pigs 》的論文，介紹自己的團隊利用CRISPR基因編輯技術成功開發出第一代可用於臨床的異種器官移植雛形——「豬3.0」。

據論文介紹，豬 3.0 具有13個獨立的基因修飾，用以修改豬與人之間免疫和凝血方面的不兼容，並根除了豬內源性逆轉錄病毒。具體來說，啟函生物的研究者將 CRISPR-Cas9 和轉座子技術結合在一起，他們在豬的體細胞中移除了3個基因，因為這3個基因編碼的酶會引發免疫反應。同時，研究者還植入了9個基因，其中6個為抑制人體免疫反應的基因，3個調節凝血的基因，並徹底根除了豬內源性逆轉錄病毒。

楊璐菡在論文中提出，由於PERV序列是豬基因組的一部分，因此無法通過生物安全育種消除，而CRISPR-Cas9基因編輯技術可以通過全基因組滅活消除病毒傳播的潛在風險。

楊璐菡在接受媒體採訪時介紹，現在團隊正在靈長類動物身上測試做出來的器官的有效性和安全性。

王維告訴紅星新聞，現在看來「豬3.0」進行基因修飾的點位似乎有點多，尤其是植入的抑制人體免疫反應的基因，綜合個體差異等因素後看，其表達後的產物可能存在控制難度，所以這種基因修飾後的豬器官供體生物安全性需要進行驗證，在2018年「WHO第三屆全球異種移植臨床研究規範研討會「上，世界專家們達成了共識，如果要使用基因編輯技術對異種器官移植供體豬進行基因修飾，點位控制在儘可能少的範圍內比較穩妥。」

「建立基因編輯豬是異種移植十分重要的方向，我們作為醫生，更看重安全性和穩定性，我們如果覺得體內缺少什麼成分，會更願意選擇用藥物進行可以控制的外源性補充，這樣更穩妥可靠，在無法用藥物控制的領域才會選擇基因編輯的技術。」王維也介紹說，自己的團隊目前也在開展了基因編輯技術對豬進行基因修飾的工作，並已經形成適應於不同治療領域的xeno-2和xeno-3。此外王維團隊還已經完成了移植神經元細胞治療帕金森病猴的實驗研究，實驗結果也顯示了出較好的效果。

2011年，《柳葉刀》雜誌發表了一篇名為《Clinical xenotransplantation: the next medical revolution?（異種移植：下一場醫學革命？）》的綜述文。文章對異種器官移植的未來進行了展望，作者提到，除了器官外，還可以移植胰島治療糖尿病，移植神經元細胞治療神經退行性疾病（如帕金森病），移植肝細胞治療肝功能衰竭，移植角膜和神經視網膜細胞治療各種形式的失明，甚至還可以移植紅細胞進行輸血。如果儲存方法成功，豬角膜、胰島和細胞可以成功地從發達國家轉運到發展中國家。

《柳葉刀》文章內的圖片

9年時間倏忽而過，作者所期望的未來似乎正在向我們走來。

紅星新聞記者 嚴雨程

編輯 劉宇鵬

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