猪器官移植给人,渐行渐近

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  • 更新时间2018-06-29
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  人类的捐赠器官供不应求极大地限制了器官移植的发展和治病救人,于是人们的目光转向了利用动物,其中,猪是最适合的动物。理论上,一头猪的大多数器官都可以移植给人,包括角膜、皮肤、胰岛、关节、肌腱、韧带、肾脏、心脏、肝脏等。


  现在,经过长期探索,猪的器官移植给人已渐行渐近,而且在局部有所突破,也意味着猪器官移植给人部分成为现实。


  猪眼看世界


  国际爱眼日(6月6日)到来之前,英国广播公司(BBC)以“中国的科学革命”为题,报道了中国在五大科技领域的最新进展,包括天文观察(天眼看星空——FAST望远镜)、生命科学(猪眼看世界——猪角膜移植人体)、中微子探测(寻找奇怪的粒子——大亚湾中微子实验)、深海科考(探险幽深的海洋——彩虹鱼无人潜水器)和航天(飞向浩瀚的太空——载人航天和探月计划)。


  猪角膜(生物工程角膜)移植成为世界顶尖的科学探索之一的原因在于,移植动物器官拯救人类生命、治疗疾病和改善人的健康一直是人类的理想,而且这一理想终于在中国初步实现,在科技史上跨出了历史性的第一步,因角膜受损而失明的人可以通过猪的角膜来看世界。2016年1月和2月,武汉和广州分别报道了成功移植猪角膜——艾欣瞳的病例。艾欣瞳是由中国科学家自主研发、全球首个也是唯一完成临床试验的生物工程角膜。


  2016年2月25日,来自江西的一名14岁少年在广州接受生物工程角膜移植,获得成功。生物工程角膜就是猪角膜,移植后一星期,这位少年的视力已经达到0.1。在移植手术前,孩子的右眼仅有眼前指动,接近于盲人。在随后的康复过程中,孩子的视力有望恢复到0.6。


  用猪眼看世界是因为人的角膜“一膜难求”。在中国,因角膜病变导致的失明患者约500万人,而且仍在进一步增加,也成为中国第二大的致盲原因。但是,每年靠捐赠的人体角膜进行移植的手术不到5000例,也意味着能重见光明的人的比例是千分之一。因此,需要通过其他途径来扩大角膜的获取和使用,猪便成为一个最为适宜的来源。如果猪角膜能广泛使用,意味着在中国全部500万角膜眼盲病人中,有1/3~1/2的患者可以利用这一技术重见光明。此前,人类还打算采用猪的其他器官供移植,如猪的心、肝、肺等。


  猪角膜移植成为现实既让因角膜受损的人可以看清世界,也因为是用猪眼看世界而是朦胧的,因为,现在移植猪角膜后,最好的视力也只能达到1.2。尽管这已经是猪角膜移植的最好效果了,但显然还可以有更好的结果,但这需要更多的探索。


  猪角膜移植给人最需要关注的是,这种异种器官(准确地说是组织)移植之后受者的安全。其实,就这个问题中国研究人员已经付出了足够的努力,并有了充分的准备。


  选取的猪角膜必须通过脱细胞技术完全去除原本附带的细胞,只保留基质胶原本身。剩下的角膜还需要经过钴60的放射性辐照予以严格消毒,以确保一些猪源性疾病不会因为移植而感染人。同时,移植猪角膜还有着严格的适应症,如患者是患有角膜内皮失代偿或者角膜内皮营养不良引起的角膜溃疡患者而需要全层移植的患者并不适合应用该技术。而且,在完成移植手术后,患者需要使用抗排异反应的滴眼液一年以上。


  猪角膜移植不同于争议很大的肿瘤免疫疗法之处在于,前者经过了安全的临床试验,有115名志愿者参加(男性75例、女性40例,年龄在18~75岁,平均年龄54岁)。术后随访复查显示,猪角膜与原来正常角膜结构高度融合,使用安全,最佳视力达到1.2。多中心临床数据也显示,角膜移植后的总有效率高达94.44%,愈后效果接近人体捐赠角膜。因此,2015年4月底,国家食品药品监督管理总局为艾欣瞳颁发了医疗器械注册证书。


  猪的大器官移植还有难度


  现在能把猪的角膜移植给人是一种巨大的进步,但是,角膜不是大的器官,甚至在严格意义上并非器官,而是组织。猪的一些大的器官,如心脏、肝脏等的移植还一直处于试验阶段,而且只是动物试验,没有进入人体试验。尽管如此,现在的一些研究表明,猪的大型器官移植给人也只是时间问题。最令人鼓舞的是猪心移植的试验。


  猪的器官移植给人最大的问题是排异反应,其次是猪器官上面的一些致病原(病原微生物,包括细菌和病毒等)可能导致疾病。针对这些问题,美国研究人员对狒狒进行猪心移植,有了一定的成果。但是,这种移植是间接移植,因为并没有摘除狒狒自身的心脏。


  2016年4月,美国国立卫生研究院(NIH)资助和主持的一项研究表明,把猪心移植给狒狒能长时间保持狒狒的健康生存,最长可达两年多(945天)。以穆希乌丁为首的团队把5个猪的心脏移植到5只狒狒腹部,其中一个心脏在狒狒体内保持了近3年的健康状态。虽然这些数据还不足以说明临床试验的可行性,但是这个结果表明,把猪的大型器官移植给人又前进了一步。


  把猪的大型器官移植给人首先需要解决的问题是免疫排异。当同种异体(人的器官移植)都会发生免疫排异反应时,异种异体(如猪的器官移植给人)更要发生强烈的免疫排异反应,也即移植的器官会受到宿主免疫系统发起的猛烈攻击。


  1993年,匹兹堡大学北美器官移植中心的库珀等人发现,在移植猪的器官后几分钟内,人类免疫系统会启动免疫排异反应,引起人类机体产生抗体,进而导致血栓形成。引起免疫排异的抗原是一种猪器官的细胞表面抗原,即一种糖分子,称为α-1,3-半乳糖,这是器官排异反应的启动因素。α-1,3-半乳糖转移酶是产生这种糖必须的酶,理论上讲,如果抑制这种酶或敲除这种酶的基因就可以避免排异反应。


  2001年,研究人员研发出缺少α-1,3-半乳糖转移酶基因的基因工程猪,但是把这样的猪器官移植给狒狒及其他非人灵长类动物仍然只能让受者存活数月。另外,接受移植的动物需要通过药物抑制免疫系统,避免排斥外源性器官,但同时也使它们易于受到感染。这些研究提示,仅仅敲除猪的某些基因以去除其细胞表面抗原还是不够的,还需要对器官移植的受者给予药物,进行免疫抑制(抑制体内免疫系统的功能)。


  此后,穆希乌丁等人进行了许多靶向药物筛选,希望找到既可以保护移植器官,又不会将受者免疫系统全部破坏的药物。其中最好的是一种能够抗CD40的抗体。此外,研究人员对基因工程猪也做了进一步的改进,除了敲除α-1,3-半乳糖转移酶基因,还添加了两种人类基因,可以帮助抑制血栓的形成,然后把这样的猪心脏移植给5只狒狒。同时,研究人员让这5只狒狒服用能够抗CD40的抗体和血液稀释药物肝素。


  这个试验的另一个特殊之处是,研究人员没有将狒狒自身的心脏摘除,而是将猪心与狒狒腹部的血管相连。这样做的目的是,既可避免进行复杂的心脏手术,同时还可以研究免疫排异反应。此后,为了观察狒狒体内的免疫排异反应,研究人员把抗CD40抗体撤出,结果发现,一旦停止使用抗体,狒狒的免疫系统就开始排斥猪心。其中一只狒狒在停药前进行了一年的免疫抑制,其体内移植的猪心可以在低剂量的药物作用下维持存活,这表明低剂量的免疫抑制药物仍然是有效的,但这也意味着这种移植方法还是需要终生进行免疫抑制。


  而且,这次的移植猪心也是间接的,因为没有摘除狒狒原来的心脏,因此不能确定移植给狒狒的猪心是否有正常功能,以及能否代替狒狒原来的心脏。


  猪器官移植的其他安全问题


  实际上,在猪的器官入选前,人们也考虑过人类的近亲——猴子、黑猩猩或狒狒的器官。但是,尽管与人类是近亲,猴子或狒狒的器官对于人来说也是异种异体器官,此前的移植试验无一例外都失败了。


  1963~1964年,苏联图拉大学的科研小组称,他们将13个黑猩猩的肾移植给了人类。一名23岁的女子接受移植后生存了9个月,这是已知接受异种器官移植存活最长的人类病例。1984年,美国洛马林达大学医学院将一个狒狒的心脏移植给了一个患有严重心脏病的新生儿,后者只存活了20天。


  即便灵长类动物的器官能移植给人,安全问题也让人担心。例如,猴子体内潜藏着诸如埃博拉、马堡猴病毒和猴免疫缺陷病毒(SIV),人的艾滋病病毒就来源于猴免疫缺陷病毒,将猴子的器官移植给人也可能引发额外的疾病。


  把猪的器官移植给人也有这种担忧,因为猪身上的内源性逆转录病毒(PERV)就可能让人致病,这种病毒是嵌在猪细胞内基因组中的病毒,在猪身体里不会有毒性。但当猪的细胞和人的细胞接触时,这种病毒会从猪的基因组转移到人的基因组中。因此,内源性逆转录病毒成为人体移植利用猪器官面临的一个重大医疗风险。


  为了解决这个问题,美国哈佛大学的杨璐菡带领10个人的科研团队,利用新的基因剪刀CRISPR-Cas9,剔除了猪基因组中可能的致病基因。


  大多数的基因改造都是在一个基因层面上的修改,而一个猪细胞内有62个拷贝的内源性逆转录病毒基因需要修改,并且必须保持基因组的完整性。采用CRISPR-Cas9基因剪刀剪除猪细胞基因组中的内源性逆转录病毒基因后,再把改造后的猪细胞和人细胞一起培养,结果发现猪病毒侵染率下降到了以前的千分之一。


  虽然利用基因剪刀还不能完全切除猪的内源性逆转录病毒基因,但已经能剪除绝大部分内源性逆转录病毒基因了。这也意味着,采用安全的猪器官供人类移植又向前迈出了一步。


  当然,对于猪器官的利用还有其他的探索方向。2014年,美国的联合治疗公司与一家生物技术公司合作成立了一个5000万美元的合成基因组学(SGI)项目,SGI不是简单地敲除抗原基因,而是结合组织工程学,以特别的方式回避免疫排斥,如以猪细胞产生的表面受体作为分子海绵,吸收会攻击器官的人类免疫信号分子。同时,该公司的研究人员还计划在猪的胚胎上改变细胞表面抗原的20多个基因,孕育不能诱发人的免疫反应的猪,并用这样的猪器官来进行移植。但是,这些尝试都还需要时间。


  另一方面,即便现在的猪角膜可以移植给人使用,也面临着质量和安全问题。由于不是人的角膜,对人移植的猪角膜质量当然达不到捐赠的人角膜的效果,而且,由于有适应症,并非所有因角膜损坏的人都可以移植猪角膜,最多只有一半的因角膜病变而失明的人可以移植猪角膜。


  用猪角膜移植的安全性和伦理问题还需要完善,因为目前中国在猪角膜移植为代表的动物器官移植方面动作太快,没有足够的风险和伦理评估,涉及伦理问题的还有干细胞研究、克隆、编辑人类胚胎基因等重大和顶尖科研项目。


  作者:王晓冰