一頭豬如何拯救人類？異種移植已從實驗室走向臨床

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　　代表異種移植的門已經進一步打開，異種心髒移植安全性、功能一緻性和免疫排斥等關鍵性技術問題解決了。

　　撰文 | 燕小六

　　來源 | “醫學界”公衆号

　　近日，全球首例豬心移植人體成功，轟動醫學界。

　　當地時間1月12日，該名患者、57歲的大衛·貝内特（David Bennett）成功撤掉體外膜肺氧合設備（ECMO）。

　　因終末期心衰，他在美國馬裡蘭大學醫學中心（UMMC）接受治療，此前已帶機生存45天。（更多内容請點擊《全球首例！把豬心移植給患者，終于做到了》）

　　據報道，1月7日完成移植手術至今，貝内特情況穩定，未出現超急性免疫排斥反應，現已能自主呼吸、小聲說話。

　　“國内對此有很多讨論，但熟悉異種移植的醫師不多，覺得它令人興奮又距離臨床遙遠。”中南大學湘雅三醫院（以下簡稱湘雅三醫院）首席專家、湖南省異種移植工程技術研究中心主任王維告訴“醫學界”，UMMC事件代表異種移植的門已經進一步打開，異種心髒移植安全性、功能一緻性和免疫排斥等關鍵性技術問題解決了。剩下的就是檢驗中長期效果。

　　圖片說明：當地時間1月12日，大衛·貝内特（David Bennett，中）的兒子（左）到醫院看望父親。/University of Maryland Medical Center

　　異種移植，

　　何時能說“成功了”？

　　過去幾十年，全球醫學界一直在探索異種移植的可能，包括将動物的器官、組織、細胞等移植到人體内。

　　胰島是異種移植中最先成功的。王維告訴“醫學界”，和心髒、腎髒等實質性器官不同，異種胰島移植後沒有超急性排異反應。

　　對于大部分器官，超急性排斥反應是物種保持種系延續的天然防禦機制。

　　比如，豬的血管内皮細胞有一種名為alpha-gal的糖蛋白分子。包括人在内的靈長目生物體内則存在一種抗體，會攻擊這種糖蛋白分子，廣泛形成血栓，移植器官快速失去功能并死亡。

　　有研究表明，超急性排異反應一般發生在術後48小時内。過去，學界研究了一些藥物，試圖控制和處理這一情況，都沒成功。

　　而此次豬心移植，術後近1周都未發生超急性免疫反應。王維認為，說明我們或已經有效地掃除了異種移植的巨大屏障。

　　成熟的基因編輯技術是關鍵。“我們可以敲除特定基因，讓豬的血管内壁不産生alpha-gal糖蛋白分子。”

　　上世紀末，基因編輯理論成形。此後，科學界做了大量動物實驗，包括美國國立衛生研究院研究人員将轉基因豬的心髒，和實驗狒狒的一根主動脈分支吻合。這顆“部分連接”的心髒存活900多天。

　　在原位心髒移植的動物實驗中，轉基因豬的心髒能完全取代狒狒心髒，存活接近1年。

　　轉基因豬的腎移植也取得較好結果。2021年10月，美國紐約大學朗格尼醫學中心移植研究所将一顆轉基因豬腎，移植給一名腦死亡患者，随後54小時未觀察到超急性排異反應，并表現了正常泌尿功能。

　　這次的豬心移植，站在前人的肩膀上又往前邁了一步：受者為意識清醒的人。

　　患者清楚異種移植是活下去的唯一希望，而手術也獲得美國食品和藥物管理局（FDA）基于擴大準入（同情使用）條款的“緊急授權”。

　　美國紐約大學朗格尼醫學中心生物倫理學系主任亞瑟·卡普蘭（Arthur L. Caplan）接受采訪稱，結果仍不确定的。“在未來幾周内，貝内特仍有發生免疫排斥反應和病毒感染的風險。”

　　王維表示，評判異種器官移植給人的手術是否“成功”，要看兩大指标。

　　第一，在克服超急性排異反應的基礎上，能否控制獲得性免疫的急性排異（包括T細胞介導的急性排異反應）及慢性排異反應，獲得長期生存。這可能在臨床移植後的幾周、幾個月或幾年内發生，或導緻移植器官壞死。

　　第二，檢驗豬心能否在功能上完全替代人心，承受人體日常活動量。

　　觀察人體神經-體液調節系統能否重新掌握對移植心髒的調控，是評判的次要指标之一。在人體神經-體液調控因子作用下，運動和激動時心率加快，睡覺時心率減慢。但移植心髒由心肌自主控制，會在一定程度上脫離上述調控系統。

　　根據國際異種移植指導委員會意見，異種移植臨床試驗的目标是“永久性替換原有器官，必須有超過50%的受體生存時間長于6個月”。

　　就此看，心髒異種移植技術已經獲得革命性突破，但依然走在趨于成熟的路上，是否可以進一步造福衆生還需要觀察和研究。

　　圖片說明：貝内特（左3）和家人合影，資料圖。/AP

　　跨物種感染關已解決

　　國内，在異種移植研究這條路上，王維砥砺前行20餘年。

　　中國是全球最早成功開展豬胰島細胞人體移植治療糖尿病的國家之一。早在1999年，王維就攜湘雅三醫院團隊獲得原國家衛生部批準，開始進行豬胰島人體移植的Ⅰ期臨床研究。他們用6年時間，做了22例1型糖尿病患者，證實豬胰島移植到人體的安全性，也看到一定療效。

　　2008年，由世界衛生組織（WHO）主導的“第一屆全球異種移植臨床研究規範研讨會”，在我國長沙召開。該次會議以王維團隊成果為參考，拟定、發布世界首個異種移植綱領性文件《長沙宣言》。

　　4年後，王維團隊依據《長沙宣言》和我國原衛生部相關規定，建立異種移植專用的“無指定病原體豬（DPF豬）”，啟動Ⅱ期臨床，涉及10例1型糖尿病病人。結果顯示，相較于移植豬胰島前，患者總體胰島素使用平均減少50%以上，最好效果減量88%。

　　異種移植用豬做供體，源于WHO規範，“豬是目前唯一允許臨床研究的異種移植供體動物……臨床研究必須使用DPF豬作為供體”。

　　一方面，這是因為豬心、腎、肺、胰島、角膜等器官的生理組織與人類相似。

　　上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院心外科副主任醫師周密告訴“醫學界”，其所在團隊以豬為實驗對象，做過不少手術。

　　“豬心和人心的解剖結構基本一緻，僅角度有所不同，人心偏左側，心尖朝左下方，豬心髒在胸骨正後方、心尖朝下。在相同體重的條件下，豬心和人心的大小也相似，兩者的動力學相近。豬心若和人體吻合，沒有特殊的技術障礙。即使吻合的端口大小略有不匹配，這樣的情況在同種異體心髒移植（就是通常意義的心髒移植）中也很常見，因此外科有一些縫合技巧，足以把供體心髒修整到'匹配’。”

　　周密指出，從現有的同種異體心髒移植看，移植患者的一年生存率約為88%-90%，10年生存率約在70%左右。過往豬的壽命受到人為幹預，但四川“豬堅強”活到十幾歲。因此，移植豬心的使用年限或和人來源器官差不多。

　　另一方面，前期大量研究已證明，豬和人之間交叉傳染的疾病相對較少。比如，豬不會感染人類的肝炎病毒、禽流感病毒、HIV病毒（艾滋病）等疾病，也不會發生埃博拉病毒感染等高危傳染病。這提高了異種器官移植的生物安全性。

　　少不等于沒有。依舊存在各種潛在的外源性和内源性感染風險。

　　2005年出于生物安全性考慮，WHO稱，在找到解決辦法之前，停止一切異種器官移植的臨床試驗。

　　通過高度屏障環境下培育DPF豬，成為排除外源性感染因素的有效手段。中國在這一領域提供成功的技術和範例。2012年底，中國長沙建成亞洲第一、全球第二家醫用級（DPF）供體豬培育中心。

　　中國相關努力還得到WHO和國際異種移植協會（IXA）認同，被寫入國際異種移植臨床研究規範“The 2018 Changsha Communique”。

　　内源性感染風險，在于豬的基因組中有一些正常存在的豬内源性逆轉錄病毒（PERV-C）序列。這在豬身上不會表達出毒性。但當豬的細胞和人的細胞接觸，PERV-C序列存在轉移或交換到人的基因組中的風險。

　　王維想到的解決方案是“篩選法”。他堅信，肯定存在體内無PERV-C的豬種，隻是需要刻意尋找。

　　團隊曾到過十幾個省區偏遠鄉村，篩查幾十類豬源1萬多份樣本。最終，團隊錨定一個豬種，再通過近交培育，養出一個遺傳表型穩定且PERV-C完全缺失的豬種。它被命名為“異種一号”（xeno-1）。

　　而後，團隊按照《長沙宣言》的“無指定病原體豬（DPF）”标準，進行培育。整個生長過程不用抗生素，不打疫苗，全靠空氣、水、飲食等形成保護屏障，嚴格切斷所有傳染源。

　　相比王維，歐美的培育方法更“時髦”。2020年9月21日，《自然·生物醫學工程》發文，介紹利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，培育出“豬3.0”。

　　“豬3.0”有13個獨立的基因被修飾，包括敲除基因、解決豬與人之間免疫和凝血方面的不兼容問題。同時，通過全基因組滅活、剔除基因組裡的PERV，消除病毒傳播的潛在風險。

　　基因編輯的成就和隐憂

　　王維曾坦言，“豬3.0”的基因修飾點位過多。

　　在2018年的WHO會議上，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盡可能少的範圍内，比較穩妥。

　　“在缺乏充足生物安全證據以前，基因編輯上限不超過15個，安全性要放在有效性之前。”王維解釋。

　　在貝内特移植的豬心髒上，研究人員完成10處基因編輯。敲除豬體内3個會導緻人體超急性排異反應的基因，轉入6個幫助人體免疫系統接受豬器官的基因。為防止豬心過度生長，還敲除1個生長基因。

　　王維表示，尚不清楚具體被修飾的基因位點，可能包括促進豬心分泌免疫調節蛋白、阻斷T細胞激活的基因。

　　術後，貝内特仍需要使用抗排異藥物。“如果通過基因編輯、完全不用抗排異藥，相當于人體内有一個抗排異藥生産車間。萬一出現機體發生變化、免疫抑制成為健康問題，機體自帶的抗免疫排異蛋白分泌功能就會有害。”王維解釋。

　　過多編輯基因，還可能帶來新的風險。其中之一源自CRISPR-Cas9技術自帶的“脫靶效應”，通俗理解就是“在錯誤的位置剪切”。編輯越多，或差錯越多。

　　這可能破壞細胞的基本功能，導緻3種結果。最好的情況是細胞死亡，不再往下遺傳。第二種是緻嚴重畸形，或基因表型出現差異，這樣的培育豬會被淘汰。

　　學界最擔心第3種情況：誘發惡性腫瘤。所以，基因編輯豬必須經過多代繁衍，以統計個體和種群的基因表型差異，并評估腫瘤發生率是否高于周圍種群。

　　目前，王維的轉基因豬已經繁衍到第四代，共200多頭。對100多頭進行二代測序，種群基因型很穩定，沒有惡性腫瘤基因問題。最年長的豬已經8歲（相當于人類的40歲左右），沒有顯示腫瘤的發生。

　　倫理檻不難邁

　　目前，全球人源性器官供體僅能滿足10%左右的移植需求。

　　“像（貝内特）這樣一個破天荒的手術，我幾乎能想象它可能引起的倫理争議。但我認為一旦異種器官移植在技術上的障礙被徹底攻克，倫理方面的阻力肯定會被沖散，在必死無疑和擁有一顆豬心的選擇面前，有幾個人會選擇死呢？”外科醫生、《心外傳奇》作者李清晨撰文表示。

　　在王維看來，代表患者的“最底層”，和代表主管部門的“最上層”，都已接受異種移植。“2008-2018年的10年間，WHO3次召開異種移植臨床研究規範研讨會，不斷頒布和更新國際标準。過去提出的問題基本得到落實，也有了結論。”

　　WHO高度重視并推動異種移植，主要原因在于全球供體短缺現狀，而異種移植被認為可能是供體短缺的解決方案。

　　2020年6月11日，在第四次“中國器官捐獻”主題活動上，前衛生部部長黃潔夫表示，我國每年苦等器官移植的患者約30萬人，同期器官移植數量僅約2萬例，“缺口很大”。

　　另一個重要原因是“質量控制”。人源性供體存在器官質量無法控制等缺點，生物安全性難以保障。器官捐獻者的年齡、身體基礎狀況不同，有些人可能患慢性疾病，或存在某些病毒隐性感染。這些都給接受器官移植的患者帶來較大的安全性風險。

　　與之相比，異種器官移植的優勢明顯。通過工業化、标準化養殖，嚴格飲食控制與環境管理，切斷各類傳染病的傳播途徑，就能獲得高質且數量相對充足的供體器官。

　　近年來，歐洲一些國家做過投票調查。不管家中是否有患者，民衆普遍表示“接受異種器官移植”。

　　李清晨告訴“醫學界”，普通人排斥異種移植，可能跟一些古老觀念有關。比如，心可能代表情感、情緒乃至靈魂。但從科學角度，心髒這一器官就是一個肌肉泵。

　　“事實上，同種器官移植對于供體家屬來說，做出捐獻決定是一個不小的折磨。而如果未來異種移植或人工器官技術能走向成熟，反而能解決一部分倫理問題。”

　　“心髒移植物替代研究從一開始就分成兩個方向，一個是機械方向，一個是生物方向。前者的成果就是心室輔助裝置，媒體和民衆喜歡稱之為'人工心髒’。植入人體後，我們不會說人就變成機器人了。同理，把一個生物學方法制備的心髒植入人體，人也不會變成動物。”周密表示。

　　王維解釋，人的意識是由大腦決定的。移植器官無法分泌出任何可以影響大腦思維方式的物質。“有些人在移植後，可能出現情緒、情感變化。這或是移植手術、個人深入思考所導緻的，就像部分上過戰場的士兵會出現創傷後應激障礙一樣。”

　　王維進一步解釋，異種移植不會影響生殖細胞，不會引起人的基因變化，也不存在代際傳遞等問題。

　　“除非出現更好的移植替代物，不然，異種移植将是持續發展的新醫療技術。”