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异种移植来了

来源:财新网 作者: 2012-7-18
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摘要: 中国每年有近150万名患者等待接受器官移植手术,但最终能够得到供体并接受移植的病人不足1万人。巨大的器官缺口,让许多患者不得不在等待供体的过程中耗尽生命。现在,科学家找到了另外一种解决供体短缺的方法——从动物身上获取健康的器官、组织或细胞,并将其移植到人体身上。这被称为异种移植。...


  中国每年有近150万名患者等待接受器官移植手术,但最终能够得到供体并接受移植的病人不足1万人。巨大的器官缺口,让许多患者不得不在等待供体的过程中耗尽生命。

  现在,科学家找到了另外一种解决供体短缺的方法——从动物身上获取健康的器官、组织或细胞,并将其移植到人体身上。这被称为异种移植。

  2012年5月24日,美国一家上市公司与南京市江宁高新园签署协议,该公司将投资1亿美元建设中国首家大型超洁净猪饲养设施,把转基因敲除猪从实验室扩展到养殖基地,并兴建研发平台等配套设施。根据规划,该基地将与明德医院(由南京医科大学与江宁区政府合建)合作,形成从分子克隆到基地饲养,再到临床移植的一体化产业链。

  通过对猪敲除特定基因,人体将可以克服既往异种移植带来的不良反应。人类器官移植可能打开一条新通道。

  实际上,参与这一项目的南京医科大学异种移植重点实验室主任戴一凡及其团队,已培育出适宜异种器官移植的动物供体转基因敲除猪,并在狒狒等大动物身上获得较好效果。

  若这种转基因敲除猪进行异种器官移植技术获批临床应用资格,就意味着器官移植告别单一人体供体时代。繁殖能力强、生长速度快、可在超洁净环境下规模化养殖的转基因敲除猪将为焦急等待器官移植手术的患者提供安全、有效的供体器官。

基因敲除猪

  从全球范围内看,器官移植的供体短缺导致业已成熟的器官移植手术无法让更多患者受益。即便在建设有相对完善的“联合器官共享网络”的美国,仍有约三分之一的病人无法在死神到来前得到供体。

  受传统观念所限,中国人对器官捐赠的接受度仍处于较低水平,器官供体的短缺,催生了地下器官交易产业链。

  考虑到人造器官的高昂造价,从动物身上获取健康器官进行异种移植,便成为世界科学家的主要研究方向。“肝脏移植之父”、美国匹兹堡大学教授托马斯·斯特拉(Thomas Strarzl)就曾预测,器官移植的最终发展趋势将是逐渐走向使用动物器官。

  不过,异种移植首先要克服超急性排斥反应。20世纪初,各国科学家尝试用兔子、猪、羊、猴等动物的肾脏、胰腺、肝脏等,为器官衰竭的病者进行移植手术。然而,由于人体免疫系统对异种器官产生的超急性排斥反应,被移植的动物器官往往在几分钟至数小时内,出现血栓、水肿等现象,并最终坏死。

  随后的研究发现,移植猪器官时所出现的超急性排斥反应,主要源自猪体内的α1,3半乳糖分子(α-GAL)与人体体内抗体和补体联合产生的剧烈排斥反应。而α-GAL的表达又受α 1,3半乳糖转移酶 (α-GT)的控制。

  因此,寻找一种不会产生超急性排斥反应的动物供体,成为异种器官移植研究的重要内容。为此,科学家使用了各种方式,如进行血浆置换、免疫吸附、注射α-GAL以中和抗体、使用转基因技术抑制补体、修饰α-GAL等,但效果并不尽如人意。

  转机出现在1996年世界首只克隆羊多莉诞生之后。克隆技术让科学家看到敲除猪体内α-GT基因的可能性。

  2000年,时任美国Revivicor公司分子生物实验室主任的戴一凡及其团队,在美国培育出世界首只克隆猪。两年后,在克隆猪的基础上,戴一凡团队利用分子生物学同源重组的方法,成功敲除猪体内的α-GT基因,培育出首批共五只基因敲除猪。

  第一代敲除猪因不再含有α-GT基因,从理论上看,在人体身上使用其体内的脏器进行器官移植时,将不再发生超急性排斥反应。

  随后的大动物实验表明,接受基因敲除猪肾脏移植的狒狒可以存活两个星期;而使用普通猪肾脏的狒狒只能存活不到两个小时。基因敲除猪基本解决了异种移植的超急性排斥反应。

猪器官“人源化”

  解决超急性排斥反应后,戴一凡团队开始面对下一步的问题——其急慢性排斥反应。后者包括人体自身的免疫排斥反应、凝血不匹配引发的凝血反应、血管内皮细胞破坏等。

  自基因敲除猪2002年诞生以来,戴一凡及其团队又花了近十年时间解决后续排斥问题,目前已解决一部分问题。戴一凡介绍,在基因敲除猪的基础上,研究团队对猪基因组进行进一步修饰,如增加抗补体基因、抗凝血基因等,研发出第二代敲除猪——转基因敲除猪。

  “我们现在在敲除α-GT的基础上,再增加一到两个转基因,马上要做三个转基因了。每个基因都有不同的功能,针对不同的反应。”戴一凡说。

  从大动物试验的反馈效果看,转基因敲除猪的效果良好,在适量的免疫条件下,未发生排斥反应。

  试验结果显示,在敲除α-GT的基础上实现一个转基因的猪心脏,可以在猴子体内存活半年,胰岛可存活400天,肾脏可存活超过80天。大动物试验的存活时间记录,被不断刷新。

  戴一凡告诉财新记者:“好比O型血的人可以给所有人输血一样,排斥基因被敲除掉的猪器官可视为‘O’型器官,可以移植给任何人,且基本不发生超急性排斥反应。”

  不过,由于不同脏器的反应状况不同,移植难度也有所差异,肝脏和肾脏的移植效果目前仍有待改进。

  目前,转基因敲除猪的肝脏在猴子身上的抗排斥反应效果比较好。但试验发现,器官移植后,猴子的血小板被猪肝脏“全部吃掉”,猴子一直出血,最后死于出血。

  戴一凡指出,肝脏的问题其实并不难解决,只要找出问题的原因,对相应的基因进行修饰即可。

  “如果顺利,胰岛和肝脏很快就可以结束实验室阶段,进入人体临床试验阶段。”戴一凡说。

  随着研究的进一步深入,第三代敲除猪将有可能向“人源化”“个体化”方向发展。

  所谓“人源化”,就是将干细胞技术与克隆技术结合起来,在猪的体内生长出特定的人体器官。

  在日本,这项技术已在小鼠身上实验成功。研究人员将大鼠干细胞注入已被敲除PDX-1基因的小鼠早期胚胎,在小鼠发育过程中,大鼠干细胞内的PDX-1基因发挥作用,发育出完全由大鼠细胞形成的胰腺。类似的方法,也可以在猪身上实现。

  在实现“人源化”的基础上,转基因敲除猪将有可能实现“个体化”。利用技术相对成熟的诱导性多功能干细胞(iPS)技术,可以把一个人的皮肤细胞制作成诱导性多功能干细胞打到猪体内,定向生长出与干细胞提供者完全匹配的人体器官。

不可忽视的风险

  虽然日臻成熟的异种器官移植技术在大动物试验和临床试验上的表现令人欣喜,但当人们评价这些治疗的安全性和有效性时,答案依旧是模糊的。而且,除“超急性排斥反应”等免疫排斥问题之外,异种器官移植还面临着跨物种感染的风险。

  据统计,人类历史上造成严重影响的传染病中,近七成起源于动物。无论是曾在中世纪毁灭数千万欧洲人的黑死病、2003年肆虐中国的SARS病毒,还是世纪灾难艾滋病,都是由动物传染给人的。通常情况下,这些动物体内携带的病毒并不具备跨物种传染的条件,但异种移植无疑增加了病毒传播的风险。

  基于伦理和安全考虑,与人类最为接近的灵长类动物已被禁止作为异种器官移植的供体,与人体器官形状、大小相似,繁殖能力强,生长周期短的猪因之成为首选。

  目前已知猪体内携带的人兽互传的微生物达18种,此外还有一些其它的细菌和寄生虫。虽然在猪的培育过程中,上述病原体可通过一定技术流程加以控制并排除,但猪体内的内源性逆转录病毒(PERV)依旧给异种移植造成不小的安全风险。

  现在,人们已知猪身上存在有至少三种PERV,它们对猪无害,但相关研究表明,至少有两种PERV的变体可以在体外感染人的细胞和细胞系。由于PERV存在于每一只猪的每一个细胞中,并散布在猪的诸多基因之中,目前的技术还无法做到像处理α-GAL一样将之从猪体内完全去除。

  2004年,美国疾病控制中心组织专家组对160名接受猪活细胞移植的患者进行检查,确认无一人感染PERV。尽管过去多年的大动物实验及其他人体试验均未发现受体感染PERV病毒的案例,一些研究者认为PERV不会对人体产生影响。不过,考虑到病毒感染的潜伏期和体内突变的可能性,仍有研究者建议对异种移植持谨慎态度。

  卫生部医学伦理专家委员会委员邱仁宗告诉财新记者,考虑到异种移植潜在风险未排除,应对异种移植持“有罪推定”原则。在证明异种移植“无辜”以前,人体临床试验应该暂时停止。

  2008年11月,世界卫生组织在中国长沙召开针对异种移植临床试验管理的全球首次协商会议,来自全球近20个国家的医学专家对异种移植临床研究规范进行研讨,并于会后发布《长沙公报》,为世界卫生组织成员国进行异种移植临床研究的伦理规范和指导标准。

  《长沙公报》明确指出:“异种移植是一个复杂的程序,它有风险,包括排斥移植物、移植物功能不全,传播疾病给受体。有发展严重的或新的感染的风险,不仅感染受体,而且感染密切接触者或更广泛的人群或动物群。”

  《长沙公报》要求,有关机构应储存试验参与者治疗前后的相关样本,并对病人及其密切接触者进行终身随访。由于可能对社会有传染风险,必须有异种移植警戒和偶发事件监测系统,以便遏制和对付传染的暴发。此外,必须建立对异种移植物进行监督、管理的全球系统,为国家提供支持,协调异种移植警戒,对疑似传染进行监测和应对。

进入临床至少还要四年

  国际上已在异种器官移植领域摸索多年,国内的研究却几近空白。

  2006年以来,天津医科大学第二医院、华中科技大学附属同济医院、四川大学华西医院及中南大学湘雅医学院陆续进行了一些异种移植实验。这些实验多以野生猪的胰岛移植为主,而胰岛本身缺乏α-Gal抗原,免疫排斥较弱。尽管如此,手术效果并不是十分理想。

  由于国内此前缺少对异种移植临床研究的相关规范,其中一些手术还越过大动物实验、跨越审批流程,使用野生猪胰岛进行人体临床试验,在国内外引发伦理讨论。

  2011年,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所宣布获得GGTA 1基因(即α-GT)敲除的猪胎儿,“为培育适于人类器官移植的GGTA 1基因敲除猪提供了可能。”

  这是国内此前惟一进行基因敲除猪研究的团队。也在2011年,在戴一凡的牵线搭桥下,南京医科大学与相关专利持有公司签订使用协议,将国际领先的“转基因敲除猪”引入国内。2011年8月,首批共八只转基因敲除猪,在国内培育成功。

  当时,戴一凡已从美国回到南京,并在南京医科大学建立了异种移植重点实验室。同他一道回国的,还有美国匹兹堡大学的另外四名教授。

  目前,戴一凡与其美国团队已研究出至少六七种不同的转基因敲除猪,其中几种也将引入国内。戴一凡估计,至少需要做出带有数个基因的转基因敲除猪,才能为不同的移植器官培育出具有特定功能的转基因敲除猪。

  不过,戴一凡和团队在国内也遇到了不少困难。由于国内没有符合美国食品和药品管理局(FDA)要求的无指定病原体的超洁净猪舍,暂时无法培育出符合临床试验要求的供体猪,导致诸如胰岛移植这样技术已比较成熟的异种移植手术,迟迟无法进入临床试验。此外,由于国内此前没有做过异种移植的大动物实验,找不到试验所需的受体狒狒,大动物实验也只得暂时搁浅。

  戴一凡表示,南京的异种器官移植中心最终建成至少还需三年时间,培育出符合临床试验要求的转基因敲除猪还需要两年时间。即便在批文、审核都顺利通过的理想条件下,在国内开展人体临床试验也要在四年之后。不过,在此期间,新的转基因敲除猪、免疫抑制剂以及异种免疫调控研究也将有所突破。

  “国家现在已经把异种移植放入未来十年的再生医学发展规划。异种移植要发展,也必须得到国家层面的支持。”戴一凡说。


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