原創(chuàng) 燕小六 醫(yī)學(xué)界
代表異種移植的門已經(jīng)進(jìn)一步打開，異種心臟移植安全性、功能一致性和免疫排斥等關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題解決了。
撰文 | 燕小六
來(lái)源 | “醫(yī)學(xué)界”公眾號(hào)
近日，全球首例豬心移植人體成功，轟動(dòng)醫(yī)學(xué)界。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月12日，該名患者、57歲的大衛(wèi)·貝內(nèi)特（David Bennett）成功撤掉體外膜肺氧合設(shè)備（ECMO）。
因終末期心衰，他在美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心（UMMC）接受治療，此前已帶機(jī)生存45天。（更多內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊）
據(jù)報(bào)道，1月7日完成移植手術(shù)至今，貝內(nèi)特情況穩(wěn)定，未出現(xiàn)超急性免疫排斥反應(yīng)，現(xiàn)已能自主呼吸、小聲說(shuō)話。
“國(guó)內(nèi)對(duì)此有很多討論，但熟悉異種移植的醫(yī)師不多，覺(jué)得它令人興奮又距離臨床遙遠(yuǎn)?！敝心洗髮W(xué)湘雅三醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱湘雅三醫(yī)院）首席專家、湖南省異種移植工程技術(shù)研究中心主任王維告訴“醫(yī)學(xué)界”，UMMC事件代表異種移植的門已經(jīng)進(jìn)一步打開，異種心臟移植安全性、功能一致性和免疫排斥等關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題解決了。剩下的就是檢驗(yàn)中長(zhǎng)期效果。
圖片說(shuō)明：當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月12日，大衛(wèi)·貝內(nèi)特（David Bennett，中）的兒子（左）到醫(yī)院看望父親。/University of Maryland Medical Center
異種移植，
何時(shí)能說(shuō)“成功了”？
過(guò)去幾十年，全球醫(yī)學(xué)界一直在探索異種移植的可能，包括將動(dòng)物的器官、組織、細(xì)胞等移植到人體內(nèi)。
胰島是異種移植中最先成功的。王維告訴“醫(yī)學(xué)界”，和心臟、腎臟等實(shí)質(zhì)性器官不同，異種胰島移植后沒(méi)有超急性排異反應(yīng)。
對(duì)于大部分器官，超急性排斥反應(yīng)是物種保持種系延續(xù)的天然防御機(jī)制。
比如，豬的血管內(nèi)皮細(xì)胞有一種名為alpha-gal的糖蛋白分子。包括人在內(nèi)的靈長(zhǎng)目生物體內(nèi)則存在一種抗體，會(huì)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(yīng)一般發(fā)生在術(shù)后48小時(shí)內(nèi)。過(guò)去，學(xué)界研究了一些藥物，試圖控制和處理這一情況，都沒(méi)成功。
而此次豬心移植，術(shù)后近1周都未發(fā)生超急性免疫反應(yīng)。王維認(rèn)為，說(shuō)明我們或已經(jīng)有效地掃除了異種移植的巨大屏障。
成熟的基因編輯技術(shù)是關(guān)鍵?！拔覀兛梢郧贸囟ɑ?，讓豬的血管內(nèi)壁不產(chǎn)生alpha-gal糖蛋白分子?！?/span>
上世紀(jì)末，基因編輯理論成形。此后，科學(xué)界做了大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，包括美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院研究人員將轉(zhuǎn)基因豬的心臟，和實(shí)驗(yàn)狒狒的一根主動(dòng)脈分支吻合。這顆“部分連接”的心臟存活900多天。
在原位心臟移植的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)基因豬的心臟能完全取代狒狒心臟，存活接近1年。
轉(zhuǎn)基因豬的腎移植也取得較好結(jié)果。2021年10月，美國(guó)紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心移植研究所將一顆轉(zhuǎn)基因豬腎，移植給一名腦死亡患者，隨后54小時(shí)未觀察到超急性排異反應(yīng)，并表現(xiàn)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(shí)清醒的人。
患者清楚異種移植是活下去的唯一希望，而手術(shù)也獲得美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）基于擴(kuò)大準(zhǔn)入（同情使用）條款的“緊急授權(quán)”。
美國(guó)紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心生物倫理學(xué)系主任亞瑟·卡普蘭（Arthur L. Caplan）接受采訪稱，結(jié)果仍不確定的?！霸谖磥?lái)幾周內(nèi)，貝內(nèi)特仍有發(fā)生免疫排斥反應(yīng)和病毒感染的風(fēng)險(xiǎn)?！?/span>
王維表示，評(píng)判異種器官移植給人的手術(shù)是否“成功”，要看兩大指標(biāo)。
第一，在克服超急性排異反應(yīng)的基礎(chǔ)上，能否控制獲得性免疫的急性排異（包括T細(xì)胞介導(dǎo)的急性排異反應(yīng)）及慢性排異反應(yīng)，獲得長(zhǎng)期生存。這可能在臨床移植后的幾周、幾個(gè)月或幾年內(nèi)發(fā)生，或?qū)е乱浦财鞴賶乃馈?/span>
第二，檢驗(yàn)豬心能否在功能上完全替代人心，承受人體日?；顒?dòng)量。
觀察人體神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否重新掌握對(duì)移植心臟的調(diào)控，是評(píng)判的次要指標(biāo)之一。在人體神經(jīng)-體液調(diào)控因子作用下，運(yùn)動(dòng)和激動(dòng)時(shí)心率加快，睡覺(jué)時(shí)心率減慢。但移植心臟由心肌自主控制，會(huì)在一定程度上脫離上述調(diào)控系統(tǒng)。
根據(jù)國(guó)際異種移植指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)，異種移植臨床試驗(yàn)的目標(biāo)是“永久性替換原有器官，必須有超過(guò)50%的受體生存時(shí)間長(zhǎng)于6個(gè)月”。
就此看，心臟異種移植技術(shù)已經(jīng)獲得革命性突破，但依然走在趨于成熟的路上，是否可以進(jìn)一步造福眾生還需要觀察和研究。
圖片說(shuō)明：貝內(nèi)特（左3）和家人合影，資料圖。/AP
跨物種感染關(guān)已解決
國(guó)內(nèi)，在異種移植研究這條路上，王維砥礪前行20余年。
中國(guó)是全球最早成功開展豬胰島細(xì)胞人體移植治療糖尿病的國(guó)家之一。早在1999年，王維就攜湘雅三醫(yī)院團(tuán)隊(duì)獲得原國(guó)家衛(wèi)生部批準(zhǔn)，開始進(jìn)行豬胰島人體移植的Ⅰ期臨床研究。他們用6年時(shí)間，做了22例1型糖尿病患者，證實(shí)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(wèi)生組織（WHO）主導(dǎo)的“第一屆全球異種移植臨床研究規(guī)范研討會(huì)”，在我國(guó)長(zhǎng)沙召開。該次會(huì)議以王維團(tuán)隊(duì)成果為參考，擬定、發(fā)布世界首個(gè)異種移植綱領(lǐng)性文件《長(zhǎng)沙宣言》。
4年后，王維團(tuán)隊(duì)依據(jù)《長(zhǎng)沙宣言》和我國(guó)原衛(wèi)生部相關(guān)規(guī)定，建立異種移植專用的“無(wú)指定病原體豬（DPF豬）”，啟動(dòng)Ⅱ期臨床，涉及10例1型糖尿病病人。結(jié)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(guī)范，“豬是目前唯一允許臨床研究的異種移植供體動(dòng)物……臨床研究必須使用DPF豬作為供體”。
一方面，這是因?yàn)樨i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(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院心外科副主任醫(yī)師周密告訴“醫(yī)學(xué)界”，其所在團(tuán)隊(duì)以豬為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，做過(guò)不少手術(shù)。
“豬心和人心的解剖結(jié)構(gòu)基本一致，僅角度有所不同，人心偏左側(cè)，心尖朝左下方，豬心臟在胸骨正后方、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(dòng)力學(xué)相近。豬心若和人體吻合，沒(méi)有特殊的技術(shù)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臟移植（就是通常意義的心臟移植）中也很常見(jiàn)，因此外科有一些縫合技巧，足以把供體心臟修整到‘匹配’?！?/span>
周密指出，從現(xiàn)有的同種異體心臟移植看，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(guò)往豬的壽命受到人為干預(yù)，但四川“豬堅(jiān)強(qiáng)”活到十幾歲。因此，移植豬心的使用年限或和人來(lái)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?zhèn)魅镜募膊∠鄬?duì)較少。比如，豬不會(huì)感染人類的肝炎病毒、禽流感病毒、HIV病毒（艾滋?。┑燃膊?，也不會(huì)發(fā)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(méi)有。依舊存在各種潛在的外源性和內(nèi)源性感染風(fēng)險(xiǎn)。
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(yàn)。
通過(guò)高度屏障環(huán)境下培育DPF豬，成為排除外源性感染因素的有效手段。中國(guó)在這一領(lǐng)域提供成功的技術(shù)和范例。2012年底，中國(guó)長(zhǎng)沙建成亞洲第一、全球第二家醫(yī)用級(jí)（DPF）供體豬培育中心。
中國(guó)相關(guān)努力還得到WHO和國(guó)際異種移植協(xié)會(huì)（IXA）認(rèn)同，被寫入國(guó)際異種移植臨床研究規(guī)范“The 2018 Changsha Communique”。
內(nèi)源性感染風(fēng)險(xiǎn)，在于豬的基因組中有一些正常存在的豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV-C）序列。這在豬身上不會(huì)表達(dá)出毒性。但當(dāng)豬的細(xì)胞和人的細(xì)胞接觸，PERV-C序列存在轉(zhuǎn)移或交換到人的基因組中的風(fēng)險(xiǎn)。
王維想到的解決方案是“篩選法”。他堅(jiān)信，肯定存在體內(nèi)無(wú)PERV-C的豬種，只是需要刻意尋找。
團(tuán)隊(duì)曾到過(guò)十幾個(gè)省區(qū)偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村，篩查幾十類豬源1萬(wàn)多份樣本。最終，團(tuán)隊(duì)錨定一個(gè)豬種，再通過(guò)近交培育，養(yǎng)出一個(gè)遺傳表型穩(wěn)定且PERV-C完全缺失的豬種。它被命名為“異種一號(hào)”（xeno-1）。
而后，團(tuán)隊(duì)按照《長(zhǎng)沙宣言》的“無(wú)指定病原體豬（DPF）”標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行培育。整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程不用抗生素，不打疫苗，全靠空氣、水、飲食等形成保護(hù)屏障，嚴(yán)格切斷所有傳染源。
相比王維，歐美的培育方法更“時(shí)髦”。2020年9月21日，《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》發(fā)文，介紹利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)，培育出“豬3.0”。
“豬3.0”有13個(gè)獨(dú)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(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)全基因組滅活、剔除基因組里的PERV，消除病毒傳播的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
基因編輯的成就和隱憂
王維曾坦言，“豬3.0”的基因修飾點(diǎn)位過(guò)多。
在2018年的WHO會(huì)議上，世界專家們?cè)_(dá)成共識(shí)，如果要使用基因編輯技術(shù)對(duì)異種器官移植來(lái)源進(jìn)行修飾，修飾基因點(diǎn)位控制在盡可能少的范圍內(nèi)，比較穩(wěn)妥。
“在缺乏充足生物安全證據(jù)以前，基因編輯上限不超過(guò)15個(gè)，安全性要放在有效性之前?！蓖蹙S解釋。
在貝內(nèi)特移植的豬心臟上，研究人員完成10處基因編輯。敲除豬體內(nèi)3個(gè)會(huì)導(dǎo)致人體超急性排異反應(yīng)的基因，轉(zhuǎn)入6個(gè)幫助人體免疫系統(tǒng)接受豬器官的基因。為防止豬心過(guò)度生長(zhǎng)，還敲除1個(gè)生長(zhǎng)基因。
王維表示，尚不清楚具體被修飾的基因位點(diǎn)，可能包括促進(jìn)豬心分泌免疫調(diào)節(jié)蛋白、阻斷T細(xì)胞激活的基因。
術(shù)后，貝內(nèi)特仍需要使用抗排異藥物。“如果通過(guò)基因編輯、完全不用抗排異藥，相當(dāng)于人體內(nèi)有一個(gè)抗排異藥生產(chǎn)車間。萬(wàn)一出現(xiàn)機(jī)體發(fā)生變化、免疫抑制成為健康問(wèn)題，機(jī)體自帶的抗免疫排異蛋白分泌功能就會(huì)有害?！蓖蹙S解釋。
過(guò)多編輯基因，還可能帶來(lái)新的風(fēng)險(xiǎn)。其中之一源自CRISPR-Cas9技術(shù)自帶的“脫靶效應(yīng)”，通俗理解就是“在錯(cuò)誤的位置剪切”。編輯越多，或差錯(cuò)越多。
這可能破壞細(xì)胞的基本功能，導(dǎo)致3種結(jié)果。最好的情況是細(xì)胞死亡，不再往下遺傳。第二種是致嚴(yán)重畸形，或基因表型出現(xiàn)差異，這樣的培育豬會(huì)被淘汰。
學(xué)界最擔(dān)心第3種情況：誘發(fā)惡性腫瘤。所以，基因編輯豬必須經(jīng)過(guò)多代繁衍，以統(tǒng)計(jì)個(gè)體和種群的基因表型差異，并評(píng)估腫瘤發(fā)生率是否高于周圍種群。
目前，王維的轉(zhuǎn)基因豬已經(jīng)繁衍到第四代，共200多頭。對(duì)100多頭進(jìn)行二代測(cè)序，種群基因型很穩(wěn)定，沒(méi)有惡性腫瘤基因問(wèn)題。最年長(zhǎng)的豬已經(jīng)8歲（相當(dāng)于人類的40歲左右），沒(méi)有顯示腫瘤的發(fā)生。
圖片說(shuō)明：2012年，中國(guó)長(zhǎng)沙建成亞洲第一、全球第二家醫(yī)用級(jí)（DPF）供體豬培育中心。/華聲在線
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（貝內(nèi)特）這樣一個(gè)破天荒的手術(shù)，我?guī)缀跄芟胂笏赡芤鸬膫惱頎?zhēng)議。但我認(rèn)為一旦異種器官移植在技術(shù)上的障礙被徹底攻克，倫理方面的阻力肯定會(huì)被沖散，在必死無(wú)疑和擁有一顆豬心的選擇面前，有幾個(gè)人會(huì)選擇死呢？”外科醫(yī)生、《心外傳奇》作者李清晨撰文表示。
在王維看來(lái)，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?！?008-2018年的10年間，WHO3次召開異種移植臨床研究規(guī)范研討會(huì)，不斷頒布和更新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)去提出的問(wèn)題基本得到落實(shí)，也有了結(jié)論?！?/span>
WHO高度重視并推動(dòng)異種移植，主要原因在于全球供體短缺現(xiàn)狀，而異種移植被認(rèn)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(guó)器官捐獻(xiàn)”主題活動(dòng)上，前衛(wèi)生部部長(zhǎng)黃潔夫表示，我國(guó)每年苦等器官移植的患者約30萬(wàn)人，同期器官移植數(shù)量?jī)H約2萬(wàn)例，“缺口很大”。
另一個(gè)重要原因是“質(zhì)量控制”。人源性供體存在器官質(zhì)量無(wú)法控制等缺點(diǎn)，生物安全性難以保障。器官捐獻(xiàn)者的年齡、身體基礎(chǔ)狀況不同，有些人可能患慢性疾病，或存在某些病毒隱性感染。這些都給接受器官移植的患者帶來(lái)較大的安全性風(fēng)險(xiǎn)。
與之相比，異種器官移植的優(yōu)勢(shì)明顯。通過(guò)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖，嚴(yán)格飲食控制與環(huán)境管理，切斷各類傳染病的傳播途徑，就能獲得高質(zhì)且數(shù)量相對(duì)充足的供體器官。
近年來(lái)，歐洲一些國(guó)家做過(guò)投票調(diào)查。不管家中是否有患者，民眾普遍表示“接受異種器官移植”。
李清晨告訴“醫(yī)學(xué)界”，普通人排斥異種移植，可能跟一些古老觀念有關(guān)。比如，心可能代表情感、情緒乃至靈魂。但從科學(xué)角度，心臟這一器官就是一個(gè)肌肉泵。
“事實(shí)上，同種器官移植對(duì)于供體家屬來(lái)說(shuō)，做出捐獻(xiàn)決定是一個(gè)不小的折磨。而如果未來(lái)異種移植或人工器官技術(shù)能走向成熟，反而能解決一部分倫理問(wèn)題?！?/span>
“心臟移植物替代研究從一開始就分成兩個(gè)方向，一個(gè)是機(jī)械方向，一個(gè)是生物方向。前者的成果就是心室輔助裝置，媒體和民眾喜歡稱之為‘人工心臟’。植入人體后，我們不會(huì)說(shuō)人就變成機(jī)器人了。同理，把一個(gè)生物學(xué)方法制備的心臟植入人體，人也不會(huì)變成動(dòng)物?！敝苊鼙硎?。
王維解釋，人的意識(shí)是由大腦決定的。移植器官無(wú)法分泌出任何可以影響大腦思維方式的物質(zhì)?！坝行┤嗽谝浦埠?，可能出現(xiàn)情緒、情感變化。這或是移植手術(shù)、個(gè)人深入思考所導(dǎo)致的，就像部分上過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)的士兵會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙一樣?！?/span>
王維進(jìn)一步解釋，異種移植不會(huì)影響生殖細(xì)胞，不會(huì)引起人的基因變化，也不存在代際傳遞等問(wèn)題。
“除非出現(xiàn)更好的移植替代物，不然，異種移植將是持續(xù)發(fā)展的新醫(yī)療技術(shù)。”
來(lái)源：醫(yī)學(xué)界
一頭豬如何拯救人類？異種移植已從實(shí)驗(yàn)室走向臨床
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