異種器官移植是一種怎樣的體驗

　　（專家：中國生物工程學會常務理事張樹庸，本文部分內容節選自《知識就是力量》雜誌2015年9月刊《基因剪刀——基因組編輯的魔術手術刀》，原創作品，轉載請標明出自科普中國微信公眾號）

　　導讀

　　豬的器官因為大小和功能和人類似，被科學家們認為是最有可能成為能移植到人的異種器官。長久以來，科學家都夢想著能在豬身上培育適應移植手術的人體器官，以便為器官移植提供穩定來源，但人體免疫系統的排斥反應和豬基因中病毒造成的感染是研究的兩大阻礙。為此，各國科學家一直致力於破解這個難題，不斷改進豬的基因使其更加適應人體，在移植後產生儘可能少的排異。

　　不久前，32歲的中國留美博士張鋒（在美國麻省理工學院）新發明了一種叫作CRISPR/Cas9的技術，也叫基因編輯技術，這種技術能對基因進行剪切，形成了一套基因編輯系統，或許將來人們治病可以選擇「基因手術」。這個叫做CRISPR-Cas9的「基因剪刀」技術是什麼？到底有什麼神奇用途？

 

　　揭開「基因剪刀」技術的面紗：可治癒癌症

　　研究發現，細菌有一種能力極強的免疫系統：當外來的病毒（噬菌體）感染細菌時，細菌就利用身體裡的一種酶（Cas9）來切斷外來病毒（噬菌體）的基因。這樣，外來的病毒（噬菌體）不能在細菌身體裡複製了（繁殖了），就相當於把病毒（噬菌體）間接殺死了，這樣細菌就不會得病了。我們知道，人生病大多是由於基因的關係。例如，人患癌症，大多是由於基因突變。如果用CRISPR/Cas9技術將機體裡發生突變的基因剪切掉，植入健康的基因，人的癌症就會從根本上治癒。

 

　　基因編輯研究早已引起「科研潮」

　　CRISPR/Cas9技術研究成功以後，世界各國幾千個有關實驗室都紛紛利用CRISPR/Cas9技術廣泛地開展著方方面面的研究，掀起了一股基因編輯研究熱潮。

　　例如，中國科學院昆明動物研究所的研究人員，利用基因編輯技術對兩個品種的猴子進行基因改造（學術用語叫基因修飾）。經過基因修飾的猴子繁殖的後代，獲得了兩個基因靶向修飾的小猴子。這一研究工作引起了國外同行專家的特別關注，研究論文發表在美國《細胞》雜誌上。

　　中國科學院遺傳發育所的研究人員用該技術對水稻和小麥基因進行修飾改造，從事育種研究，獲得成功。這一研究工作首次證實了CRISPR/Cas9技術能夠用於植物的基因編輯。研究論文刊登在美國《自然生物技術》雜誌上。

　　中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所的科研人員，用基因編輯技術治癒小白鼠的白內障遺傳病。這一研究成果為疾病治療開闢了新徑。研究論文發表在美國《細胞·幹細胞》雜誌上。

　　修飾人體免疫細胞，可能治癒愛滋病

　　據最新消息，美國加州大學舊金山分校的研究人員，已成功利用CRISPR/Cas9技術修飾了人體T細胞。T細胞是免疫細胞，改造能使其升級更具殺傷力。如愛滋病病毒感染人體時，就是利用其表面的CXCR4蛋白來感染T細胞，使其喪失了殺傷力。修飾T細胞使其表面的CXCR4蛋白失去活性後，愛滋病病毒就不能感染T細胞了。

　　在癌症免疫療法中，此基因編輯技術能成功關閉PD-1蛋白分子，進而誘導T細胞攻擊腫瘤。該技術修飾改造T細胞，對治療人體自身免疫疾病、癌症、愛滋病等都是一個新的思路。科學家非常看好此技術，T細胞在血液中循環，能到達很多病灶，也方便從患者體內採集，經編輯後再回輸到患者體內，能更有針對性地治療（此成果見美國《國家科學院院刊》2015年7月刊）。

 

　　30位30歲以下青年領軍人物，楊璐菡榜上有名

　　能否實現異種器官移植？

　　既然這種CRISPR/Cas9基因剪刀技術，是這樣一種簡便、價廉、多功能、高效率的新技術，那麼能不能用它去改造豬的器官基因呢？

　　近日據英國在線雜誌官網報導，29歲的中國女留學生楊璐菡作為異種器官移植課題帶頭人，帶領10個人的科研團隊在哈佛和eGenesis利用CRISPR-Cas9的「基因剪刀」技術，剔除了豬基因組中可能有害的病毒基因，從而攻克豬器官用於人體移植的重大難關，為全世界需要器官移植的上百萬病人帶來希望。鑑於這項成果的意義重大，美國《科學》雜誌一次性審稿，並提前在線刊登論文。

　　楊璐菡稱：「這個工作掃除了10多年前發現豬內源性逆轉錄病毒後在這個領域的最大的安全障礙，也重新燃起了大家對異種器官移植的信心。」內源性逆轉錄病毒是嵌在細胞內基因組的病毒，在豬身體裡面不會有毒性。但當豬的細胞和人的細胞接觸時，這種病毒會從豬的基因組「跳」到人的基因組中。異種病毒傳播最典型的例子就是愛滋病病毒(一種逆轉錄病毒)從靈長類動物傳播到人類，至今還沒有有效徹底的醫療方法防禦和清除愛滋病毒。因此，豬基因組的內源性逆轉錄病毒成為人體移植利用豬器官面臨的一個重大醫療風險問題。

　　但是CRISPR/Cas9基因剪刀技術為解決該難題提供了方向。美國坦普爾大學神經科學研究院主任卡邁勒·哈利利教授和他的同事利用基因編輯技術，首次成功地從人類細胞中徹底清除了潛在的愛滋病病毒（HIV-1病毒）。該項研究成果發表在美國《國家科學院院刊》上。研究人員認為，這是朝著永久治癒愛滋病的方向邁出的重要一步。專家表示：「這是一項令人興奮的發現，不過現在還沒有準備進行臨床試驗，它只是證明了我們正朝著正確的方向前進。」美國坦普爾大學神經科學研究院主任卡邁勒·哈利利教授說，因為愛滋病病毒（HIV-1病毒）永遠不會從人體的免疫系統消滅，只有用基因編輯技術徹底剪切病毒基因，才能根治愛滋病。這也給實現異種器官移植創造了可能，不過異種器官移植除了技術方面的問題，還有生物倫理問題、商業規範問題等仍待解決。