將從餐桌走向手術枱的豬器官

白色碎冰上的豬肺，看上去和屠宰場豬肺沒有兩樣，不過這不是普通的豬肺，而是將用於移植給狒狒研究用的豬肺，這是巴爾的摩馬里蘭大學醫學院外科醫生6小時前從造價高昂的豬身上摘取的豬肺。如果運氣不錯，這個豬肺將能在6歲的狒狒胸腔內繼續存活。

助理將豬肺拿給Lars Burdorf，他正和手術助手們給狒狒進行豬肺器官移植手術。經過5小時氣管和血管縫合等繁瑣過程，這個耗資5萬美元的操作只能給研究增加一個樣本數。這一大型研究項目是10多個實驗室幾十個免疫學家的集團研究，研究目的利用免疫學和基因工程技術解決人類器官來源的問題，簡單説就是用豬器官代替人類器官來挽救人類生命。這次研究如果成功，將是研究往最後成功前進了一大步，説明將豬器官能在狒狒體內存活。

馬里蘭實驗室負責人羅賓·皮爾森負責將50個豬器官移植給狒狒，測試靈長類動物對不同組合的轉基因豬和抗免疫排斥藥物的反應。雖然進行了大量嘗試，但至今沒有一個器官受體靈長類動物生存超過幾天，免疫系統的複雜性和由豬病毒感染的可能性是可怕的，讓許多大公司知難而退。

這種困難現在開始有了曙光，主要是得益於免疫抑制藥物和基因組編輯新技術如CRISPR/Cas9的快速發展。這些技術讓科學家能方便快捷地編輯豬的基因，把那些會導致排斥和感染的基因滅活，這在過去是很難實現的。波士頓eGenesis公司2015年10月宣佈已經成功對豬的62個基因進行一次性批量編輯。

一些科學家預測，幾年後將會有人類接受基因修改後豬實體器官的臨牀試驗。馬里蘭United Therapeutics生物技術公司在轉基因豬肺人類移植方面投入1億美元，這是該領域近10多年內最大規模的產業化投入，該公司計劃2020年前開始臨牀試驗。但是許多科學家認為這不太現實，監管機構也很難被説服同意開展這種高風險的試驗。

悉尼大學韋斯特米德醫院外科醫生Jeremy Chapman説，從科學角度看他們已經接近成功，但是這一領域顯然需要面對各種各樣的問題，跨種器官移植領域的現實是，每克服一個障礙，總會有更大的障礙等在哪兒。

至少1960年代就已經有人開始跨種器官移植的臨牀應用嘗試，是將狒狒和黑猩猩的腎臟移植給人類患者。這次嘗試不那麼成功，患者幾個月內都死亡了，主要死因是患者免疫系統對移植器官的攻擊和排斥反應。主要貢獻是建立起來跨種器官移植的概念，是挽救成千上萬等待供體器官患者生命的一個希望。

1993年，匹茲堡大學北美器官移植中心David Cooper和同事發現，在移植以後幾分鐘內，人類免疫系統會啓動免疫排斥反應，針對的攻擊對象是單個豬抗原，這種抗原是一種在細胞表面的糖α-1,3-半乳糖或α-gal，這是器官排斥反應的啓動因素。α-1，3-半乳糖苷轉移酶是產生這種糖必須的酶，理論上抑制這種酶或敲除這種酶的基因就可以避免排斥反應。

這一發現和其它器官移植領域的進展讓跨種器官移植看起來很容易實現，吸引了一些大型醫藥公司的興趣。1996年瑞士諾華製藥開始在跨種器官移植領域投入重資，Geoffrey MacKay當時是該公司這一方向的移植和免疫學負責人。MacKay説諾華當時不僅是希望解決器官短缺問題，而且希望通過轉基因解決一些免疫排斥問題。MacKay現在是eGenesis臨時首席執行官。諾華開始計劃在異種器官移植方面投入100萬美元，包括科學研究和全球無菌飼養豬的設施。其它一些公司包括Genzyme和PPL Therapeutics的投入規模都比較小，FDA也開始制定相關指南和標準。

但免疫系統顯然不是那麼簡單，即使用藥物抑制α-gal的產生，接受豬器官移植的狒狒仍然只存活幾周。另一個問題是感染。即使保持供體豬完全無菌，豬基因組上散佈着許多休眠內源性逆轉錄病毒，研究者擔心這些病毒轉入人體後會被激活對人體造成損害。這一難關對這一領域產生了打擊，2000年代早期，諾華停止了該公司的異種器官移植項目，解散了研究團隊。

異種器官移植在接下來的十年一直沒有很突出進展。一些研究小組和企業嘗試豬組織移植，相比使用固體器官，組織移植免疫反應不是那麼嚴重，因此是比較容易成功的計劃。今年4月，中國監管機構批准使用豬眼角膜移植。豬胰島細胞移植研究項目也正在開展。

第一個商用胰島素細胞可能來自新西蘭一家生物技術公司，該公司開發了一種活細胞技術(LCT)，是用一種凝膠狀“露珠”將豬的胰島細胞封裝起來，以避免人體免疫系統的攻擊和排斥。產品稱為DIABECELL，目前已在幾個國家進行後期臨牀試驗。患者植入細胞後細胞存活超過九年，期間沒有發生免疫排斥或感染。

2003年，Revivicor公司創始人Ayares和他的同事創造了第一個刪除α-gal的克隆轉基因豬。美國外科醫生Mohiuddin和同事將敲除α-gal基因的豬心臟移植到狒狒體內。這些修改大大延長了器官在狒狒體內的生存時間。雖然移植心臟在功能上並沒有完全取代狒狒的心臟，但狒狒的生存期延長到兩年半。但是這種轉基因豬，通常需要幾代育種來去除豬的一個特定的基因。第一個α-gal-knockout豬花了整整三年，現在從頭開始造出一個轉基因豬隻需要150天。基因編輯甚至可以免除免疫抑制劑的使用，利用基因編輯技術編輯相關免疫的基因，那就無需使用免疫抑制藥物了。

基因編輯的進步讓投資者對器官移植研究充滿信心。2011年，United Therapeutics公司以約800萬美元的價格收購Revivicor公司,宣佈啓動為期十年基因編輯豬肺的臨牀試驗的雄心勃勃的計劃。

LCT技術封存胰島細胞的成功，許多人希望胰島細胞將成為第一個基因編輯的組織進入臨牀試驗，為更加困難的器官移植研究鋪路。

2014年，United Therapeutics 公司與一家生物技術公司合作成立了一個5000萬美元的合成基因組學(SGI)項目，SGI不是簡單地敲除抗原基因,SGI是結合組織工程學，以特別的方式迴避免疫排斥，如以豬細胞產生的表面受體作為分子海綿，吸收會攻擊器官的人類免疫信號分子。

該公司在胚胎上改變細胞表面抗原的20多個基因，並將胚胎植入母豬體內。該公司還用CRISPR滅活在豬腎臟細胞中的62個豬內源性逆轉錄病毒基因。研究人員已經將進行基因編輯後的細胞核轉入豬胚胎。即使可以保證不被內源性逆轉錄酶感染,還是存在其他問題的，比如豬器官能否在他們的“新家園”正常工作。比如，豬腎臟能否對人類激素起作用來控制排尿,或豬的肝臟產生的蛋白質是否會正確地與人類的系統相互作用。因為豬的壽命只有十年,他們的器官可能無法工作到人類生命結束的那一天。即使使用異種器官移植作為“橋”，直到找到一個合適的捐贈者，也會存在很大的困難。例如,心臟移植後,纖維組織周圍形成新的組織,使第二次移植非常困難。

我們已經知道器官移植還存在很多的障礙，對於開篇提到的Pierson 的手術，我們也大概猜到了結局。馬里蘭大學Pierson 研究團隊的移植手術結束大約半個小時以後，轉入了豬肺的狒狒甦醒過來，研究人員開始監測生命體徵。肺功能在當天晚上表現良好，甚至能夠在另一個肺血流供應不足時仍能提供足夠的氧氣。但第二天，狒狒還是令人絕望的掛了。Pierson説,這是意想不到的，因為豬的多個基因改造似乎和狒狒的免疫系統配合得很好。屍檢表明血液在肺部積累成血栓。與異種移植的中許多其他方面的問題一樣,皮爾森説，“這是一個我們仍需要學習的問題。”