器官移植供体短缺是全世界共同面临的问题：中国是全球器官捐献率最低的国家之一，而在美国，每天都有约 22 人在等待合适的器官中死去。有一种方法被认为能有效解决这一问题，那就是异种器官移植（xenotransplantation）：将动物器官移植到人体内。

其中一个被看好的器官来源就是猪。虽然“全身都是宝”，但猪的基因组中却有一个备受关注的潜在威胁——猪内源性逆转录病毒（porcine endogenous retroviruses, PERV），人类细胞具有被这种病毒感染的风险。

   图丨首批出生时DNA中不含 PERV的小猪

不过，最新的好消息是，猪器官的人类移植变得更加安全了，因为科学家们已经从根本上成功“团灭”PERV！

今日，《科学》杂志在线刊登了一项重量级的研究。来自浙江大学、云南农业大学、重庆第三军医大学、哈佛大学以及其他科研机构与公司的团队使用CRISPR-Cas9基因编辑技术，一举解决了将猪器官移植到人体内的关键难题。这项研究的通讯作者是2017全球青年领袖，80后科学家杨璐菡博士。

 

图丨杨璐菡

数十年来，异种器官移植一直被视作缓解人类器官供应短缺的可能途径，外科医生也一直在尝试将动物的器官移植到人体。

但几乎所有的尝试都以失败告终，女婴菲伊（Baby Fae）就是其中非常著名的一例。1984年，女婴菲伊接受了狒狒的心脏移植，20天后死亡。

尽管亲缘关系接近，由于灵长类动物每胎产仔少，成熟周期长，不能满足大量的科研及移植需求。而猪繁殖快，易于饲养，极大地降低了科研成本，更重要的是，无论从解剖学还是生理学指标上，猪的器官都与人类极为接近。因此，选择猪作为异种器官移植供体成为国际共识。

但问题也随之而来，与狒狒相比，人类与猪的亲缘关系（生物学差异更大）明显更远，因而猪的器官也更容易被人体排斥，产生强烈的免疫排斥反应。不仅如此，PERV也是一个无法忽略的问题——这种病毒的序列存在于猪的DNA中，因而极有可能通过器官移植感染人类细胞。

其实，已经有科学家将猪胰腺细胞植入糖尿病患者体内了，而且并未发现PERV感染的迹象。但这些细胞首先是数量极少，其次是使用了相应的保护措施。这种情况与移植整个器官完全是两个概念。

除此之外，为了让人体不对猪器官产生排异，可能还需要使用抑制类药物，来阻止免疫系统攻击外来器官，可一旦人体免疫系统被抑制，PERV病毒将更容易对人类造成伤害。

 

幸运的是，科学家们迎来了“基因魔剪”CRISPR。带来本次突破的George Church和杨璐菡也是最早投身于基因编辑技术的开发人员，他们曾有一个想法：高效的CRISPR能否用于“引导”RNA和DNA切割酶针对猪细胞的全基因组进行精确编辑。

在2015年，他们共同创立了专注于器官移植的eGenesis公司，杨璐菡担任该公司的首席科学家。而早在攻读博士学位的过程中，杨璐菡就意识到器官移植对全人类的重要性。这位毕业于北京大学，并于哈佛大学获得了博士学位的80后姑娘曾表示：“我们希望这家公司（eGenesis）能创造出患者不需等待就可进行器官移植的新世界。”

 

同一年，他们使用CRISPR技术使猪基因组内62个PERV基因同时失活。这在当时被认为是通过CRISPR实现精确、广泛遗传改变最成功的例子。它也为人们带了希望：这一技术最

终可让猪器官适合于人体。

eGenesis公司2015年的研究成果属于细胞水平的试验。而现在，通过基因编辑工具CRISPR，eGenesis公司使猪胚胎中该病毒的25个拷贝全部失活，将这些胚胎植入母猪的体内后，健康小猪顺利诞生。目前，该公司已经通过这种方法获得了37只小猪，在4个月的观察中，这些小猪均发育正常且体内无病毒（活性）。

来自德国罗伯特·科赫研究所（Robert Koch Institute）研究所的病毒学家Joachim Denner一直在从事神秘的PERV测序相关研究，他表示：“如果这个消息属实，这将无疑具有极其重要的意义……但凡有可能敲除猪基因中的PERV病毒，我们应该毫不犹豫！”

图丨eGenesis公司进行研发的策略

传统的基因编辑过程非常缓慢且漫长，敲除一个基因的两个拷贝常常需要几代猪的繁殖，如果需要加入人类基因，那么时间可能还要X2。来自马里兰大学医学院的外科教授Muhammad Mohiuddin认为，与传统的基因编辑相比，使用CRISPR技术同时对多个基因进行剪切可以节省大量的时间。他同时也是另一个异种器官移植项目的负责人（并未参与此项研究）。

值得注意的是，虽然这些病毒可能会感染人类组织，但目前并没有证据证明这会导致人类的健康问题。

“除了这些病毒，异种器官移植在临床应用上还有其他一些限制因素”， Mohiuddin说到，话意直指在动物器官移植过程中机体产生的免疫反应。杨璐菡也认为，要想这些基因编辑猪的器官在人体上试用，仍旧需要数年的等待。

也就是说，猪器官人体移植目前面临的两大问题分别是：一是猪的基因组内含有内源性逆转率病毒序列，可以感染人类；二是猪的器官在人体内会触发严重的免疫风暴，产生免疫排斥反应。

解决了前一个问题，后一个问题将是eGenesis公司需要攻克的下一个难关。接下来，eGenesis将继续使用CRISPR技术对免疫系统相关基因进行修饰。

图丨CRISPR-Cas9技术有望解决猪器官进行异种移植时面临的挑战

随着技术的突破，还有一个问题也逐渐浮现出来：这种技术上的重大跨越反而使得人们对异种器官移植心生恐惧。由于PERV病毒风险的不确定性，有人担心过度的编辑将会使得原有的器官发育过程变得更加复杂，而且美国FDA已经明确要求，在未来的人体实验中也必须使用无PERV病毒的猪。

阿拉巴马大学伯明翰分校的移植免疫学家大卫·库珀（David Cooper）说：“很显然，这些尚未解决的问题使得猪器官移植的道路变得更加的崎岖。”

杨璐菡个人简介

 

杨璐菡本科毕业于北京大学，并于哈佛大学获得了博士学位。在哈佛，她师从有“合成生物学之父”美誉的美国科学院与工程学院双料院士George Church教授，研究CRISPR-Cas9基因编辑系统。2011年至今，她已在《科学》、《Nature Communications》、《Nature Medicine》等杂志上发表了数十篇论文，最高单篇引用数超过了3000。

2017年入选世界经济论坛（World Economic Forum）评出的“全球青年领袖”。此外，她共同创立的生物技术公司eGenesis宣布获得了3800万美元的融资，并有望利用火热的CRISPR-Cas9基因编辑技术，攻克人类器官移植的难题。

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