在豬身上培育出“人腎”，中國科學家率先做到了！_風聞

　　器官移植的供體嚴重短缺是全球性問題。在異種動物體內培育人源器官，或是解決途徑之一。

　　**撰文 |**燕小六

　　根據國際學術期刊《細胞·幹細胞》近日文章，在全球範圍內，中國科學家率先於豬胚胎中，培育出源於人細胞的腎臟。此前，有類似研究在豬體內，培養出血液、骨骼肌等人體組織。

　　四川省人民醫院器官移植研究所副所長、基因工程豬專家潘登科告訴“醫學界”，該研究解決了嵌合體技術中兩大難點。第一，通過基因敲除、培育腎臟缺陷胚胎，給“人源細胞”生長形成空位。第二，提升異種間嵌合率，培育出含有較高比例人源細胞的腎臟。

　　根據研究團隊、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院（以下簡稱廣州健康院）官網，及多方信息，器官移植的供體嚴重短缺是全球性問題。在異種動物體內培育人源器官，或是解決途徑之一。

　　《我國活體腎移植的現狀與思考》顯示，我國透析患者在過去10年不斷增加。但移植數量趕不上新增患者需求，2019年全國腎臟移植受者共12,124人。另一項調查顯示，在我國終末期腎病患者中，能接受腎移植的比例不足實際需求2%。

　　美國是器官移植大國，現有10餘萬人在等待腎源，每天約有13人在等待中逝去。今年7月中旬，美國紐約大學朗格健康中心給一位腦死亡者植入“基因編輯豬”的腎臟。該枚豬腎植入人體後的觀察期長達61天，創下全球“最長存活”紀錄。

　　圖片來源於Cell Press

　　基因編輯+培育，養出嵌合胚胎

　　“我們花了5年時間。”在本次廣州健康院研究中，通訊作者之一、該院研究員Miguel Esteban如是告訴媒體。

　　據報道，該研究有一系列關鍵步驟。首先，研究小組對單細胞豬胚胎進行基因編輯，敲除兩個形成腎臟所必需的基因。通俗理解，就是讓實驗豬先天“缺腎”。研究小組將這種生態位缺乏，形容為“巢/空位”（niche）。按照研究設計，人源供體細胞會“植入巢中”、填充空缺，從而長出人源細胞發育成的腎臟。

　　其次，研究小組利用人類成體細胞，分化、形成誘導性多能幹細胞（iPSC）。理論上，此類細胞能分化成任一細胞類型。研究小組對iPSC也做了基因改造，暫時關閉凋亡功能，使其更易和異種細胞嵌合。

　　再次，在豬胚胎髮育至桑葚胚、早期囊胚時期，注入一定數量的人源供體細胞，構建出嵌合胚胎。然後，將之養在等比例混合的胚胎培養基和幹細胞培養基中，以同時滋養人源細胞和豬細胞。

　　培養24小時後，嵌合胚胎被植入代孕母豬體內。按照《細胞·幹細胞》文章，共13只代孕母豬、植入1820個胚胎。

　　基於倫理規定及國際慣例，代孕豬在胎齡3-4周時終止妊娠。研究小組收集5只嵌合豬胚胎，包括2枚植入後25天的和3枚植入後28天的。分析顯示，嵌合胚胎的腎臟均進入發育第二階段，即“中腎期”。其發育階段結構正常，形成腎小管和細胞芽。假以時日，後者將發育成連接腎臟和膀胱的輸尿管。

　　針對特定基因的免疫熒光染色結果表明，在這些嵌合胚胎的中腎內，人源細胞佔比最高可達70%；人源細胞參與形成的中腎小管佔比最高達58%。這是過往同類研究沒有達到過的高水平。

　　人-動物嵌合體難在哪兒？

　　數十年前，科學家們就開始在實驗室裏創造嵌合胚胎。1984年，《自然》報道英國團隊培育出山羊-綿羊嵌合體。它被命名為“geep”（goat和sheep的結合）。

　　2010年，日本科學家成功培育出小鼠-大鼠嵌合體，在小鼠體內嵌合產生大鼠細胞來源的胰腺。後者能在小鼠體內行使生理功能，將小鼠血糖維持在正常範圍內。

　　2021年4月15日，一支中美聯合團隊在《細胞》發文，稱在體外培養出人-猴嵌合體胚胎。美國《連線》雜誌揭秘，更早的人-猴嵌合體胚胎或能追溯至2017年，由中、美、西班牙學者共同完成。

　　人-豬嵌合體胚胎也有先例。2017年，時任美國加州索爾克生物研究所研究員的吳軍攜團隊，完成了全球首例。最終結果顯示，人-豬嵌合體胚胎的異種嵌合率不高，約每10萬個豬細胞中有1個人源細胞。不同組織和器官的嵌合度存在差異，比如心臟和肌肉嵌合度要高於其他組織。

　　其中原因多樣。包括異種細胞發育快慢不一致，可能存在你死我活的競爭關係。人與豬在進化關係上相距較遠，後者細胞的競爭力就遠勝人源細胞，導致嵌合體中的人源細胞迅速死亡。有時，人源幹細胞的分化能力不足，在異種動物胚胎內也會出現生存能力低下。

　　此外，器官需要發育空間。“如果已經有個腎臟，很難再長出個新的，沒有地方。”《連線》援引美國加州大學戴維斯分校幹細胞生物學家Paul Knoepfler發言表示。

　　吳軍現供職於美國得克薩斯大學達拉斯西南醫學中心分子生物學系。他表示，廣州健康院研究突破上述瓶頸，提高了人源細胞的競爭力，“在異種胚胎中佔比約60%，是很了不起的。”

　　養出“異種人器官”，仍很遙遠

　　廣州健康院在相關新聞裏指出，選擇培育腎臟，因為它是最早發育的器官之一，也是人類醫學中最常見的移植器官。

　　“通過該途徑獲得的人源化器官不僅具有更全面的細胞類型和更完善的器官結構、功能，而且由於供體細胞來源於患者自體，將有效避免異種器官或同種異體器官移植中存在的免疫排斥等問題。”另一通訊作者、廣州健康院研究員賴良學表示。

　　潘登科多年從事異種器官移植方向基因工程豬研究，其工作重點就是基因編輯改造，以降低移植物排斥反應。“我和賴教授的研究或能有效結合，從多個路徑解決移植器官短缺問題。”

　　潘登科介紹，如今，基因編輯的針對性越來越強，已經能非常好地克服異種器官移植的排斥反應。

　　基因編輯豬的養殖理念和技術也不斷優化。潘登科等人在四川內江建設了一個基因編輯豬的生物安全設施。經過病原微生物篩選、剖腹產等方式淨化豬表面的微生物，可以做到“超潔淨級豬”。全球現已完成多例基因編輯豬的供體器官移植，通過淨化飼養可以解決病原微生物跨物種傳播。

　　潘登科認為，在基因編輯低免疫原性豬的基礎上，可以完成人源細胞嵌合。由此培育出有一定人源細胞嵌合的排斥反應小、生理功能更加匹配的人源器官。

　　這一漫長的科研征程存在一系列待突破、解決的難題。首當其衝的是複雜的倫理困境。

　　一方面，在動物體內培育人器官，那人源細胞在其中所佔比例是關鍵參數。在廣州健康院的研究中，豬胚胎的腎臟由50%-60%的人源細胞組成。這枚腎臟若繼續發育，或會形成豬血管，植入人體會引起排異反應。

　　另一方面，人源細胞在動物胚胎中佔較高比例，可能會在發育過程中參與到其他器官發育中，如神經系統或生殖系統等。廣州健康院研究觀察到，極少量人源細胞進入豬胚胎的大腦和脊髓，在生殖嵴中沒有看到。

　　《科技日報》過往報道指出，生殖細胞和神經細胞是人-動物嵌合體的倫理界限。人們不希望嵌合後的動物體內有人源生殖細胞和神經細胞，尤其是嵌合體的大腦不能來源於人類。

　　潘登科告訴“醫學界”，上述擔憂將來可以通過技術解決。“我們能植入某個基因限定細胞特殊分化，一旦人源細胞進入神經或生殖系統，相關基因就會啓動自殺程序。”

　　廣州健康院也表示，敲除人類多能幹細胞中的更多基因，能進一步防止這種情況發生。未來研究或將就此展開測試。

　　還要注意的一點是，截至目前的人-動物嵌合體研究都處於發育早期，能否繼續正常發育、具備與人器官相似的功能性，尚未可知。潘登科指出，這是國家倫理要求，人源早期幹細胞在異種之間的培育不能超過28天。在這個時間範圍內，僅能看到初具器官的胎兒。

　　日本已經邁出關鍵性一步。2019年，該國修訂法案，允許人-鼠嵌合體足月出生。根據《自然》文章報道，這種嵌合鼠的胰腺將由人源細胞發育組成。根據《中華移植雜誌》2019年的一篇文章，日本器官移植來源短缺問題甚於中國，這是促使其大力研究異種嵌合來源器官的一大原因。

　　廣州健康院官網信息顯示，研究小組優化了在人-豬嵌合體中生長人源腎臟的條件，未來希望能讓腎臟發育更長時間。他們還計劃在豬身上，培育心臟和胰腺等其他人源器官。