將一頭基因改造豬的腎臟連接到一位病人腹部外腿部的血管上，54 小時後撤下，其間豬腎過濾廢物和排泄尿液的功能正常，沒有產生排異反應——這是不久前，紐約大學醫學院朗格醫療中心的醫生所做的醫學實驗。醫生表示，這一案例表明，豬腎可能成為透析患者以及終末期腎病患者的最佳選擇。
求索三十年，科學家終育出完美腎臟供體豬？
作者 | 張藝萌
編輯 | 靖宇
在過去，大部分情境下，一名需要器官移植的病人能做的只有等待，最終能等到並且成功移植的，僅是其中非常小部分的幸運兒。
上世紀九十年代，以豬器官為主要目標供體的異種移植研究已經在業內出現，從開始的為人追捧，到後來面臨技術困境，又因為倫理問題而被世衛組織禁止。近年來隨着基因技術的進步，使得「基因改造豬」變得更加適合培養器官，紐約大學的此次試驗也證明，時隔二十年後，異種器官移植或將迎來高速發展期。
「小豬配齊」，或許是未來又一大醫療風口。
01
「暫未產生排異反應」
接收者是一名腦死亡患者，有腎功能不全的跡象，經過協商，家屬同意在為其移除維生儀器前參與試驗。
那顆移植的腎臟來自美國聯合治療公司（United Therapeutics）的子公司 Revivicor 研發的一種科學家有意改變基因組的豬——GalSafe 豬。經過基因編輯，敲除了豬體內能催化細胞表面表達 α- 半乳糖（α-gal），即一種可能誘發人體排斥的糖分子的基因。
蒙哥馬利（Robert Montgomery），美國紐約大學醫學院朗格醫療中心的一名外科醫生，將這顆豬腎臟，連接到了病人的腹部外腿部血管上。新腎臟附着在患者腿部血管上並保持在體外，蓋有保護罩以便進行觀察和腎組織取樣。
54 個小時后，暫時沒有出現受體免疫系統的排斥反應。研究者撤掉了受試者的呼吸機，標誌着試驗結束。
這次手術採用統稱為在體灌流術的模型，蒙哥馬利說，豬腎的功能看來相當正常，它製造的尿量，與移植人類腎臟所預期的尿量一樣。病人原本異常的肌酐水平（Creatinine level，評估腎功能的指標），在接受豬腎移植后恢復正常。「來自逝者的腎臟往往需要數天到數周的時間才開始生效，而這個豬腎臟立即生效了。」
專家對此相當興奮，「器官捐贈等待名單可能會立刻變得相當短。」
通常，異種器官移植導致的免疫排斥反應出現在人體血液供應與器官的交界處，但在此次手術中並未出現。
但在此次試驗取得初步成功后，仍需要解決一些複雜的關鍵問題。基因編輯豬的腎臟雖然沒有引起超急性排異反應（在器官移植 48 小時內發生的排異反應），但尚不知曉是否會產生加速性排異反應（48 小時至 5 天）、急性排異反應（1 周以上）和慢性排異反應。
此外，現在採用的基因編輯豬只是敲除了能催化半乳糖分子的基因，但豬器官內還隱藏着很多可能潛在引發人體免疫排異反應的物質，以及可能引起人患病的微生物，如豬身上特有的病毒等。
當然，此次實驗的初步成功仍帶來很多希望。在目前人體供腎不足的情況下，或許可以把這樣的豬腎用於救治急性腎衰竭病人，短期內維持其生命，直到出現可用的人類腎臟，或把豬腎作為永久性移植物，保留在體內。蒙哥馬利醫生說，基因工程豬「可能成為可持續、可再生的器官來源」。
目前，人體器官供不應求是世界性的難題。全世界每年約有 200 萬人需要器官移植來治療疾病，器官供者和受者的比例卻不足 1：20。
腎臟的等待時間平均為三到五年，40% 的等待移植的患者可能在五年內死亡。據器官共享聯合網絡的數據，美國目前有近 107,000 人正在等待器官移植，其中超過 90,000 人正在等待腎臟移植。根據《中國器官移植髮展報告（2019）》，截至 2019 年底，全國仍有 47382 人等待腎移植。
中國器官移植髮展基金會理事長黃潔夫在 2020 年指出，目前中國每年因終末期器官衰竭而等待器官移植的患者約有 30 萬人，每年器官移植數量卻僅有約 2 萬例。
02
「停滯的 12 年」
異種移植，指將一個物種的組織移植到另一個物種體內。和同種移植不同的是，異種移植成功的可能性很小。異種之間存在很大差異，負責組織排斥的免疫系統很容易識別出外來組織，並強烈排斥它。
相比與人類相似度更高的靈長類動物，豬產仔量多、生長快，因此維持成本較低，也不易引發倫理問題，且豬的器官和人的器官在大小和功能上均有非常相似的地方，多方面綜合考慮，豬在人體器官移植等方面有着巨大的應用空間。
然而，由於先天免疫和炎症反應、凝血系統紊亂等安全問題以及豬器官本身攜帶病毒的危害性等問題，豬器官移植到人體的臨床應用舉步維艱。
科學家研究發現，豬器官移植引起排斥反應的主要原因是，人體內的天然抗體能識別出豬細胞表面的α-半乳糖苷酶（α-gal）、β-半乳糖苷酶（β-gal）和 N-乙酰神經氨酸羥化酶（Neu5Gc 蛋白），這 3 種蛋白分別由 GGTA1、B4GalNT2 和 CMAH 基因催化合成。只有將上述 3 個基因全部敲除，豬器官移植到人體后才幾乎不會有大的排斥反應，才具有進入臨床試驗的基礎。
本次手術中使用的腎臟便是通過敲除編碼糖分子的豬基因獲得的。
轉基因豬實驗邏輯，圖源：Revivicor
上世紀 90 年代，豬器官移植項目曾一度在全球受到追捧，各大製藥廠與企業致力於研發免除排異反應的藥物，但是，豬器官移植到人體內不僅會產生免疫排斥反應，且豬基因里含有的逆轉錄病毒的序列對人也有潛在風險，因此，世界衛生組織明令，未找到解決方法之前，停止一切異種器官的臨床試驗。
2000 年，國際心肺移植協會提出，一旦 60% 移植了豬心臟的靈長類動物能夠存活 3 個月，並至少有一定跡象表明其可以存活更長時間，就考慮在人身上試用豬心臟。
2003 年，美國 Revivicor 公司創造了世界上第一隻敲除α-Gal 糖分子基因的克隆豬。Revivicor 的前身是 PPL Therapeutics 生物技術公司——正是 PPL Therapeutics，在 1996 年培育出了首個從成年哺乳動物克隆而來的哺乳動物：綿羊多利（Dolly）。
2018 年，《自然》的一篇報告指出，經過基因編輯的豬心臟移植到狒狒體內后正常存活 195 天。德國科學家選取幼年豬，基因修飾豬的心臟，將其移植到血壓降至與豬一致的 5 只狒狒體內，手術成功，這意味着人類或許可以進行這樣的器官移植試驗。
楊璐菡是 eGenesis 公司的聯合創始人與首席科學家。在哈佛大學攻讀博士後期間，她和導師喬治·丘奇（George Church）首創了利用 Cripsr-Cas9 技術修改豬細胞基因組的做法，並在 2014 年開始了消除豬基因組中可能的致病基因的工作。
她說：「由於無法預期什麼時候，以及用什麼方法來解決這些問題，異種器官移植行業遭到了重創，經歷了 12 年的停滯。」
2020 年 9 月，楊璐菡團隊在《自然生物醫學工程》上發表的論文表明其團隊研發的第三代基因編輯豬（「豬 3.0」）已經獲得成功，「豬 3.0」不但在免疫排斥方面有所突破，又敲除了內源性逆轉錄病毒（PERV）。「豬 3.0」細胞與人體凝血系統的兼容性更強，還減少了凝血的風險，可以延長移植器官的壽命。
2020 年 12 月，異種器官移植迎來了新的篇章。美國食品與藥物監督管理局（FDA）批准了首個可以同時用於人類食物消費和作為潛在療法來源的轉基因豬上市，即 Revivicor 研發的 GalSafe 豬。
也就是本次手術所用腎臟的供體豬。
GalSafe 豬，圖源：Revivicor
03
一片巨大的「藍海」
放眼全球，公開資料可查的異種器官移植公司總體數量並不多。
圖源：生輝
eGenesis 作為啟函生物的姊妹公司，是其中知名度最高的公司之一。今年 3 月，該公司宣布完成了 1.25 億美元的 C 輪融資，用於推進在腎臟和胰島細胞移植方面的主要項目，優化現有的基因編輯平台和 GMP 廠房。該公司正在創造三種豬的模型，並對基因工程器官進行有效性和安全性測試，預計 2022 年將開始進行臨床試驗。
而在手術中所用豬腎的豬是由 Revivicor 公司進行基因工程改造的。Revivicor 是全美少數幾家致力於開發豬器官，以移植到人類身上的生物技術公司之一。去年 12 月，FDA 批准了 Revivicor 豬的基因改造，可用於人類食品和藥物製造。目前，這家公司擁有 100 多頭基因改造后的豬，用於移植試驗與其他藥物研究。
致力於使用豬器官進行人體異種移植的 Miromatrix Medical 公司今年 6 月在納斯達克上市，成為首個上市的異種器官移植公司。預計 2022 年底，該公司將開始對其生物工程肝臟進行有外部肝臟輔助系統支持下的人體臨床試驗。該公司已經開發出灌注去細胞化和再細胞化方法，能夠將廢棄的豬器官轉化為可移植的人體器官。
國內方面，定位為「未來器官工廠」的中科奧格生物科技有限公司，正通過基因編輯與克隆技術培育了十餘種基因修飾的人源化豬，用於異種移植研發，解決臨床移植器官短缺問題。今年 9 月，該公司已完成 4500 萬元 A 輪融資，目前正在籌建超潔凈級豬設施（DPF）醫用級異種移植醫用供體基地，為臨床試驗做準備。
賽諾生物則致力於異種移植對糖尿病醫療技術的突破，其從培育的供體豬體內提取胰腺，製備豬胰島細胞生物製劑，移植入患者體內特定部位 (以肝臟為主)，為糖尿病患者重新構建較完整的胰島系統，用於治療 1 型糖尿病、有胰島素依賴的 2 型糖尿病和因各種原因行胰腺全切除術后的患者。
異種器官移植是一個新興的、巨大的、未被滿足的市場，具有極大醫療潛力與商業價值，不少國內外企業已率先入局這一藍海；科學家們正以精密的試驗與先進的技術為支撐，為病人們爭取一個擺脫焦灼煎熬與等待的未來。
器官採購組織 LiveOnNY 的首席醫療官艾米·弗里德曼博士說：「這是真正前沿的轉化手術和移植，一旦成功了，想想我們可以提供多少移植物，真是令人難以置信！」
（凌晨對此文亦有貢獻。）