“万能猪”——异种器官移植的最佳对象
“万能猪”是科学家们培育的一种克隆猪，其体内导致猪器官与人血不相容的猪DNA片段已被敲除，因此它们的器官可以移植到人体中。从理论上说，这种器官移植到人身上不会出现排斥反应，如果能够实现，将为深受供体短缺困扰的人类器官移植带来全新的希望。
异体器官移植的迫切性
关于器官移植，目前主要有两个分支：一个是同种异体器官移植，即接受器官移植的受体和供体是同一种类（例如都是人），但他们具有不完全相同的遗传基因，在他们之间进行器官或组织的移植；另一个是异种器官移植，是指将动物身体的器官，通过基因技术，移植到人体中，并长期有效存活。现在临床上进行的器官移植手术绝大多数是同种异体器官移植。这种手术受到供体缺乏的限制，造成许多患者的死亡。这是因为目前等待器官移植患者的数量远远大于可供移植器官的数量，很多人往往在等待器官移植的过程中死去。
自从1954年第一例肾移植手术后，器官移植手术已成为器官衰竭者的主要救命手术。但供体的短缺严重制约了器官移植技术的开展。人类来源的器官供应处于严重的“供不应求”状态，在中国，这个问题更突出。我国每年有100万～150万生命垂危的人亟须器官移植，最终能得到供体接受移植的病人不到1万人。
在其他国家，这个差距也是很大的。全世界需紧急器官移植手术的患者数量与所捐献人体器官的数量比为20∶1，这个数字还不包括那些靠药物维持可以等待但又必须接受器官移植手术的患者，因而供体器官的缺口相当大。
为什么猪是最佳供体对象
一方面供体短缺，另一方面需求量剧增，怎么才能解决这个矛盾呢？开展异种器官移植是世界公认的解决器官短缺的重要途径。面对这种困境，科学家们自然而然地想到：既然人的器官不好找，能否用其他动物的器官来替代一下？这的确是一个好主意。人们首先想到的供体是与人关系最密切的猴、猩猩和狒狒，这些动物与人一样属于灵长类动物，它们的器官结构、生理功能和新陈代谢与人非常相似，应该更适合移植到人体，但实际上存在很多问题。首先，要考虑到移植器官的性能和尺寸。灵长类动物虽然和人类最接近，但大多数成员（例如猴）的体型太小，它们的器官根本无法承担人体代谢的需要。而猩猩和狒狒等大型类人猿又都是濒危的稀有动物，是人类保护的动物。同时，灵长类动物的特点是世代间隙长，尤其是猩猩和狒狒，世代间隙长达10年以上，繁殖率低，一胎一仔，饲养成本也较高，很难满足人类器官移植的需求。最后一点是因为它们与人类是“近亲”，存在于它们体内的一些病毒，例如SIV（猴免疫缺陷病毒）、埃博拉病毒很容易传染给人类，它们的器官移植到人体上发生重组之后甚至会产生更有害的病毒。
既然孙猴子这个“大师兄”指望不上，那就只好烦劳“二师兄”猪八戒牺牲一下了。虽然在分类上，猪是偶蹄目，人是灵长目，相差挺远，但从体型、食性、代谢水平这些外在指标来看，猪和人类大体接近。猪的一些器官从“性能参数”上看和人类基本处于同一档次。例如，猪的心脏与人的心脏大小差不多，其管道分布和动力输出也相类似；人的体温为36～37℃，猪的体温也是36～37℃；人的心率为60～100次/分钟，猪为55～60次/分钟。
同时，它与人进化距离不远不近刚刚好，猪组织内的病毒不太会造成人类感染。此外，猪便于定向育种和大规模繁殖，显然是不错的潜在移植器官来源。科学家对猪情有独钟，到目前为止，在国际上，猪是异种器官移植的最佳选择对象已成为共识。
一头猪的器官可广泛用于人体角膜、皮肤、胰岛、关节、肌腱、韧带、肾脏、心脏、肝脏等器官的移植。在医学界，植入人体细胞的猪的心脏瓣膜已用在患者身上。美国有科学家已大胆尝试用野猪的肝脏为肝昏迷的患者过滤肝脏毒素，为他们争取时间，等待肝脏供体。而猪的韧带肌腱的移植技术也已经成熟。
需要解决的难题
要培育出用于人体器官移植的“万能猪”，必须解决以下几个难题。
1.超急性排斥反应
异体器官移植最大的障碍在哪里？是超急性排斥反應。人类自身的免疫系统犹如一支军队，护卫着身体不受外来细菌和病毒的侵略，也清除体内出现的“非己”成分。移植外来器官的同时，会带来别的身体细胞，自身免疫系统就会将这些“非己”成分视为侵略者，试图将其消灭，这就是“免疫排斥”。
猪体内有一种简称α—GAL基因，是狒狒与人等灵长类动物所没有的。当猪器官植入人体后，人体的免疫系统会将这种分子认作外来物而发起攻击，几分钟内即可将移植器官摧毁。科学家曾经试验过很多方法来解决超急性排斥问题，比如在猪器官移植给猴子的实验中，试图先去除供体的α-GAL糖分子，或者通过给猴子做血液透析以去掉它们体内的抗体等。但这些做法的持续时间和效果都十分有限。随着基因技术的发展，解决排斥反应最根本的办法，就是用某种办法“敲除”掉猪的α-GAL基因，再导入人的抗排斥反应基因。传统的基因敲除方式步骤复杂，效率也不够高。目前，采用的最好基因编辑技术是CRISPR/Cas9技术。简单说就是让拥有剪切DNA链条能力的Cas9内切酶，在导向RNA片段的指引下对特定位置的基因片段进行精确切割，从而人为制造基因的突变甚至失活，之后还能在空缺处加入新的基因片段，人为编辑修改基因序列。该方法操作简便快捷，成功率也更高，可以说是整个基因工程界的新锐技术。
和克隆羊、克隆猴一样，“万能猪”是将去核的卵细胞和经过遗传修饰的体细胞通过电脉冲融合，这个融合细胞能像受精卵一样分裂分化，最后再将融合细胞植入代孕母亲的体内。经过110多天的孕育，“万能小猪”就可以出生。这些经过“基因改造”的猪，既可以精确地模拟人类的疾病，也可以作为人类各种器官的供体，造福人类健康。
2.内源性转录病毒
在异种移植中，跨物种的生物安全问题也一直引人注意。通常认为，种属上与人越接近的物种，其所携带的病原体就越容易感染人类。
目前的研究确定了26种存在种间交叉感染风险的病原体。其中，最难解决的是消灭猪内源性逆转录病毒（PERV）。近些年，这一问题得到了根本性解决：哈佛医学院遗传学教授乔治·丘奇团队利用新的基因编辑技术一次性地敲除了隐藏在猪基因组中的PERV片段，体外实验验证病毒的感染率只为原来的千分之一，从而解决了猪内源性逆转录病毒感染风险。
3.超洁净猪舍
“万能猪”可不能养在普通的猪舍中，它们比人还干净。因为这些猪的器官要被移植到人身上，必须避免猪身体上的病毒传给人，因此对它们的饲养要非常讲究。首批克隆出来的猪还不能直接用于临床，必须再繁殖一代，成为“猪二代”才会用于移植。这些猪从出生到临床应用，享受的可不是一般的待遇。这些猪宝宝都是剖腹产的，从一出生就马上和猪妈妈分开，被送到超洁净的猪舍中，接受人工饲养。猪舍内必须是完全无菌、无病毒的，饲养人员进去之前必须沐浴更衣，还得换上专门的工作服。这些猪的饮食，比如饲料和水，都是经过无菌、无毒的处理。每头猪身上都贴有一块电子芯片，工作人员会对它们进行24小时监控，每隔一段时间，这些猪都要接受检验、检疫。可以说，这些猪比人还干净，它们的器官确保无菌。如此高规格的猪舍，建设起来所需要的财力、物力可想而知。一个能够容纳5000～10000头猪的大型超洁净猪舍，只建设成本就高达1亿美元。现在，这种超洁净猪舍已经建成，可供养殖“万能猪”。
4 伦理之争
人造器官的培育和移植已取得很大突破，但这条路对人类来说依然任重而道远—除了技术难题，还要面临着更多伦理问题。
争议1？器官有记忆，“猪性”会否移植给人
临床实验发现，器官移植后会对人的生理和心理都产生影响。年长的人身上移植了年轻人的肾脏，头发会变黑；脾气温和的人移植了脾气暴躁的人的心脏后，脾气也会变暴躁。那么，假如猪的器官也能记忆，会不会把旧主人的习气带给人类？人的性情会出现哪些变化？如果某人在生育前接受了异种器官移植，他的下一代基因中会不会带有猪的成分？
争议2 移植猪器官，会是“混合体”吗
2002年，美国两位科学家把人类干细胞植入绵羊的早期胚胎里，结果在生育下来的小羊的血液、肌肉和心脏里，发现了40%的人类特质。当人类干细胞注入到猪的胚胎时，从四肢到内脏，甚至大脑，猪的全身各个器官都具备了一定比例的人类细胞，那这只“猪”还能叫作猪吗？同时，将猪的器官植入人体，人是否成为“猪人”？现在的社会有没有准备好去接受一个部分是人、部分是猪的生物。
对此，南京医科大学的戴一凡教授回应说：“欢迎大家参与讨论，但个人认为从科学角度出发都不是问题。就像汽车换了发动机，还是原来那个牌子的汽车，本质没发生变化。如果说人换上猪心脏就成了猪人，那么体内装上人工装置的患者就成机器人了吗？”
戴一凡团队
要提到“万能猪”的培育，戴一凡团队功不可没。20世纪90年代末，戴一凡就职于PPL公司的美国分公司，从事克隆技术的研究。克隆羊成功之后，戴一凡团队就开始了克隆猪的研究工作，目标直指器官移植。
戴一凡团队用两年时间培育出了克隆猪，随后开始研究如何将α-GAL基因敲除掉。在经历了艰辛摸索和反复实验后，2001年底，戴一凡终于带领课题组采用体细胞基因敲除技术和克隆技术，成功把这一基因所在的DNA片段敲除掉，培育出了以Joy为代表的首批基因敲除猪。之后的动物实验表明，“超急性排斥反应”不复存在，异种移植最关键的难题得以解决，至少从理论上来讲，猪器官与人能够“和谐相处”。这一成果入选了2002年美国《发现》杂志100项重大科学新闻之一。
随后的几年间，他又带领团队做出了“双基因敲除猪”，解决了“急性排斥反应”，并在此基础上，给猪细胞转入一些人的基因，对它进行了“人源化”修饰和改造，培育出拥有人的“抗排斥基因”的“转基因敲除猪”，使其逐渐变成一个适用于人体、不会产生免疫排斥反应的“万能供体”。他们还将“转基因敲除猪”的皮肤、胰岛移植到动物身上进行实验，均取得了较好的研究结果。异种移植的理论技术研究已相对成熟，一些简单的器官、组织已能直接在临床应用。
2010年初，戴一凡带着国际顶尖的“基因敲除猪器官移植”研究技术和理念回国，落户南京医科大学，继续开展基因敲除猪的异种移植研究工作。同戴一凡一起回国的，还有与他志同道合、总计5人的专家团队，都是国际上相关领域的知名专家。回国之后，他们迅速在南京医科大学成立了代谢疾病研究中心，并以此為研究平台，基于原有研究基础，开始“转基因敲除猪”更进一步的研究工作。
在回国之前，他们就进行过动物实验，将“转基因敲除猪”的胰岛植入患糖尿病的猴子体内，不仅没有出现超急性排斥反应，还使猴子的血糖恢复了正常，猴子健康生活了至少400天。这个结果在世界上是独一无二的，没有其他的实验室能做到。在他研制的GGTA敲除猪基础上建立的各类基因改造猪的心脏已经能在猴体内存活900多天，肾脏能存活一年左右。
戴一凡和团队目前主要有两项工作在同步开展：一项是继续克隆，在原来研究基础上加上不同人的抗排斥基因，希望能够进一步控制或降低排斥反应，使器官与人更加匹配；另一项是自然繁殖已经克隆出来的“转基因敲除猪”，为下一步的动物实验备下丰富的器官资源。同时，随着研究的进步，他们还开辟了一个新的、更加让人“匪夷所思”的研究方向，那就是“人源化”的基因改造—以“转基因敲除猪”做平台培养人需要的特定器官，也就是我们常说的“定制”。 这种“定制”是指将人的干细胞移植到猪的体内，利用猪作为载体，将细胞培养成某个器官，生出下一代猪宝宝之后，便可以优中选优。这一研究能够得到排斥反应很小甚至基本没有排斥反应的人体器官，甚至有可能做到“个体化”，也就是病人需要哪个器官，研究人员就用他的干细胞帮他培育哪个器官，完全符合患者个体化的需求。这是非常理想的一种状态，如果能够成功，将是解决排斥反应的一个新方向。
现在已经到了成果转化的时候了，从科研角度讲，这些猪已经达到了临床应用的要求，它的胰岛、角膜、皮肤可以拿来用在人身上。但要真正进入临床实验阶段，还需要一些时间。无论如何，“转基因克隆猪”技术依然是人类在医学路上迈出的巨大一步，未来技术成熟后能够挽救千千万万个苦于没有器官移植而丧命的病人，为他们带来生的希望。
作者：沈羡云
来源：《百科知识》
