80後中國女科學家解決豬器官移植人體的難題

器官移植供體短缺是全世界共同面臨的問題：中國是全球器官捐獻率最低的國家之一，而在美國，每天都有約 22 人在等待合適的器官中死去。有一種方法被認為能有效解決這一問題，那就是異種器官移植（xenotransplantation）：將動物器官移植到人體內。

其中一個被看好的器官來源就是豬。雖然「全身都是寶」，但豬的基因組中卻有一個備受關注的潛在威脅——豬內源性逆轉錄病毒（porcine endogenous retroviruses, PERV），人類細胞具有被這種病毒感染的風險。

圖丨首批出生時DNA中不含 PERV的小豬

不過，最新的好消息是，豬器官的人類移植變得更加安全了，因為科學家們已經從根本上成功「團滅」PERV！

哈佛大學遺傳學著名學者 George Church 和楊璐菡（Luhan Yang）創建的 eGenesis 公司帶來了這個令人欣喜的成果：運用CRISPR基因編輯技術，他們成功地使豬基因組中25個病毒基因拷貝全部失活，並培育出幾十頭非常健康的豬，它們體內不具有任何PERV活性。該研究成果發表在10號的《Science》雜誌上。

圖丨楊璐菡

數十年來，異種器官移植一直被視作緩解人類器官供應短缺的可能途徑，外科醫生也一直在嘗試將動物的器官移植到人體。

但幾乎所有的嘗試都以失敗告終，女嬰菲伊（Baby Fae）就是其中非常著名的一例。1984年，女嬰菲伊接受了狒狒的心臟移植，20天後死亡。

儘管親緣關係接近，由於靈長類動物每胎產仔少，成熟周期長，不能滿足大量的科研及移植需求。而豬繁殖快，易於飼養，極大地降低了科研成本，更重要的是，無論從解剖學還是生理學指標上，豬的器官都與人類極為接近。因此，選擇豬作為異種器官移植供體成為國際共識。

但問題也隨之而來，與狒狒相比，人類與豬的親緣關係（生物學差異更大）明顯更遠，因而豬的器官也更容易被人體排斥，產生強烈的免疫排斥反應。不僅如此，PERV也是一個無法忽略的問題——這種病毒的序列存在於豬的DNA中，因而極有可能通過器官移植感染人類細胞。

其實，已經有科學家將豬胰腺細胞植入糖尿病患者體內了，而且並未發現PERV感染的跡象。但這些細胞首先是數量極少，其次是使用了相應的保護措施。這種情況與移植整個器官完全是兩個概念。

除此之外，為了讓人體不對豬器官產生排異，可能還需要使用抑制類藥物，來阻止免疫系統攻擊外來器官，可一旦人體免疫系統被抑制，PERV病毒將更容易對人類造成傷害。

幸運的是，科學家們迎來了「基因魔剪」CRISPR。帶來本次突破的George Church和楊璐菡也是最早投身於基因編輯技術的開發人員，他們曾有一個想法：高效的CRISPR能否用於「引導」RNA和DNA切割酶針對豬細胞的全基因組進行精確編輯。

在2015年，他們共同創立了專註於器官移植的eGenesis公司，楊璐菡擔任該公司的首席科學家。而早在攻讀博士學位的過程中，楊璐菡就意識到器官移植對全人類的重要性。這位畢業於北京大學，並於哈佛大學獲得了博士學位的80後姑娘曾表示：「我們希望這家公司（eGenesis）能創造出患者不需等待就可進行器官移植的新世界。」

同一年，他們使用CRISPR技術使豬基因組內62個PERV基因同時失活。這在當時被認為是通過CRISPR實現精確、廣泛遺傳改變最成功的例子。它也為人們帶了希望：這一技術最終可讓豬器官適合於人體。

eGenesis公司2015年的研究成果屬於細胞水平的試驗。而現在，通過基因編輯工具CRISPR，eGenesis公司使豬胚胎中該病毒的25個拷貝全部失活，將這些胚胎植入母豬的體內後，健康小豬順利誕生。目前，該公司已經通過這種方法獲得了37隻小豬，在4個月的觀察中，這些小豬均發育正常且體內無病毒（活性）。

來自德國羅伯特·科赫研究所（Robert Koch Institute）研究所的病毒學家Joachim Denner一直在從事神秘的PERV測序相關研究，他表示：「如果這個消息屬實，這將無疑具有極其重要的意義……但凡有可能敲除豬基因中的PERV病毒，我們應該毫不猶豫！」

圖丨eGenesis公司進行研發的策略

傳統的基因編輯過程非常緩慢且漫長，敲除一個基因的兩個拷貝常常需要幾代豬的繁殖，如果需要加入人類基因，那麼時間可能還要X2。來自馬里蘭大學醫學院的外科教授Muhammad Mohiuddin認為，與傳統的基因編輯相比，使用CRISPR技術同時對多個基因進行剪切可以節省大量的時間。他同時也是另一個異種器官移植項目的負責人（並未參與此項研究）。

值得注意的是，雖然這些病毒可能會感染人類組織，但目前並沒有證據證明這會導致人類的健康問題。

「除了這些病毒，異種器官移植在臨床應用上還有其他一些限制因素」， Mohiuddin說到，話意直指在動物器官移植過程中機體產生的免疫反應。楊璐菡也認為，要想這些基因編輯豬的器官在人體上試用，仍舊需要數年的等待。

也就是說，豬器官人體移植目前面臨的兩大問題分別是：一是豬的基因組內含有內源性逆轉率病毒序列，可以感染人類；二是豬的器官在人體內會觸發嚴重的免疫風暴，產生免疫排斥反應。

解決了前一個問題，後一個問題將是eGenesis公司需要攻克的下一個難關。接下來，eGenesis將繼續使用CRISPR技術對免疫系統相關基因進行修飾。

圖丨CRISPR-Cas9技術有望解決豬器官進行異種移植時面臨的挑戰

隨著技術的突破，還有一個問題也逐漸浮現出來：這種技術上的重大跨越反而使得人們對異種器官移植心生恐懼。由於PERV病毒風險的不確定性，有人擔心過度的編輯將會使得原有的器官發育過程變得更加複雜，而且美國FDA已經明確要求，在未來的人體實驗中也必須使用無PERV病毒的豬。

阿拉巴馬大學伯明翰分校的移植免疫學家大衛·庫珀（David Cooper）說：「很顯然，這些尚未解決的問題使得豬器官移植的道路變得更加的崎嶇。」

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