風口上的豬器官移植

小鼠胚胎中正在發育分化的大鼠多能幹細胞（紅色部分）。小鼠胚胎中的大鼠細胞在小鼠出生前一天分化成不同器官和組織的部分。成年大鼠/小鼠嵌合體的衰老速度正常。圖片提供：Juan Carlos Izpisua

原文作者：Emily Waltz

監管人員、科研人員和外科醫生正在為經基因改造的豬器官的人體移植試驗進行基礎準備工作。工業界也開始關注該領域相關科學進展。

2017年9月，第14屆國際異種移植協會大會在美國巴爾的摩召開。在此次會議上，美國食品藥品監督管理局（FDA）與參會研究人員反覆推敲在怎樣的臨床前證據的支持下才能進行將基因改造過的豬器官移植人體的試驗。

同樣在此次大會上，來自亞特蘭大埃默里大學的團隊宣布他們實驗室的一隻獼猴接受了基因改造過的豬腎臟的移植後400多天才發生排斥反應——這超出了之前的記錄好幾個月。在其他實驗室也有類似的突破。德國慕尼黑大學團隊在狒狒身上進行了豬心臟移植，移植物堅持了90天，較以前延長了1倍。同時，小部分生物工程公司進一步利用基因編輯技術，通過敲除部分豬的基因和插入人類基因以提高異種器官與人體的免疫相容性並降低動物內源性病毒的傳染風險。

去年4月份，美國弗吉尼亞的史密斯菲德食品公司也宣布將拓展其在這方面的業務。他們將成立生物科學部以進一步為異種器官移植及其他醫學實驗提供豬的組織器官。

儘管科學家能夠藉助基因編輯工具，例如CRISPR內切核酸酶等，對動物基因組進行多種修飾，但預防異種器官移植受體出現排斥到底需要何種程度的基因改造和免疫抑制治療仍不明朗。

帶著這個問題，科學家和明尼蘇達州的生物技術公司Recombinetics試圖探索反向移植的可能性——將人類細胞移植到動物體內，希望能夠在大型動物中「製造」出人類器官。將異種器官移植這一概念轉化為臨床操作極可能需要多種不同的生物工程技術。

隨著產業投資增加，昂貴的大型動物研究或許是可行的。但是利益相關者必須直面整個社會對動物福利的關注以及對如何定義人類這一倫理問題的討論。

前景及治療需求

根據美國器官獲取和移植網路的數據，目前美國約有11.7萬人正在等待移植器官，其中很多人在還沒有等到器官移植就死亡了。儘管美國超過半數的成人都註冊成為器官捐獻者，但2016年只有3.3萬多人接受了器官移植。

器官供不應求促使科學家在很久之前就開始探索將動物作為器官來源。早在20世紀60年代，外科醫生就企圖將猩猩的器官移植到人類身上。但這些探索的結果都很不理想。受者的免疫系統很快對移植物產生排斥，導致移植器官在數天到數周內就發生功能衰竭。反覆失敗的結果，再加上對於動物源性病毒傳播的擔憂使醫藥公司在過去很長時間都不敢踏入這一領域。

但異種器官移植領域的研究人員表示情形已經發生了改變。基因編輯技術的重大進步使科學家們培育出了基因工程動物，主要是豬。科學家認為它們的器官更容易被人體免疫系統接受。「人們再次認為異種器官移植可能在短期內被應用於臨床。」紐約哥倫比亞大學醫學中心的移植外科醫生David Sachs說。豬腎移植的人體試驗最快可能在2年內開始，阿拉巴馬大學的異種器官移植專家、外科醫生David Cooper補充道。

相比同種器官移植，也就是人類對人類的器官移植，異種器官移植具有其優勢。異種器官移植的器官來源充足，且都來自健康的壯年動物，而同種移植的器官可能來自疾病終末期的病人，器官也可能因此受到損傷。此外，基因工程技術甚至有可能改造動物器官，使之比人類器官更適合人類。「我們能夠對造成排斥的基因進行有針對的敲除，從而減少移植手術後免疫抑製劑的使用。」 馬里蘭大學的Muhammad Mohiuddin說，他是心臟移植外科醫生兼研究人員。

豬是理想的器官來源，一方面因為豬器官結構和人類接近，另一方面豬的繁殖周期遠短於靈長類動物。研究人員已經總結出豬體內與人類不相容的成分並找到了編碼這些成分的基因，「找到我們需要和能夠敲除的基因是一個重大進步。」明尼蘇達大學舒爾茨糖尿病研究所的項目負責人Christopher Burlak說。

免疫原性最強的是一種叫做α-1,3-半乳糖的糖類分子。這種分子在豬的上皮細胞表面表達，由α 1,3半乳糖基轉移酶這一基因編碼。α-1,3半乳糖的抗原性是Cooper在20世紀80年代後期發現的，他當時在俄克拉荷馬器官移植研究所工作。

此外還有兩個抗原也被證實在排斥反應中發揮了重要作用，它們分別是CMAH基因編碼的N-羥乙醯神經氨酸（Neu5GC）和由B4GALNT2編碼的酶產生的Sda血型抗原。研究人員已經成功敲除了豬胚胎里編碼這三個抗原的基因，並且這些胚胎成功存活了下來。

同時研究人員也向豬體內添加人類轉基因，這些基因產生能夠讓豬器官在移植到人類體內之後正常運作的蛋白質。其中一個是人血栓調節蛋白，它能夠抑制血液凝固；另一個是CD46，它能夠使器官免受宿主抗體的免疫應答的攻擊。這些靶點和需要敲除的基因幫助科研人員勾畫出了理想中的豬供體，但在移植前還需要對受者的免疫系統進行修飾（見：改造人類受者）。

改造人類受者

許多科研團隊專註於通過基因工程改造供體豬以提高它們器官與人類免疫系統的相容性。但是還有一些團隊正試圖改造受者的免疫生物學。David Sachs（當時在麻省總醫院工作）團隊率先提出一個概念，通過嵌合體骨髓移植來改造器官受者的免疫系統。這個概念主要涉及通過移植經修飾的骨髓來誘導器官受者的免疫耐受。移植到受者體內的除了供體器官，還有供體的部分骨髓細胞。Sachs在動物間器官移植實驗中發現這種骨髓移植能夠減少免疫抑製劑的使用並延長移植後器官的存活時間。

除了通過嵌合體骨髓移植改變免疫系統，免疫抑製藥物很早就吸引了研究人員的注意力，例如使用激素對抗超急性和慢性排斥反應。免疫檢查點抑製劑和大量具有靶向能力的免疫抑製劑的出現帶來了新機會。Mohiuddin、Cooper和其他研究人員開始研究抗CD40的單克隆抗體，這種抗體能夠通過結合抗原呈遞細胞表面來阻斷免疫細胞之間的信息傳遞。Mohiuddin和他的團隊在狒狒身上進行豬心臟移植試驗，其中存活時間最長的一顆豬心臟堅持了2年半，遠遠超出了之前的記錄。但是一旦停止抗CD40抗體治療，狒狒立即對移植心臟做出排斥反應。

延緩排斥反應出現

科研人員在改造供體器官和下調受者免疫應答方面的努力初見成效。2016年，Mohiuddin團隊宣布，通過敲除豬心臟中的α-1,3半乳糖並轉入人血栓調節蛋白和CD46蛋白，移植到狒狒體內的豬心臟可維持2年半，打破了之前的記錄。在這個試驗中，豬心臟被移植到了狒狒腹部，並與大血管相連。

Mohiuddin的下一步計劃是將這個移植心臟變為真正能夠泵血並維持狒狒生命的心臟。為此供體豬將接受進一步基因工程改造（具體情況尚未披露）。這些供體豬由馬里蘭州的United Therapeutics公司提供。United Therapeutics是異種器官移植領域最大的經費投資者之一，其創始人是衛星廣播業先鋒人物Martine Rothblatt。

Rothblatt的女兒罹患肺動脈高壓，這是一種危及生命的疾病，因此Rothblatt希望能夠找到治療疾病的新方法。United Therapeutics在2011年收購了弗吉尼亞州的再生醫藥公司Revivicor，從而獲得了Revivicor在克隆豬和基因編輯方面的專業技術。隨後United Therapeutics又和加州的Synthetic Genomics公司合作以便根據Revivicor的要求更有針對性地對豬進行基因改造。 Rothblatt表示她的團隊正在對與免疫系統和血液系統相關的「十幾個」基因進行研究。

United Therapeutics要求Revivicor在10年內使豬-人肺移植達到同種移植的水平。「耐心對於醫學領域的變革性突破非常重要。」Rothblatt說。然而肺是異種器官移植中最具挑戰性的器官之一，因此10年這個期限與其說是耐心，不如說是雄心。目前公司尚不能讓移植肺在靈長類受體體內維持超過2周。「肺血管豐富，因此更容易因為免疫導致的血管炎症而發生功能衰竭。」Rothblatt說（見：異種器官不能一概而論）。

異種器官不能一概而論

血管豐富的複雜器官，例如肺，對異種器官移植來說是一個巨大的挑戰。更為簡單的、血管較少的組織，例如心臟瓣膜等則相對容易。事實上，來自牛或豬的脫細胞人工生物心臟瓣膜已經在臨床上使用了幾十年。儘管目前臨床使用的移植瓣膜是經過脫細胞的，但研究人員仍在探索使用活細胞進行異體器官移植的可能性。

因為缺乏同種人類胰島組織供體，研究人員試圖使用豬的胰島細胞來緩解I型糖尿病患者的病情。一種方法是直接靜脈注射無包裹的豬胰島，同時使用免疫抑製劑。Burlak是一名豬-人胰島移植的研究人員，他說移植物將隨血流進入肝血竇，並逐漸在肝內穩定下來並發揮作用。但即便如此門靜脈內抗體也常常在胰島定植下來前對它造成破壞，從而導致移植失敗。因此人們便嘗試用生物材料，例如藻朊酸鹽，包裹在豬胰島外面，以防止CD4/CD8 T淋巴細胞等免疫細胞對其造成破壞。

Living Cell Technologies是紐西蘭的一家生物技術公司。這家公司在2014年宣布他們已經將藻朊酸鹽包裹的豬胰島安全地注入14個病人體內並且未在人體內發現豬病毒傳播跡象。亞洲方面，韓國政府正在商討是否批准異種胰島移植，但是官方結果尚未宣布。

對腎、心臟、肝臟等富血管器官的移植研究也在進行中。前年6月，研究人員報告一隻狒狒在接受經基因改造的豬肝臟移植後存活了一個月，這也是一個新紀錄。去年3月份，Cooper領導的團隊宣布一顆修改過6個基因的豬腎臟（由United Therapeutics提供）在免疫抑制治療的配合下，成功使一隻狒狒存活超過8個月。

FDA審查人員到底需要怎樣的臨床前試驗證據才能批准異種器官移植臨床試驗目前仍不得而知。Cooper表示他認為豬器官在4-5隻狒狒體內維持半年並無排異現象發生足以讓他們開展人體臨床試驗，「但FDA是否和我想法相同就不清楚了。」他說。移植器官在受體體內的理想維持時間取決於器官和臨床情況兩方面。如果移植腎臟能夠使一個患者免於透析，即便它只能正常工作1年時間，移植仍是有價值的，Cooper表示。並且有的病人可能只是需要豬器官做一個短暫過渡，直到他們能夠獲得匹配的人類器官。

隨著經驗的積累和技術的進步，異種移植物的壽命會進一步延長，Cooper說，「但我們不能期待異種移植在短時間內達到同種移植的水平。20世紀50年代，當同種移植剛剛開始開展，移植物的壽命也只有幾周甚至幾天。即便在60、70年代，只有還不到一半的移植腎或移植心臟能維持1年。」

監管人員也意識到了這一點。在前年9月召開的國際異種移植協會大會上，FDA工作人員與異種器官移植領域的研究人員討論怎樣在該領域開展臨床試驗。Mohiuddin是這次大會的組織者之一，他說「這次大會非常成功，我們看到了各方面對於異種器官移植的熱情，臨床試驗的開展是大勢所趨。」Xenotransplantion期刊的主編Leo Bühler也出席了此次大會，他補充說此次大會「取得積極成果」，FDA表示將會根據每個臨床試驗的具體情況對異種移植進行評估，並不會與其他醫學研究區別對待。

如何應對豬內源性逆轉錄病毒？

一直以來，安全性是監管機構最重視的問題之一。就異種器官移植來說，潛在的病毒傳播是安全性方面的一大擔憂。其中豬內源性逆轉錄病毒（PERV）引起了廣泛關注。儘管PERV常見於豬的基因組，但研究人員認為因為移植而造成的豬-人病毒傳播僅僅是理論上的。

紐西蘭的Living Cell Technologies公司在2014年將豬胰島移植到14名病人身上後，並未發現逆轉錄病毒感染的證據。「目前沒有關於PERV在人體內致病的相關報道。」Mohiuddin說，「但PERV仍然是全球監管機構的主要擔憂之一，因此我們會儘力打消他們的憂慮。」研究人員將開發專門的檢驗手段監測移植受體是否發生PERV感染，同時他們還會制定相應的治療措施以應對可能發生的感染。

許多團隊花了數年的時間研究如何清除供體豬體內的PERV或者阻斷其傳播，他們有的採用傳統繁殖方式，有的採用基因工程。2015年哈佛大學醫學院的George Church團隊宣布他們的實驗敲除豬基因組中62個PERV片段，使人類培養細胞的被感染率下降至原來的千分之一。這一實驗在技術絕對是一次突破，打破了之前同時敲除的基因數目的記錄。但是仍有一些研究人員質疑在傳染風險未被證實的情況下，敲除所有PERV基因片段是否有意義。

「George Church團隊的基因編輯技術讓人讚歎，但是我並不確定如此敲除PERV片段是否有意義。」Mohiuddin說。他還表示，如果目前存在消除PERV的手段，那監管機構會要求科研人員利用這種手段進一步預防病毒的傳播，而這恰恰會拖延異種移植臨床試驗的開展。

Church團隊目前通過他在馬薩諸塞州的初創公司eGenesis進行豬供體的研究。eGenesis的另一個創始人楊璐菡是Church的學生，目前擔任公司的首席戰略官。2017年8月，eGenesis在《科學》上發文宣布他們已成功繁殖了一批攜帶25個基因變化的可獨立存活的小豬，其基因改造旨在消除所有的PERV。文章發表時這批小豬中最大的已經4個月了。

在9月的異種器官移植大會上，eGenesis再次宣布他們繁殖了一批新的小豬，這些小豬體內的PERV序列已經全部失活，並且公司還對這些小豬的免疫功能進行了基因改造。楊璐菡承認目前對於PERV是否有傳播風險仍存在爭議，但她堅持這是一個必須解決的問題。「對於病毒的感染風險及嚴重程度，我們必須時刻保持警惕。」她說。

隨著CRISPR基因修飾技術的普及，大家很容易過度使用基因工程以製造出完美的豬供體。但Burlak認為有另一種方法能夠加速臨床試驗的開展——關注少數幾個關鍵基因，然後為其尋找合適的配對，這和現在同種器官移植的做法是一樣的。「也就是說我們要儘可能在少做基因修飾的基礎上選出和供體豬匹配的器官移植等待者。」他說。

Burlak進一步說：「對豬和人類血液的交叉匹配實驗主要觀察在共同培養狀態下抗體結合及免疫反應的情況。基於此類實驗，研究人員發現有的人即便對野生型豬也不會有免疫反應，而有的人卻會對任何豬器官都產生排斥，無論器官做了怎樣的基因修飾。人類的免疫系統具有多樣性，這就決定了有的人的免疫反應就是比其他人更強烈。」

Burlak還說，臨床試驗準備工作的另一個方面是物資供應——如何為試驗甚至以後廣泛的臨床應用製造並養殖足夠的動物。因此需要建造專門的設施飼養供體豬，並且要在不同時間段繁育供體豬以應對不同大小器官的需求。Cooper說：「豬的壽命可達20年，而豬在1歲的時候其器官大小就足以為體型最大的人類提供移植器官了。」因此還需要年齡更小的豬為小體型移植受體提供器官。比如「你是一個體重50千克的女性，那合適的供體可能是一隻4個月大的小豬。」Burlak說。

Sachs團隊繁育了一批迷你豬，它們的器官大小更適合人類。他們也同樣敲除了這種小豬的抗原基因並導入人類免疫相容性基因。Cooper補充說，無論是小型豬還是正常體型的豬，它們從出生到稍微長大些都能夠提供供體器官。

更廣泛地利用豬產品

多家豬肉公司注意到了豬作為器官移植供體可能帶來的商機。世界最大的豬肉生產商史密斯菲德食品公司在去年4月宣布將成立生物科技部來提高公司為醫療健康領域（包括異體器官移植）提供豬組織的能力。這意味著未來公司里的科研人員關注的目標除了如何生產最好的培根，還有如何為移植和科研提供最好的豬器官。

史密斯菲德生物科技部副主席Courtney Stanton表示，異種器官移植領域的迅速發展，尤其是利用豬作為主要移植供體，是公司成立新部門的關鍵原因。她說：「這方面的技術發展尚未成熟，我們希望能夠提供必要的支持為它們保駕護航。我們想讓科學界看到我們是認真的，並非小打小鬧。」

過去幾十年，Smithfield售賣的的豬產品中有一小部分用於藥品（如肝素）及醫學產品（如生物瓣膜）。但是Smithfield的管理層並未對豬產品應用於醫藥行業有充分的認識。「豬肉生產行業和藥物研發行業始終存在溝通壁壘。」Stanton說。但她認為兩者之間加強溝通有助於醫學產品的研發。「豬的居住環境、養殖方式、飼料，當然還有基因——它們都會影響最終產品，但目前為止，供應鏈終端的用戶並沒有意識到這種聯繫。」她強調。

史密斯菲德是萬洲國際旗下的子公司，雖然公司在短期內並不會生產轉基因豬，但這種可能性未被排除，Stanton說。用於醫學領域的豬將和用於食物製作的豬分開養殖。此外史密斯菲德在異種器官領域的初次嘗試可能還是圍繞脫細胞化的方法，但公司仍然對各種方法保持開放的態度。

將人類細胞植入供體豬

儘管便捷的基因編輯工具為製造與人體免疫系統相容的動物器官提供了新方法，但我們仍不清楚究竟何種程度的改造是必需的，以及動物可耐受的最大基因改造程度。此外，一些受者在接受異種器官移植後需要接受大劑量的免疫抑製劑，長期使用可能對患者造成危害。這些問題促使研究人員嘗試了一種新的方法——將動物作為人類器官的「孵育器」。少數研究異種嵌合的科學家正在實驗這種獲取器官的途徑。

研究人員首先從基因層面敲除動物的某一個器官，比如一個腎臟，從而製造了一個「空檔」。接著他們在動物發育的早期在該「空檔」導入人類的多能幹細胞，隨後動物正常發育，只不過有一個人類的腎臟。發育成熟後這個腎臟將被移植到受者體內。這個方法的亮點在於，理論上可以使用受者自己的人類幹細胞，這意味著移植到他體內的不僅是一個人類腎臟，而且是他自己的腎臟。

研究人員已經成功實現了敲除動物體內多個器官，包括胰腺、肝臟、心臟、肺和腎臟。比如，他們只需要修飾與轉錄因子PDX1相關的遺傳因素就能實現胰腺敲除。

器官敲除是這種方法里相對簡單的一步。難點在於如何用人類細胞填補這個「空檔」。近親動物之間的幹細胞導入實驗的結果喜人。斯坦福大學的遺傳學家中內啟光在2017年1月報告他的團隊通過移植從大鼠-小鼠嵌合體中獲得的胰腺細胞成功治癒了小鼠的糖尿病。他的團隊在過去還成功在小鼠體內培育了功能正常的大鼠胰島細胞，但是因為數量過少而無法治癒大鼠的糖尿病。

在這個概念驗證試驗中，中內啟光首先從小鼠中獲得誘導性多能幹細胞，然後將這些細胞注入被敲除與胰腺發育相關的遺傳因素的大鼠囊胚中。這些大鼠帶著小鼠胰腺（99%相似度）正常發育。研究人員隨後將這些大鼠的胰島注射到糖尿病小鼠體內。移植後糖尿病小鼠的血糖恢復至正常水平，並且維持時間超過1年，這意味著它們的糖尿病被治癒了。更重要的是小鼠獲得的胰島實際是由它們自己的多能幹細胞發育而來的。

但這個實驗中涉及的大鼠和小鼠是近親物種，並且人們對它們的整個胚胎髮育過程有詳細了解。但將進化學中親緣關係疏遠的兩個物種（例如豬和人）進行嵌合處理則要困難得多。在動物胚胎中繁殖人類幹細胞就好比在干沙地里種水稻，基本活不了。

大多數人類-小鼠嵌合體實驗不出意外地以失敗告終。美國羅切斯特大學和丹麥哥本哈根大學的神經學家Steven Goldman說：「因為人類器官發育速度相比小鼠非常緩慢，因此還沒有人能夠在實驗早期實現任何重大突破。」但他也說：「我覺得這些實驗本身設計很棒，結果也很有意義，它告訴我們在這類實驗中必須注意匹配供體和受體的發育速度。」

將目光投向大型動物

為了解決上面提到的問題，科學家將目光轉向了體型更大的動物，包括豬、牛、羊等。這些動物的細胞和胚胎髮育速度與人類的更接近。但是即便如此，構成嵌合體仍然非常困難。Juan Carlos Izpisua Belmonte是加州薩克生物研究學院的一名幹細胞及發育生物學家。2017年1月，他的團隊宣布他們在豬和牛體內對不同種類的原始及中間態人類多能幹細胞進行可嵌合水平測試，這是首次人類-豬嵌合體實驗，並引起了媒體的廣泛關注。

但是這些實驗失敗的地方更引人注目。「在最好的情況下，中間態幹細胞能達到的嵌合狀態也不過是100000個豬細胞中嵌入1個人類細胞。」Belmonte說，「我們發現某些種類的細胞實驗結果比另一些更好，但是即使是這些細胞，嵌合率也仍然非常低。」

每種動物細胞發育分化的速度都不相同，因此找到與人類細胞相匹配的動物胚胎非常困難。人們對於人類早期發育仍知之甚少，這使找到合適匹配難上加難。科研人員試圖通過原始多能幹細胞了解人類早期發育過程，但事實上連什麼是人類幹細胞的原始多能狀態仍尚無定論。相比之下我們對小鼠的了解就詳盡很多。「無論是對哪個人類細胞系我們都認識有限。」 哈佛大學醫學院院長George Daley說，他目前正在研究人-動物嵌合體里的造血幹細胞。

所以科學家們正在對各種細胞進行實驗。比如在試驗中加入各種化學藥物誘導出不同的細胞種類。北京大學的生物學家鄧宏魁與Belmonte前年4月報告，他們合作培育出了一種新的人類多能幹細胞，這種幹細胞能夠在小鼠體內以1%的速度增殖。目前他們正在嘗試將這種細胞導入豬體內。

為了讓動物胚胎更好地接受人類細胞，適度的基因修飾是必要的，比如異種器官移植研究人員所做的那些。「我們可能需要將一些豬或羊的細胞『人類化』，就像George Church的團隊所做的那樣。所以以後我們可能會合作。」 中內啟光說。即便嵌合體研究人員真的成功在動物體內培育出了人類器官，但這個器官的脈管系統可能仍然是由供體動物發育而來的。

儘管目前仍面臨各種挑戰， Recombinetics仍試圖將在動物體內培育人體器官這一概念商業化。這無疑是一個長期的過程。「只有失去理智的人才會現在就在這個領域裡展開商業活動。」 Recombinetics的創始人Scott Fahrenkrug說。「實在不行就去生產培根。」

當然他是在開玩笑。讓FDA批准基因工程豬作為食物原料可能和培育嵌合體器官一樣困難。這些豬只是Recombinetics商業計劃的一部分。Recombinetics還有另外兩個子公司專門負責人類疾病的豬模型基因編輯解決方案以及農業、水產業動物的精準養殖。

在Recombinetics的嵌合體研究項目中，公司試圖解決動物體內的人類器官的脈管系統仍是由供體動物發育而來的這個問題。他們首先敲除豬體內整個脈管系統，然後恢復除了靶器官以外其他組織器官的血供。他們希望人類幹細胞能夠填補這一「空檔」，為動物的靶器官提供人類血管。到目前為止，公司已經實現了敲除全部血管以及其他十幾個靶向細胞、組織及器官，但隨後的嵌合實驗中，人類細胞填補了不到1%的「空檔」。

謹慎推進

隨著科學人員進行器官嵌合的能力不斷提升，以及基因編輯技術的長足進步，關於動物福利及人類尊嚴的質疑紛至沓來。異種器官移植專家可能需要考慮基因編輯的最大限度在哪裡？以及為了獲得器官而將動物圈禁在無菌設備中是否人道？

而嵌合體研究專家面對的倫理質疑可能更加棘手，尤其是那些對大腦進行嵌合的科學家。人們會不自主地想到一個問題：如果動物大腦內有了足夠多的人類細胞，那麼這些動物是否會具有某種程度上的意識或者說某些人類特性呢？（見：「人類化」的豬大腦）

「人類化」的豬大腦

將人體幹細胞導入動物體內以誘導人類器官形成的相關實驗似乎進展不大，但研究人-動物嵌合大腦的科學家們的運氣則好得多。人類神經細胞及神經祖細胞能夠在動物出生前的後期甚至是出生後導入動物體內，並且大腦中人類細胞的嵌合率相比其他實體器官高很多。「不同物種的發育速度差別很大，這種差別在發育早期更為明顯，此時對移植物的危害也更大。」羅切斯特大學醫學中心的Goldman說，「器官或組織移植越晚，此時發育速度的差別越小，因此移植的成功率也越高。」

Goldman主要致力於將人類神經膠質細胞嵌入小鼠體內，膠質細胞能夠為神經元提供支持和保護。Goldman團隊能夠將患有亨廷頓舞蹈病及精神分裂的患者的神經膠質細胞分離出來，將它們導入小鼠體內，從而獲得具有患者特異性的嵌合小鼠模型，就好比為每一個患者製造了一個對應的小鼠疾病模型。Goldman計劃利用這些小鼠研究膠質細胞在疾病中的作用，並進行相關藥物試驗。「這個模型很有幫助。」 Goldman說。

在實驗過程中，Goldman發現移植了人類膠質祖細胞的小鼠似乎更加「聰明」。「移植改變了神經放電及神經網路的運行特性。在多項認知實驗中，移植後小鼠都表現得更加出色。」Goldman說。

這一發現讓很多人心裡一沉。倘若人類細胞，哪怕是不具備神經放電功能的細胞，都能夠讓小鼠變得更加聰明，那把人類神經細胞移植到豬的大腦里呢？又或者移植到猩猩大腦里？這種移植是否能讓動物在一定程度上具備人的認知或者智能呢？美國國家健康研究所（NIH）提議修改其嵌合研究政策之後收到了約20000份反饋，其中表達這種憂慮的佔到絕大部分。許多人慨嘆「人類尊嚴」即將不復存在，同時也為實驗動物遭受的痛苦表示同情。

賓夕法尼亞大學的生物倫理學家Adam Shriver寫道「……我們對意識究竟是如何產生的知之甚少，在這種情況下，我對將不同物種的神經組織混合可能帶來的痛苦表示非常擔憂。」價值和哲學研究理事會的另一名生物倫理學家James Loiacono同樣在意見中寫道：「一旦我們讓動物具有了自我意識，那它們就將變成『誰』，而不再是『什麼』。」他向NIH詢問科研人員應該如何對待這些動物，「是不是在難以控制這些動物的時候就殺了它們呢？」

嵌合體技術可能帶來巨大的隱患，因此國際幹細胞研究協會（ISSCR）及NIH都為研究限度制定了嚴格標準。其中一個標準就是針對人-動物嵌合體繁殖的。ISSCR和NIH都明令禁止培育可能產生人類卵子或精子的動物。「一旦培育出這種動物，那理論上就有可能在這些動物身上發生人類受精。」ISSCR指南的執筆者之一Daley表示。

在發育極早期進行人-靈長類動物嵌合是一個非常危險的舉動。「因為靈長類動物在生物學上與人類非常接近，因此可能引起的倫理問題將更加嚴重。」NIH科研政策部副主任Carrie Wolinetz說。NIH還表示，人類多能幹細胞不應當被引入到非人靈長類動物的早期胚胎中，因為研究者無法完全準確預測這些幹細胞在該階段會怎樣發育。「因此人們對大腦嵌合表示擔憂。」 Wolinetz說。

ISSCR對這類實驗的控制相對較松，協會表示這類研究可能 「引起特別的擔憂」，但可以通過阻止這些動物繼續發育來減輕這種「擔憂」，並且對於這類實驗應當 「具體案例具體分析」。

中內啟光在斯坦福大學主要研究將人類多能幹細胞導入綿羊胚胎中。他表示不讓人類細胞嵌合入大腦其實並非難事。「有許多方法都能避免動物大腦中混入人類細胞。」他說。其中一種方法是構建一個能夠編碼蛋白殺死這類細胞的自殺基因。「這並不困難。」他說。更困難的是讓人類細胞在動物體內增殖。只有實現這一點，「我們才需要關注安全和倫理問題。」他說。

而胰島異體移植專家Burlak則反對這種「先試試再說」的觀點。「這並不是進行科研探索的恰當方法。」他說。他認為嵌合體研究人員應該首先通過體外實驗及小鼠實驗了解人類細胞是否進入、如何進入動物大腦，以及如何和動物的中樞神經系統進行交互作用。「在開展大型動物實驗前首先應該解決這些問題。」他說。

因為日本對嵌合實驗管控更加嚴格，中內啟光離開日本來到美國繼續他的研究。日本禁止研究人員將人-動物嵌合胚胎移植到子宮內。這阻止了日本研究人員在動物體內培育任何功能正常的人類器官。

2013年，日本科學技術委員會生物倫理專家組建議修改此項政策，改為對研究進行個體化評估。研究項目必須保證不存在實驗動物發育成侵犯人類身份或者損害「人類尊嚴」的生物的風險才有可能通過審核。但是由於各種政府審核流程，這些建議尚未生效，因此日本仍禁止此類實驗，中內啟光說。因此他在東京大學的團隊只能將猩猩的多能幹細胞，而非人類的幹細胞導入豬胚胎內。

NIH禁止人類嵌合體實驗

考慮到生物倫理方面的問題，NIH從2015年9月起停止資助了部分人-動物嵌合研究。停止資助的實驗主要是將人類多能幹細胞導入發育極早期的脊椎動物胚胎內——也就是早於原腸胚形成，這時胚胎將從單胚層發育為多胚層。

當NIH啟動這項禁令的時候並沒有這類實驗正在接受NIH資助。「所以這是一個很好的時機讓我們回顧到目前為止的科學進程，並考慮我們是否需要額外的政策和監管。」Wolinetz說。但這項禁令卻對Belmonte造成了影響，當時他正在申請NIH先鋒獎以資助他在豬體內培育人體器官的研究。最終NIH仍然授予了他該項資助，前提是他導入豬體內的只能是非人靈長類動物的多能幹細胞。

2016年8月，NIH提出解除這項禁令，條件是將人類多能幹細胞導入發育極早期（早於原腸胚形成）的脊椎動物胚胎內的研究需要接受內部聯邦委員會的特別監管。而非人靈長類動物的細胞導入只能在胚泡期之後階段開展。「多一重監管意味著一旦我們開始接近那些可能引起倫理爭議的領域，就會有專門人員關注實驗進行並提供額外的監管。」Wolinetz說。

NIH的提案還基於目前技術發展調整了它對於靈長類動物胚胎和繁殖相關研究的禁令。Wolinetz表示NIH收到了超過2萬份公眾對提案的意見，目前正在對這些意見進行梳理以決定最終政策，「與此同時，NIH管理層也在進行調整，因此這項政策短時間內不會出台。」她說。在最終政策出台之前，對相關研究的禁令仍然有效。

公眾對於NIH提案的反對意見主要集中在從人類胚胎幹細胞中獲取多能幹細胞。雖然這類多能幹細胞已經被用於嵌合體實驗，但是許多研究器官培育的研究人員表示其他細胞也能達到一樣的效果，因此人體胚胎幹細胞並不是必須的。「從嚙齒類動物實驗中，我們並沒有看到誘導多能幹細胞和胚胎幹細胞有任何區別。」 中內啟光說。

不止一份意見中指出在倫理方面，為了實現更好的異種器官移植而進行基因微調和在動物體內培育人體器官是有嚴格界限的。Stephen Smart是伊利諾伊州過敏及哮喘研究所的一名醫生，他認為「異種器官移植、重組DNA以及動物和人類之間適當的遺傳材料或基因產品的傳遞是可接受的」，而「將人類多能幹細胞引入動物胚胎體內則是不能接受的。」一旦將人類細胞導入動物胚胎內，動物「可能會擁有過多的人類特性」而這也損害了「人類的尊嚴」，他寫道。

而其他一些評論者的意見則像是滑坡謬誤——將人類或動物的細胞或遺傳材料混合將把人類引上一條危險的道路。「一旦你越過某條界，你就會落在滑坡上，下滑無法再被中止。」西密歇根大學心理學家Ron Van Houton寫道。他還提到，隨著科技的進步，人們將習慣這些變化，最終將會導致「人類尊嚴的損害」。還有一些評論稱，這最終會導致人猩的誕生——人類和猩猩的混合體。

人猩和「噁心」

神經生物學家Michael Gazzaniga在他的書中反駁了滑坡謬誤。「通過強調滑坡的極端結果，倫理學家利用公眾的恐懼心理，暗示倘若我們給科學家一英寸的距離，他們會奪取一英里。」他寫道，「你提出人猩是一種可能性，突然每個人都開始害怕讓科學家將人類幹細胞導入老鼠體內——即便這些實驗可能最終得到治療帕金森病、阿茲海默等疾病的治療方法。」

他認為社會不會讓極端事件發生。「在歷史上每當極端事件發生的時候，人們總能設法擺脫它們——無論是極端獨裁者、極端風潮還是極端藥物。無論從道德、政治還是社會的角度，我們都不會讓對極端的恐懼阻礙良性事物的發展。」他寫道。

美國立法者為了回應「人猩恐懼」每隔幾年就會立法禁止人-動物嵌合體研究，從某種程度上這也是「人猩恐懼」持續不消退的原因之一。最近的相關立法是「2016年禁止人-動物嵌合體法案」，它從六個角度定義了「人-動物嵌合體」，其中包括「將非人類卵子用人類精子受精後產生的胚胎」，「包含來自人類和非人類的單倍體染色體組的胚胎」等。

該提案的發起人Chris Smith是一名來自新澤西州的共和黨，他並未應《自然-生物技術》的請求就該法案發表評論。一旦立法，該提案的用詞將會被如何解讀尚不清晰。「過於寬泛地定義嵌合體會無意間阻礙一些對於醫學發展至關重要的實驗，這是非常危險的。」 Wolinetz說。

在恐懼背後，有另一種情感——「噁心」，它甚至在那些認識到研究重要性的人身上也起作用。我們和動物不一樣，我們不可避免想要保持這種距離。「我能夠理解這種感受。」Recombinetics的Fahrenkrug說，「當然有的人會覺得噁心，但我們在討論拯救人類的生命。如果它拯救的是你的孩子，那你就不會再覺得噁心了。」Fahrenkrug說目前公司尚未讓任何一個豬胚胎髮育超過30天——此時豬的前腦即將開始發育。他希望在繼續推進之前得到科研團體和利益相關人的支持。

公眾可能最終會接受用豬作為移植器官供體，畢竟很長一段時間人類都在飼養和屠殺豬用來製造食物。但我們有理由相信公眾能夠接受的對動物所做的改造是有限度的，即便是為了治病救人。這是一場不可避免的討論，並且很多人認為越早開始越好。

本文原載於微信公號：自然科研，經授權轉發。原文以 When pig organs will fly 為標題發布在2017年12月8日的《自然-生物技術》上。

Nature Biotechnology|doi:10.1038/nbt.4027

製版編輯： 常春藤｜

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