| 異種移植：世界醫學的又一次革命 |
| ——中南大學湘雅三醫院王維課題組科技攻關紀實 |
王維教授（前排左六）與諾貝爾生理學或醫學獎評委會原主席卡爾·葛羅斯教授（前排左八）等出席長沙國際研討會的代表在一起。
王維（右）指導團隊開展異種胰島移植實驗。
支持王維科研攻關的中南大學湘雅三醫院領導班子。
王維（左）在處理分離後的豬胰島。
■本報記者 成舸 李浩鳴 通訊員 張曼芝 周婕
題記：我首先是一名醫生，所以重點是作距離臨床只差一步的研究。
——王維
2011年10月，國際著名醫學期刊《柳葉刀》發表了美國研究者的一篇綜述文章《臨床異種移植，會是下一個醫學革命嗎》，在世界醫學界引起不小的震動。文章在深入分析全球異種移植領域的工作基礎、存在的問題和進入臨床的可行性之後，給出了肯定的回答：異種移植在過去十年內進展迅速，在很大程度上解決了免疫排斥等難題，並大膽預測：豬的組織和細胞臨床異種移植將很快成為現實。
美國研究者之所以得出上述結論，一個重要依據來自對中南大學湘雅三醫院王維團隊多年研究的觀察。文章主要作者、美國匹茲堡大學Startze中心副主任David Copper教授和王維教授是「老相識」，後者在豬胰島移植治療Ⅰ型糖尿病這一領域的進展，吸引了包括David Copper在內的國際同行持續和密切的關注。為這一天的到來，王維團隊經過十餘年的潛心攻關，諸多疑團正逐步變得明朗。用王維的話說，「異種移植已處在『突破的前夜』」。
種種跡象表明，中國將率先掀起異種移植這場「醫學革命」，並在其中扮演重要角色。
國際大協作
近年來，異種移植領域的任何進展，都頗令世界衛生組織（WHO）關注。不僅每兩年組織一次會議討論可行性和相關進展，在WHO官方網站的「移植醫學」頁面上，「異種移植」欄目也被放在醒目位置。在該欄目主題下為數不多的幾則文本裡，「Changsha Communiqué」這一代表長沙這座中國城市在異種移植領域重要地位的文件赫然在列。
異種移植，通俗地說，指的是將某一動物的器官、組織或細胞移植到另一物種體內並保持其生理功能，以幫助後者存活，某種程度上類似於植物「嫁接」。相對於同種移植而言，異種移植最大優勢在於可保證供體的供應，缺點則在於由物種的差異性導致難以「兼容」而引發一系列移植效果的不確定性。
對那些常規方法無力救治的病人而言，器官移植幾乎都會成為最後的「救命稻草」。不過，很少人能擁有這樣的幸運——由於難以尋覓到既合法又合適的供體，加之高昂的治療費用，令不少普通家庭在最後一線希望面前遺憾止步，眼睜睜看著親人逝去或在痛苦中度過餘生。
異種移植醫學的誕生，為無數這樣的家庭重新燃起了希望。
2008年10月，世界上首個異種移植臨床研究規範在湖南長沙誕生。這是人類異種移植歷史上一次具有裡程碑意義的事件，由中南大學湘雅三醫院主導、王維教授主持的中國版規範草案成為該文本出臺的重要參考。次年，《中國異種移植臨床研究規範草案》通過衛生部委託的專家組審定，使我國成為亞洲第一個形成國家級異種移植臨床研究規範的國家。當時，全世界範圍內也只有美國、英國和紐西蘭等少數國家基本成型。
《長沙宣言》大大推動了異種移植臨床研究和產業化進程。世界衛生組織據此評價稱，目前異種移植臨床研究的關鍵要素已經明確，豬胰島移植治療糖尿病的臨床研究前提條件已經成熟。
地處中國中部的長沙一時成了世界異種移植醫學領域的重鎮之一。在湘雅的學生眼裡，眾多只在學術期刊上或者在老師課堂上聽說過的「重量級」學術明星，包括諾貝爾生理學或醫學獎評委會前主席卡爾·葛羅斯教授，國際異種移植協會原主席羅賓·皮爾遜教授在內，競相造訪位於長沙嶽麓區的湘雅三醫院。而這一切都與王維的科學探索有關。
「輕鬆地活著多好，你知道病人這句話對我有多大的震撼嗎？」問及科研的初衷，出身於湘雅三代行醫世家的王維如是說。在研究初期，他和很多國際同行一樣，依然是進行同種胰島移植研究。然而，同種胰島移植雖具有抗免疫等諸多優勢，但供體嚴重匱乏，人源供體不足1%，這成了一個無法解開的「死結」。
1995年，王維毅然決定轉向異種移植研究。
對人類而言，異種移植最理想的供體來源並非靈長類動物，而是與人類打交道更為密切的豬。2006年，美國學者Hering和加拿大學者Larsen研究小組在Nature Medicine上公布的關於恆河猴糖尿病模型的獨立研究證明：豬胰島細胞移植可以成功治療糖尿病，引起了轟動。
此時，王維在這一領域的「臨床前」研究已潛心耕耘了十年之久。
攻克糖尿病
這是一個激動人心的領域，眾多諾貝爾獎得主的名字在其間閃耀：
1921年，加拿大科學家Banting等首次發現並提純胰島素，榮獲諾貝爾獎；
1922年，胰島素被首次用於人類糖尿病的治療；
1955年，英國生物化學家桑格首次揭示出牛胰島素的化學結構，榮獲諾貝爾獎；
1965年，中國科學家首次人工合成結晶牛胰島素；
1969年，諾貝爾獎獲得者、英國科學家霍奇金首次測定出豬胰島素晶體的全部結構；
1973年，中國科學家以1.8埃的高解析度，測定出了豬胰島素的晶體結構。
……
這些人類科學史上具有重要意義的研究成果，均指向一個共同的實用靶標：通過注射胰島素治療糖尿病。
90年過去了，牛胰島素、豬胰島素、人胰島素的化學和晶體結構被科學家逐一揭示，並以此為基礎合成了各種不同類型的胰島素製劑。隨著胰島素分離、純化、製劑、抗排斥反應等方面的不斷改進，胰島素持續不斷地挽救了無數人的生命，大部分糖尿病患者已不再需要依靠胰島素，可使用口服降糖藥物來控制血糖，這種糖尿病被稱為非胰島素依賴糖尿病。
然而，另一部分被稱為Ⅰ型糖尿病（又稱「胰島素依賴型糖尿病」）的患者，仍然生活在痛苦之中。由於這類患者被破壞的胰島β細胞往往高達80%以上，胰腺自身已不能分泌胰島素，必須終身依賴外來注射，加之該類型糖尿病發病年齡通常較早，給患者帶來了極大的痛苦。
已年逾90歲的Gladis Dull是千千萬萬未擺脫糖尿病困擾的Ⅰ型糖尿病患者之一。他在接受媒體採訪時說，「1924年我開始應用胰島素，80多年來從未錯過一次注射」。不僅如此，據復旦大學2003年的一項調查顯示，糖尿病一旦出現併發症，醫療費用將增加10倍以上。
胰島素麵世90多年後，糖尿病的根治難題仍未被人類「攻克」，依然是威脅人類健康的重大殺手。這一事實挑戰著全球眾多傑出醫學和生物學家的智慧和良心。
據世界衛生組織2006年前的調查，世界上糖尿病患者多達2億人，每年約有20%的病人死亡。中國糖尿病患者約有4000萬人，每年用於糖尿病的治療費用高達2500億元。而中日友好醫院2010年發表的一項調查結果則顯示，中國成年糖尿病患者超過9200萬人，其中Ⅰ型糖尿病與合併胰島損傷的Ⅱ型糖尿病患者超過4000萬人。
業內專家認為，人類供體移植胰島是最可能治癒糖尿病的手段之一。然而，人供體的極度短缺令這一可能變得越來越渺茫，世界各國醫學科學家逐漸將焦點轉移到動物特別是豬的身上。研究表明，豬胰島素分子中僅有一個胺基酸與人胰島素不同，這使得豬胰島異種移植成了目前國際公認的最有可能治癒糖尿病且能大規模推廣應用的希望所在。
如果說異種移植已處在突破的「前夜」，那麼豬胰島移植治療Ⅰ型糖尿病已成為實實在在的突破「前哨」。這一次，中國科學家走在了世界的前列。
先行者王維
穿行過放置各种放射影像設備的窄小空間之後，記者在湘雅三醫院的一間辦公室裡見到了王維教授。這位醫院影像科主任說話並不多，但極有條理。他吐字清晰，當說到有意思的地方，會偶爾突然冒出來一陣頑童般的笑聲。這種平靜之下內含的激情，令人印象深刻。
1995年，對王維來說是一個至關重要的年份。這一年，湘雅三醫院支持王維10萬元的科研經費，啟動胰島移植的前期研究，並支持他建立胰島移植實驗室。從此，王維開始潛心於豬胰島移植治療糖尿病的研究，並一發不可收拾。王維課題組也由此躋身於國際上最先開展相關研究的學術團隊之一。當時，全世界對異種胰島移植的研究尚處於起步階段。
1998年，王維獲得了第一個國家自然科學基金課題「經肝動脈肝內移植異種生物人工胰腺的實驗研究」。這是湖南省放射學領域拿到的第一個國字號科研課題，得知科學基金項目申請獲得批准的那一天，王維的心情久久不能平靜。
4年之後，王維取得了進軍異種移植後的第一個重要突破：豬胰島細胞經肝動脈移植治療糖尿病在動物試驗中首先獲得成功。當時，國際上普遍採用的是將胰島通過肝臟的門靜脈植入，但這種方法有時可能造成肝臟壞死，王維創立的新方法使得手術安全性大大增加。1999年10月，在澳大利亞雪梨舉行的第七屆國際胰腺胰島移植協會年會上，王維首次公布了動物實驗的初步成果，他的名字從此被國際移植醫學界所熟知。
動物實驗成功後，王維隨即啟動了豬胰島移植的臨床前研究。這是國內外最先利用介入放射學方法經肝動脈進行肝內移植胰島細胞的嘗試。在此期間，王維先後兩次獲得國家自然科學基金支持，並獲準衛生部的科研基金立項。
經衛生部批准，2000年至2004年的4年間，王維團隊共完成了22例「豬—人」胰島移植的糖尿病患者臨床試驗，取得了明顯的治療效果。結果顯示：其中20例患者的胰島素使用量減少了30%以上，屬「有效」；20例中的6例減少了50%以上，達「顯著療效」；其中1人脫離胰島素達一周之久，為「暫時治癒」。
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。該研究成果引起了強烈反響。
諾貝爾生理學或醫學獎評委會原主席卡爾·葛羅斯教授稱讚王維在異種移植領域作出了「具有開創性的工作」（「Pioneering Work」），這位瑞典卡羅琳斯卡醫學院的資深教授曾多次造訪長沙，與王維教授進行深入探討。
國際異種移植協會主席、美國明尼蘇達大學糖尿病研究中心主任Bernhard J.Hering教授稱王維為「異種移植的先驅者」。 明尼蘇達大學在異種移植領域積累深厚，1977年，該校在世界上第一次將人的胰島從胰腺裡分離出來，移植給切除了胰腺的糖尿病患者。
第一期臨床試驗研究取得突破後，王維又花了極大精力完成了豬胰島移植到恆河猴的試驗。當時很多人不理解：豬胰島臨床移植都成功了，再做猴子試驗有無意義？更何況靈長類動物移植對實驗設備和人員的要求很高，即使在美國也只有少數實驗室可做。王維認為，初步臨床研究雖已顯成效，但有些參數只能在靈長類動物試驗中才能取得，否則，科研探索就存在「未知的死角」。他帶領課題組克服諸多困難，在國內率先完成一次性大規模猴群試驗，取得了寶貴的試驗數據。
中國王維，成了國際異種移植領域名副其實的先行者。
破解安全性難題
臨床前試驗研究取得初步成功後，王維將部分精力逐漸轉移到《規範》的制訂，幾乎全部的注意力集中在異種移植中最難「啃」的骨頭——全面提高生物安全性水平上。
在2008年《長沙宣言》確立的異種移植臨床規範中，生物安全性是一個至關重要的原則，其中確保供體質量居於首要地位。據了解，成年豬體攜帶著120多種病毒，一旦其中對人類有害的病毒通過移植侵入人體，將導致無法預見和控制的風險。特別是一種名為PERV-C的豬內源性逆轉錄病毒，對異種移植成敗將有「不能忽視」的影響。各國專家經反覆討論，最終確定了15種病毒，要求「絕對禁止存在」。
尋找合適的供體動物品種，成了確保供體質量安全的首要環節。這一次，王維再次走在了前面。早在2000年前後，王維注意到國際上一篇介紹PERV-C病毒的論文。憑藉敏銳的科研直覺，他當即意識到這一病毒可能是阻礙異種移植走向臨床的關鍵問題。他帶領科研人員在全國範圍內不同豬種胰島中反覆篩選，以確定不攜帶這種病毒的豬種。到2008年「長沙會議」召開之際，王維尋找醫用供體豬的工作基本完成。
「世界上大部分豬的生物安全性是有問題的，如果是雜交豬，雜交代數越多，生物安全背景就越複雜，所以必須要尋找和外界沒有『接觸』的純種土豬。」王維介紹說。
這是一項相當耗費精力的工作。為尋找最合適的「土豬」，王維用了兩年時間，帶領學生北上青藏高原，南下海南島，到十幾個省區的偏遠山村共篩查了幾十類豬源，將血樣拿回長沙的實驗室檢測。王維親自跳進豬圈給豬抽血，「一腳踩在爛泥和豬糞裡，鞋都是臭味，又冷又臭」，2007年9月在青海某養豬場的這一幕令王維記憶猶新。
直到發現4個具有生物安全性的豬種和2個胰島質量非常好的豬種，王維接下來的工作是把這幾種純種豬進行雜交，將它們的優勢進行組合，以培育「生物安全性高、胰島收穫率高」的供體動物。
確保供體質量後，克服移植過程中的免疫排斥反應成了最關鍵的一環，這也是目前困擾全世界研究者的頭號難題。為此，王維團隊對抗免疫排斥方案進行了反覆優化和調整，至少制定出4套方案，每一次改進都離降低風險更近了一步。
早在2000年至2004年間，王維團隊就在臨床前試驗中發現了一條「特異性」很強的規律：中國人對於現行胰島移植抗免疫排斥反應治療方案的反應規律和歐美人不一樣，「歐美人百分之百出現口腔潰瘍，中國人就沒有；中國人有很多出現拉肚子和白細胞下降的情況，歐美人就很少」。這一發現為制訂適合中國人的抗免疫排斥方案起到了關鍵作用。
通常，為保證移植患者的安全，病人須終生服用抗免疫排斥藥物。近年來，王維探索了一種創新的細胞移植技術，可在不增加免疫排斥藥物的前提下，有效達到抗排斥治療的目的。目前，這一全新的抗免疫排斥方案已在腎移植病人中取得成功。王維告訴記者，對3例病人的治療，效果都非常好。他們將把這一最新成果運用到胰島移植上，對抗排斥方案作進一步改進。
最近，王維團隊又取得了一項新的進展，在細胞移植中巧妙運用了一種免疫隔離技術，使免疫排斥攻擊不能通過，以達到保護該細胞的目的。試驗表明，採用該方法 「可以不使用任何的免疫抑制劑，對胰島細胞和神經營養細胞同樣有效」。2012年7月下旬，王維在德國舉行的學術會議上報告了利用這一最新成果治療帕金森氏症的研究結果，再度引起國際同行的密切關注。
與此同時，為評估豬胰島移植臨床試驗的遠期效果，2011年年底，王維課題組對2000年至2004年間接受移植的22例患者進行了複查，沒有出現一例嚴重不良反應和明顯併發症。更重要的是，患者的糖代謝水平均保持了穩定。這一評測結果充分表明：臨床前試驗的遠期目標已基本達到，這表明生物安全是可控的。
這一切的努力，始終瞄準同一個目標：確保生物安全性。這是王維為之花費最多心血的工作。目前，吸收了上述各項成果並借鑑了國外研究進展的最新抗免疫排斥方案已經制定完畢。可以預見，這將成為又一項令世人矚目的成果。
「異種1號」的誕生
這不是一頭普通的小豬。它的誕生與克隆羊多莉一樣新奇。王維教授為其命名 「異種1號」。
「異種1號」是王維從全國各地挑選出的純種豬雜交後獲得的第二代，出生在長沙近郊的寧鄉金州開發區。這裡四面擁有自然丘陵屏障，供體培育區相對隔離，是全世界第二個醫用級移植供體豬培育基地。
為達到《長沙宣言》提出的「無指定病原體豬」標準，僅有優良品種是不夠的，必須保證動物的安全存活，要防止外來微生物的侵入，還要具備一定的經濟可行性。這需要科學的設計、高潔淨度的環境和先進的培育工藝。對王維來說，同樣沒有經驗可循，這不啻於又一次「冒險」。他們從試驗開始，摸索指標，獨立設計，反覆論證。
「整個操作線都是我們自己設計的，沒有外來完整設計資料。」王維回憶說，有一年他與卡爾·葛羅斯教授一道前往美國明尼蘇達，造訪全球第一個醫用供體豬培育基地。美國同行對這兩位不一般的來訪者表示了敬意，但在涉及具體細節時仍顯得十分小心，只讓兩位客人隔著窗戶看了看，沒讓客人進入現場。
「好在我們中國人還是會動腦筋，從一些很小的細節，可以得到很多信息，通過與國際專家的交流，根據WHO的規範原則，完善了我們的設計。」王維自豪地說。
醫用級供體豬培育與平常的養豬完全不是一個概念，世界衛生組織對其有嚴格的定義。「最難的是如何使有致病菌動物變成無致病菌動物這個環節。」王維介紹說，餵養區的潔淨度要求1立方米空氣裡顆粒不超過1萬個，僅為日常空氣顆粒數的數百分之一，這是擺在他們面前的一大難題。還有怎樣防止微生物、寄生蟲侵入，防止蟑螂和老鼠等動物侵入，怎樣處理動物廢棄物等問題。善於思考和動手的王維，結合動物實驗開展了探索。這項工作還得到了國外合作夥伴和中國科學院武漢病毒學國家重點實驗室的支持，中國同行共同承擔起了病毒學檢測和監控的工作。
多年來，王維團隊不斷改進供體分離和純化技術，以求得到高質量的胰島，同時對移植技術以及手術後的排斥反應處理等開展了多項技術創新，終於確立了從移植供體培育、胰島獲取和製備、病人選擇、移植手術、抗免疫排斥到術後監控等在內的全新系列診療方案。
2012年8月18日，世界第二家醫用級供體豬培育基地即將在湖南長沙正式投入使用，這標誌著我國異種移植產業開發在生物安全性保障方面又邁出了關鍵的一步。這表明隨著治療效果和生物安全性的進一步明確，高質量供體豬的培育技術和提供能力已經具備，一旦通過衛生主管部門的技術認證和倫理審查，我國將有望成為世界上「豬—人」胰島移植治療糖尿病的首個受惠國，給全國4000萬Ⅰ型糖尿病患者帶來福音。
結語
王維教授和同行在異種移植領域探索的成果得到了國際社會的廣泛認可。世界衛生組織在一份報告中指出：異種移植細胞、組織和器官供體可能將作為終末期疾病的最終治療的生物產品。
王維表示，雖然中國是異種移植的先行者之一，但已感受到必須大力加強臨床研發力度的緊迫性。在美國，就有14個臨床異種移植申請提交給了該國食品藥品管理局。「如果國外異種移植產品首先佔領我國市場，我們將很難繼續開發具有自主智慧財產權的產品。」
《中國科學報》 (2012-08-10 A4 專題)