陈根：猪是器官移植的最终答案吗？

文/陈根

对于许多器官衰竭的病人来说，器官移植可能就是延续生命的唯一希望。然而，由于合适的人体器官严重短缺，因此，异种移植就成为移植外科医生长期以来的梦想。在众多异种对象中，相较于黑猩猩和狒狒器官的大规模饲养，猪被认为是一种更加可行的器官来源，因为它们无论是在体型还是解剖结构上都与人类更相近，而且已实现了大量饲养。

2022年，外科医生首次将猪器官移植到人体内。研究人员迫切希望开展更多人体试验——在研究人员迫切的希望下，今天，猪器官移植走到了哪里？猪会是器官移植的最终答案吗？

谁能解决移植器官短缺？

1954年12月23日，美国成功进行了世界第一例人体器官移植。此后，器官移植技术快速发展，20世纪70年代以来，器官移植已经成为肾功能衰竭和其他器官疾病患者的切实选择。器官移植挽救了无数人的生命，但由于捐献的器官数量有限，还有更多人在苦苦等待接受移植的机会。

据世界卫生组织统计，全世界每年大约有200万人需要器官移植，而器官供体的严重短缺，让全球平均器官供需比不足1：20。仅在美国，就有超过10万人正在等待合适的器官，其中超过9万人在等待肾脏移植。肾脏的等待时间平均为三到五年，这意味着，平均每天都有超过20人在等待器官的过程中离开人世。

全世界的科研人员都在尝试通过多种途径解决器官移植短缺问题，异种器官移植无疑是其中比较具有应用前景的手段。人们梦想着异种移植能在某一天实现，即用动物器官来解决可供人类移植的器官短缺问题，但异种移植通常是危险的。

异种移植的最大障碍就是不相容性：身体在接受器官时，由于人体会强烈排斥与自身不完全相似的细胞存在，因此，人体可能会触发免疫反应来攻击，而虚弱的病人往往又承受不住这样的攻击，会有很高的死亡危险。

事实上，早在17世纪，就有人尝试用动物血液给人类输血，当然，结果可想而知。后来，科学家们试图利用灵长类动物的器官来避免排斥问题。但由于各种原因，并没有出现成功案例。

在众多异种对象中，相较于黑猩猩和狒狒器官的大规模饲养，猪被认为是一种更加可行的器官来源。因为猪本身就作为人类的食物而被养殖，因此用于器官移植所产生的的伦理问题较少，此外，猪的产仔数量大，妊娠期短。并且，猪和人类还有许多共同点，无论是生理上、解剖上，还是基因上。

实际上，几十年来，来自猪的心脏瓣膜、来自猪肠的肝素、以及猪皮移植物和猪角膜，已经被成功应用于人类的治疗。比如，血液稀释肝素是从猪肠中提取的；猪的皮肤移植被用于烧伤；中国外科医生曾用猪的角膜来恢复患者视力。

但是，将猪的整个器官移植给人类，首先面临的问题依然是免疫排斥，这主要是由于猪携带的基因产生的α-Gal（α-半乳糖）抗原所致。事实上，人与猪的不同之处就在于，猪比人多一种蛋白酶，这种蛋白酶可以把α-Gal置于存在于细胞表面的分支糖链上，使得人体的免疫系统把α-Gal作为攻击的信号。此外，猪还携带的一种对猪有益却会传染人类的病毒——猪内源性逆转录病毒（PERV）。这种病毒有可能引发类似HIV的病毒感染。

终于，2022年10月19日，世界上首例猪肾脏移植人体手术宣告成功，震动全球。实验成果来自美国纽约大学朗格尼医学中心移植外科Montgomery教授团队。实验当日，Montgomery教授团队用手术夹钳将患者的血液与猪的肾脏分隔，一旦他们松开夹钳，血液就会注入这个新器官——Montgomery为这一时刻已经准备了三年。在最坏的情况下，新肾脏将迅速变成蓝色，表明免疫系统出现了排斥反应。同时，它也意味着，Montgomery团队这几年的工作付诸东流。

幸运的是，移植术后，猪肾没有出现排异反应，几乎立即开始正常工作，产生尿液和肌酐，并正常工作了54个小时，直到实验结束。

勇敢的尝试

世界首例猪肾脏移植人体手术的成功是异种移植的一次突破性进展，是数十年来人类寻求使用动物器官异种移植挽救生命的重要一步。

在克服人体免疫排斥方面，科学家们利用基因工程，敲除猪细胞表面激发人体免疫反应的蛋白。Montgomery医生团队用的转基因猪肾脏，来自于Revivicor公司的GalSafe猪。具体来看，猪携带的基因产生的α-Gal抗原，使得人体的免疫系统把α-Gal作为攻击的信号，为了消除这个攻击信号，Revivicor公司通过CRISPR基因编辑方法，敲除了在猪细胞表面添加α-Gal的蛋白酶，让猪细胞不再表达α-Gal，从而克服了超急性排斥反应。 

此外，为了解决猪内源性逆转录病毒的感染问题，科学家们还使用了CRISPR基因编辑技术，让猪的基因组中携带的所有PERV序列失活。

在这项研究中，研究人员将一颗猪的肾脏，与一名已经脑死亡，靠呼吸机维持的志愿者通过大腿血管在体外相连。研究结果显示，猪肾脏“几乎立刻”开始产生尿液和排泄废物肌酐，显示它可以正常工作。Montgomery博士指出，移植手术的效果超出预期，堪比人类捐献者那里获得的器官。

值得一提的是，在世界首例猪肾脏移植人体手术前，研究人员就已尝试将猪的心脏移植给心衰患者。2020年10月，57岁的大卫·贝内特（David Bennett）因患复杂性遗传性心脏病，致终末期心衰。其身体状况突然恶化，因危及生命的心律失常入院。然而，贝内特的治疗方案却制定艰难。包括美国马里兰大学医学中心（UMMC）在内，多家美国移植中心评估认为，贝内特的心律失常严重，不适合植入人工心脏。但其基础情况又没资格进入器官移植等候名单，即使进了名单，贝内特能及时等到器官的机会，也很低。

两难之下，UMMC提出了“另一种可能”：异种器官移植。3个月后，贝内特完成了一次“实验性”心脏移植手术，值得一提的是，这也是全球首例人移植转基因猪心手术。为其捐献心脏的，是一头1岁大、重240磅的“基因修饰”猪。

当地时间2022年1月10日，术后第3天。UMMC心脏移植项目主任巴特利·格里菲斯医生（Bartley Griffith）表示，贝内特仍需体外膜肺氧合（ECMO），替代一部分心脏泵血功能，但总体情况稳定、良好，没有发生超急性免疫反应。

然而，在术后的40天左右，贝内特的情况突然出现了恶化。具体来看，在手术过后的持续监测检查里，医生们发现了猪巨细胞病毒的痕迹。当然，一开始，检测出的病毒水平很低，毕竟，理论上来看，从生物技术公司获得的这颗猪心，应该没有任何病原体才对。

但是，在术后的6周后，贝内特的身体突然出现异常。当天起床后，他就开始发烧，而且呼吸困难。突发的状况让人难以判断大卫的感染严重程度，人们也不知道该怎么治疗移植猪心的患者。最终，医生们决定给贝内特使用一种叫做cidofovir的药物，这种药物原本是治疗艾滋病患者的巨细胞病毒感染的。考虑到他的免疫系统非常衰弱，医生们又给他用了人类的免疫球蛋白，增强抵抗力。贝内特的病情短暂得到了控制。但就在医生们松了一口气时，贝内特的身体在一周后再度恶化，移植的猪心也开始衰竭。2022年3月，作为接受猪心移植的第一人，贝内特在手术的两个月后离世。

但不论是猪肾脏移植人体手术还是猪心脏移植手术，不论是成功了还是失败了，这都是科学家在探究猪器官移植的勇敢一步，也是重要的一步。

我们离猪器官移植还有多远？

面对猪器官移植中常见的免疫排斥以及猪自身携带的病毒感染的可能，科学家们正在积极寻找应对之法，在科学家们的迫切希望下，今天，我们离猪器官移植还有多远？

其中，对于猪器官移植中常见的免疫排斥问题，虽然通过基因技术敲除α-gal 后能够逃避超急性排斥反应，但α-gal 仅仅是超急性排斥反应靶点中的一个，其他靶点还包括但不限于：CMAH 基因，CMAH 基因存在和表达能够引起异种移植免疫排斥；ASGR1 基因，ASGR1可以被受体的免疫细胞识别并攻击，引起急性的血管内凝血，造成猪器官的快速失活，同时还可以诱发异种移植后受体发生血小板减少症等等。

对于猪自身携带的病毒带来移植感染的问题，近日，德国兰根保罗-埃利希研究所的Ralf R. Tönjes教授团队在Journal of Virology上发表最新研究，证明通过基因编辑从猪基因组中去除PERV-C逆转录病毒基因组是可能的，这将有助于异种移植的病毒学安全性。

在猪体内存在的诸多病毒中，猪内源性逆转录病毒（porcine endogenous retroviruses，PERVs）是对人体具有较高风险的RNA病毒，无法通过无菌培养和筛选等传统措施排除。PERV不是感染上的，而是遗传而来的病毒片段。它们对猪无害，但关于它们是否能从猪器官进入人细胞、以及它们是否对人体或猪器官有害，目前仍存在争议。

 PERV具有三种类型，分别是PERV-A、PERV-B和PERV-C三种类型的PERV感染能力不同，PERV-A和PERV-B可以克服物种障碍，在传播后可能感染人类，而PERV-C逆转录病毒主要感染猪细胞，而不是人类细胞，但PERV-C可以与PERV-A重组，产生PERV-A/C，进而感染人体细胞。

研究人员选择了单倍型SLAD/D品种猪作为移植供体的原因，该品种猪没有完全功能的PERV-A和PERV-B基因组，但可能是PERV-C基因组携带者，因此，有必要对SLAD/D品种猪中所有的基因组PERV-C位点进行表征。结果显示，单倍型SLAD/D猪的PERV-C在体外具有很强的复制能力和感染性，但这些PERV-C位点可以通过基因编辑敲除，降低异种器官移植时的病毒感染风险。

除此之外，即便是敲除PERVs、预防已知的病原体感染，也无法阻止某种罕见病毒造成破坏。猪仍然有可能带来一些未知的病原体。并且，感染人和猪的病毒或能在人体内重组为一种新型病原体，就如同流感病毒在鸟类、蝙蝠和猪体内发生重组一样。

人类对于器官移植的探索已经持续了数百年，并且已经解决了许多阻碍猪肾移植的历史障碍，尽管目前来看，人类离猪器官移植依然有一段漫长的路要走，但是希望已经出现，我们也不妨多一些乐观的期待。