張 麒, 王建飛

(杭州啟函生物科技有限公司, 杭州 311200)

放眼世界，因患器官衰竭等終末期疾病而等待移植的患者數(shù)量不斷增加。然而, 通過捐贈獲得的供體器官的數(shù)量非常有限。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界大概有200萬人需要器官移植，但是器官捐獻(xiàn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需要的人數(shù)。 移植器官供體不足這個問題，在醫(yī)療科技高速發(fā)展的今天，隨著老齡化和慢性疾病的多發(fā)而愈發(fā)嚴(yán)重。這個問題在沒有器官捐獻(xiàn)傳統(tǒng)的國家像中國更是一個嚴(yán)重的醫(yī)療問題和社會問題。中國是移植器官緊缺的大國。 據(jù)不完全統(tǒng)計，我國器官衰竭患者每年達(dá)到100萬，患者人群隨著人群老齡化逐年遞增。如果有合適的器官供體，這些患者的生活可以得到很大的改善甚至生命得以挽救。2015年1月1日起，我國全面停止使用死囚器官作為移植供體來源，公民逝世后自愿器官捐獻(xiàn)成為器官移植使用的唯一渠道，此舉消除了國際上對我國器官移植供體獲取的爭議。但是因為我國受儒家文化“身體發(fā)膚，受之父母”影響，器官捐獻(xiàn)數(shù)量很難上升。每年器官捐贈人數(shù)約8 000，這相當(dāng)于每 100個需要器官移植的患者人群里，只有一個患者可以有供體器官，其他的患者都在漫長的等待中失去了生命。為了緩解這一問題，出現(xiàn)了各種替代方案。這些方案包括干細(xì)胞技術(shù)、組織工程、囊胚互補、醫(yī)療設(shè)備更新和異種移植等[1,2]。近年來，由于豬與人的各器官大小及生理相似且無太多的倫理爭論， 異種器官的移植研究集中在對豬的基因改造， 然后再進(jìn)行豬到非人類靈長類動物(NHP)的臨床前和臨床異種移植研究，使豬到人的異種器官移植變得非常有希望。

1 異種器官移植歷史和障礙

將動物器官和細(xì)胞用于人體臨床移植的記錄包括:1905年的兔腎和肝臟; 20世紀(jì)20年代和30年代的非人靈長類動物(NHP)臟器[3]; 從20世紀(jì)60年代到90年代，使用NHP的腎臟、心臟和肝臟給人體移植試驗均未能實現(xiàn)移植物存活時間的延長。此后，異種移植的重點轉(zhuǎn)向了以豬作為器官潛在的供體[4,5]。隨后幾十年，在豬-NHP的異種移植研究中，發(fā)現(xiàn)了幾種不同的免疫障礙，即: 超急性排斥反應(yīng)(HAR)、急性血管排斥反應(yīng)(AVR)和遲發(fā)性移植排斥反應(yīng)(DXR)。在幾分鐘到幾個小時內(nèi)發(fā)生的HAR是第一個需要克服的障礙。只在豬體內(nèi)表達(dá)但不在人類及NHP體內(nèi)表達(dá)的αGal抗原的發(fā)現(xiàn)對于解決異種移植中HAR問題是一項重大的突破[6,7]。人類及NHP在與病原體的斗爭中，體內(nèi)天然存在αGal抗體，可以與豬臟器的血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合并誘發(fā)補體介導(dǎo)的臟器損傷。

隨著對異種器官移植認(rèn)識的不斷深入, 解決異種移植從基礎(chǔ)到臨床需要解決以下幾個問題: ①物種間先天免疫不相容; ②凝血問題; ③跨物種感染。為解決免疫不相容問題，通過尋找受體的先天及后天免疫靶點，通過理化乃至生物的手段靶向調(diào)節(jié)受體免疫; 此外，通過對供體的改造(主要是基因水平)，使其逃脫受體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視，達(dá)到減少排斥的目的; 為解決凝血問題，除降低受體的凝血級聯(lián)反應(yīng)，調(diào)控受體凝血系統(tǒng)和纖溶系統(tǒng)平衡，還將在基因水平上對供體進(jìn)行改造[8,9]。

2 異種器官移植的安全問題

任何新的藥物或治療方法等，其安全性是第一位的。安全/有效性是研究和開發(fā)中的一個關(guān)鍵問題。不僅包括異種細(xì)胞、組織或?qū)嶓w器官使用的安全性，還包括用于防止排斥反應(yīng)的免疫抑制方案的安全性。

對于以豬為供體的異種移植來說，豬器官的安全性是首要問題。豬攜帶的傳染性病原體存在于異種移植物中，可能會感染受體并導(dǎo)致疾病。異種移植物的細(xì)胞是活細(xì)胞，意味著其不能像非細(xì)胞材料那樣消毒。這就促使動物需要在指定的、無特定病原體的專門設(shè)施中飼養(yǎng)。其臟器獲取，也必須嚴(yán)格遵循無菌原則。除不能含有影響群體健康狀況的感染性病原體外，也不應(yīng)含有可能跨物種傳播的病原體，細(xì)菌如沙門氏菌、放線菌; 病毒如巨細(xì)胞病毒、EB病毒(epstein-barr virus)、戊型乙肝病毒等; 寄生蟲如弓形蟲都是人畜共患病。這些病原體是外源性的，因此可以通過特定的方法從豬群體中清除[10]。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的要求，要排除感染免疫抑制豬的外源性細(xì)菌有24種，外源性病毒17種，外源性寄生蟲有8種，外源性霉菌6種。其中如豬瘟、豬偽狂犬病、豬鏈球菌病、豬口蹄疫、豬副嗜血桿菌病、豬傳染性胸膜肺炎、豬繁殖與呼吸綜合征、豬圓環(huán)病毒病、豬流行性腹瀉、豬傳染性胃腸炎、豬輪狀病毒，豬細(xì)小病毒感染、豬大腸桿菌病、豬痢疾、仔豬副傷寒、豬氣喘病、豬肺疫、豬傳染性萎縮性鼻炎等對豬的生長繁殖健康帶來極大困擾等。但目前在臨床上以混合感染的形式出現(xiàn)的較多，如豬瘟+豬繁殖與呼吸綜合征; 豬瘟+豬肺疫; 豬瘟+豬鏈球菌; 豬瘟+豬附紅細(xì)胞體; 豬鏈球菌+豬副嗜血桿菌; 豬圓環(huán)病毒+豬附紅細(xì)胞體; 豬鏈球菌+豬附紅細(xì)胞體等，不僅對豬的生長繁殖健康帶來極大困擾，而且會引起豬的死亡，更不用說用來做器官移植了。異種器官的移植的臨床試驗通常是在抑制受體動物的免疫系統(tǒng)的條件下進(jìn)行, 從豬器官移植到患者，也需對患者使用免疫抑制劑以降低受體對移植器官的免疫排斥。在這樣的狀況下，動物攜帶的病原微生物，很容易感染動物，呈現(xiàn)臨床癥狀。動物的疾病和隱性感染會造成非研究方案因素的差異，從而降低動物的研究價值，同時也增加了動物的浪費，降低動物福利，也會對實驗人員造成潛在的健康風(fēng)險，增加科研成本，浪費科研時間。應(yīng)按國際規(guī)劃及專業(yè)實踐，建立符合WHO的無指定病原體(DPF)的豬場，建立一個預(yù)防醫(yī)學(xué)計劃，保證動物的生物安全，提高動物的健康，以確保高質(zhì)量的動物運用于異種器官的移植實驗。

內(nèi)源性病毒的情況則有所不同。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(PERV)可以在體外從豬傳播到人體細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了激烈的討論[11,12]。盡管有研究[13,14]表明，豬到人跨物種傳播的風(fēng)險是相當(dāng)?shù)偷暮涂煽氐?。?jù)報道，在對大量直接接觸活豬組織的人群進(jìn)行的長期研究隨訪中，未觀察到豬向人類傳播病毒。盡管如此，直到2015年，PERV仍是異種器官移植安全道路上不可逾越的障礙。楊璐菡等[15,16]使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)敲除豬原代細(xì)胞系中的所有PERVs拷貝，并于2017年通過克隆技術(shù)產(chǎn)生了PERV敲除的無PERV的豬，為解決臨床異種器官移植中的安全問題鋪平了道路。

3 異種器官移植的進(jìn)展

目前異種移植已經(jīng)進(jìn)入了重要的歷史轉(zhuǎn)折期。使用GalT-KO、CD55轉(zhuǎn)基因豬做為供體，同時應(yīng)用CD4、CD8抗體及共刺激因子抑制劑anti-CD154或belatacept(貝拉希普)的情況下, 腎臟異種移植的存活時間達(dá)到了499 d，超過了歷史上NHP到人腎臟移植存活9個月的記錄[17]; GalT-KO、人補體調(diào)節(jié)蛋白CD46、hTBM轉(zhuǎn)基因豬到狒狒的異位心臟移植的移植物存活時間長達(dá)945 d, 其免疫抑制方案包括CD20及CD40抗體, 同時給予嗎替麥考酚酯[18]。盡管心臟異位輔助移植的存活時間很長, 但原位異種移植卻很短, 只有57 d[19]。David Cooper認(rèn)為原位移植結(jié)果困難的原因很多, 主要可能原因為心臟對于缺血和其他損傷非常敏感。但原位移植仍然是心臟移植向臨床轉(zhuǎn)化的必經(jīng)之路[20]; 近期，美國麻省總院的團隊將豬-NHP異種肝移植的存活時間由8 d延長至29 d, 有賴于GalT-KO豬供體的使用及CD40抗體、貝拉希普及術(shù)后人凝血因子復(fù)合物的給予[21];此外，豬肺臟-NHP異種移植物存活只有10 d[22]; 胰島異種移植的移植存活時間已經(jīng)接近1 000 d[23], 胰島移植屬于細(xì)胞移植的范疇, 有廣泛的應(yīng)用前景?？偟膩碚f，基因編輯技術(shù)與免疫抑制劑及異種移植技術(shù)的結(jié)合，使異種器官移植領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展，而異種器官移植的發(fā)展，也促進(jìn)基因編輯技術(shù)更加成熟，拓寬了其應(yīng)用范圍，二者相互促進(jìn)，將共同為人類的健康造福。

4 異種器官移植的監(jiān)管

2004年, WHO敦促會員國在適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管監(jiān)督下并在特定的醫(yī)療機構(gòu)內(nèi)進(jìn)行異種器官移植實驗; 隨后, WHO于2008年舉行了第一次關(guān)于異種器官移植臨床試驗監(jiān)管要求的全球會議，并且在此后進(jìn)行的會議中，對于異種胰島移植、異種角膜移植等發(fā)表了全球共識和聲明。全球范圍內(nèi)該領(lǐng)域的代表在異種器官移植的臨床應(yīng)用方面的進(jìn)展進(jìn)行了討論。

事實上, 1990年代末監(jiān)管機構(gòu)便提出了對于異種病原體交叉感染的擔(dān)憂。1997年10月, 美國食品和藥物管理總局(FDA)暫停了正在進(jìn)行的使用豬制品的相關(guān)試驗, 直到PERV檢測方法的成功建立和實施[24]。此后, 許多國家建立了異種器官移植的臨床使用指南或法規(guī)。這些條例和準(zhǔn)則既針對豬的捐贈者，也針對人類的接受者。例如, 關(guān)于作為器官供體的豬，美國的指導(dǎo)方案中指出: 供體豬需要在“生物安全”的隔離設(shè)施中飼養(yǎng), 維持封閉種群處于無特定病原體狀態(tài)至少兩代; 關(guān)于人類受體, 監(jiān)管文件既涉及個體, 也涉及公共衛(wèi)生方面, 包括PERV傳播的評估, 以及“未知”病原體的評估[25]。同時, 為了進(jìn)行回顧性分析, 需要定期取樣并歸檔來自供體豬和人類受體的組織和細(xì)胞。 歐盟和美國持續(xù)定期取樣的時間跨越分別是30年及50年。

我國《人體器官移植條例》是為規(guī)范人體器官移植，保證醫(yī)療質(zhì)量，保障人體健康，維護公民的合法權(quán)益制定。于2007年施行，其中暫沒有涉及異種器官移植相關(guān)的規(guī)定。因此，我國異種器官移植領(lǐng)域的相關(guān)法律、法規(guī)仍有待完善。

5 中國在異種器官移植中有利條件

中國由于得天獨厚的豐富的動物資源，特別是非人靈長類動物與小型豬，又有楊璐菡團隊帶回的國際首創(chuàng)的清除PERV及降低免疫排斥的基因編輯技術(shù)，我們有極大可能在不久將來，實現(xiàn)異種器官移植方面在國際上彎道超車，獲得率先突破，占領(lǐng)國際異種器官移植的制高點，實現(xiàn)由臨床前轉(zhuǎn)化到臨床試驗的成功，從而給數(shù)百萬患者帶來福音。國家鼓勵創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，特別是“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”等理念的提出，對很多在海外求學(xué)和工作的科技工作者產(chǎn)生了深刻影響，許多在海外訓(xùn)練有素的科學(xué)家在這種良好環(huán)境下回國，希望能將在國內(nèi)外所累積的專業(yè)知識、研發(fā)理念以及多年在跨國制藥企業(yè)的新藥研發(fā)經(jīng)驗，在中國發(fā)展創(chuàng)新開發(fā)平臺上，與國內(nèi)研究機構(gòu)一起，探索出具有國際領(lǐng)先水平的異種器官移植的方法。通過國內(nèi)同仁共同努力，可以加速推進(jìn)研發(fā)項目進(jìn)入臨床，并快速建立具有全球市場競爭力的異種器官移植的方法及產(chǎn)品，特別是胰島移植，并積極擴展國際合作，進(jìn)軍國際市場，使中國走在異種器官移植的前沿。

異種器官移植可以解決巨大醫(yī)療問題并且有巨大的經(jīng)濟價值。 異種器官移植的成功會解決國家每年百萬患者的器官缺失問題, 對于人群老齡化, 慢性病衍生, 缺乏器官供體的社會醫(yī)療現(xiàn)實, 提供了革命性的解決方案。全球異種器官移植, 僅器官供給就有＞1 500億美元的市場經(jīng)濟效益，另外因器官移植而帶動的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的市場經(jīng)濟效益更不可估量。

異種器官移植可以解決社會問題。 占領(lǐng)國際異種器官移植制高點，有力回應(yīng)人權(quán)問題。中國移植器官供體不足，不僅是國家醫(yī)療問題，也是社會問題，由于2015年之前對器官供體的來源監(jiān)管問題，國際醫(yī)療界和人權(quán)組織上對中國移植進(jìn)行了長達(dá)20年的攻擊。中國政府科學(xué)性扶持替代器官供體研發(fā)和監(jiān)管，體現(xiàn)了大國對人民負(fù)責(zé)，用最新科技來解決社會問題的態(tài)度和能力。

異種器官移植具有國家戰(zhàn)略影響。 異種器官移植是基因編輯和再生醫(yī)學(xué)最先進(jìn)的應(yīng)用，其成功研發(fā)會帶動國家整體基因和再生醫(yī)學(xué)及制藥領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化和國家監(jiān)管體系的發(fā)展。一個技術(shù)的革命必將帶來生產(chǎn)力的革命，改變我們的生活和思考方式。自2013年，CRISPR-Cas9基因工具問世，很多應(yīng)用和研究已經(jīng)在國內(nèi)外展開。為搶占制高點，國內(nèi)許多研究機構(gòu)包括啟函生物建立了具有創(chuàng)新性、前瞻性、產(chǎn)業(yè)化并成的集約化的基因修改和再生醫(yī)學(xué)醫(yī)藥公司。基因修改工具還很新興，有很多未知的問題，需要嚴(yán)謹(jǐn)和創(chuàng)新的科研團隊、支持工具合理的使用和長期的研發(fā)。基因修改技術(shù)作為一個平臺技術(shù)，需要社會和產(chǎn)業(yè)的需求相結(jié)合，才能真正把科研成果轉(zhuǎn)化成為為社會服務(wù)的現(xiàn)實生產(chǎn)力。在產(chǎn)業(yè)化推廣上，需具有國際產(chǎn)業(yè)視野也需了解和結(jié)合中國國情，找到新成果轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)力的途徑與突破口。

6 結(jié)論和展望

經(jīng)過20多年的探索,異種器官移植領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步并且積累了大量的知識, 這些知識涉及從生物醫(yī)學(xué)到商業(yè)產(chǎn)品開發(fā)等多個領(lǐng)域。豬心臟、腎臟和胰島等到NHP的異種移植存活時間逐步延長并且功能良好。伴隨著基因工程技術(shù)的快速發(fā)展、新型免疫抑制劑的研發(fā)、科學(xué)高效的圍手術(shù)期管理, 有望進(jìn)一步延長異種移植物的存活率, 并進(jìn)一步降低感染風(fēng)險。異種器官移植走向臨床指日可待。

然而, 在開展探索性臨床研究之前，還有大量工作要做。特別是實體器官，需要對其有效性和安全性進(jìn)行更多的基礎(chǔ)研究。在主管和監(jiān)管部門的監(jiān)督下，一旦這些研究的科學(xué)基礎(chǔ)建立起來，在國內(nèi)進(jìn)行異種器官移植的臨床試驗也將成為可能。

值得欣慰的是，我國政府大力鼓勵科研創(chuàng)新，因此我國異種器官移植的氛圍和環(huán)境有著歐美國家不可比擬的優(yōu)勢。此外，該領(lǐng)域相關(guān)的生物技術(shù)公司也在茁壯成長，其成長模式在我國乃至世界本身就是一種創(chuàng)新。在我國政府、籌資機構(gòu)和投資資本提供財政支助的情況下，其必將為異種器官移植研究和發(fā)展作出偉大的貢獻(xiàn)。