一只可以“救命”的豬

倪妮

如果你的親人，或者你本人需要器官移植，你會介意這個器官來自于一只豬嗎？

2020年12月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準Revivicor公司的基因編輯豬GalSafe上市，它可用于食品和醫(yī)用領域。與常規(guī)豬不同，研究人員以基因工程技術敲除了豬細胞表面的α-半乳糖分子。

α-半乳糖分子廣泛存在于豬、羊、牛等“紅肉”哺乳動物的細胞表面。對于某些敏感人群，食用含有α-半乳糖的紅肉會引起過敏反應，嚴重程度從蕁麻疹到呼吸困難不等。敲除這一分子后，食用的過敏反應即可解除。

根據(jù)FDA介紹，GalSafe豬除了可以直接作為食品，還能作為生物反應器，提供豬肉材料來源，用于生產(chǎn)不含α-半乳糖的醫(yī)療產(chǎn)品，比如血液稀釋藥物肝素。不過Revivicor最想通過GalSafe實現(xiàn)的，是生產(chǎn)可以用于異種移植的器官。

美國衛(wèi)生部數(shù)據(jù)顯示，2019年，僅美國就有超過10萬人在等待合適的捐贈器官。而根據(jù)一份器官移植的研究進展報告，在全球范圍內(nèi)，由于器官短缺，90%需要器官移植的患者在等待過程中死亡。尋求人體以外的可替代器官就成了解決器官短缺的研究方向。

理論上，選擇與人親緣關系接近的靈長類動物作為移植來源是最佳方案，但靈長類動物數(shù)量少，臟器體積也偏小，且正是由于親緣近，更容易引發(fā)倫理上的爭議。而豬器官在尺寸和功能上與人體器官接近，加上其基因易于改造和修飾，通常被用來食用的豬如今就成為器官移植的一大潛在來源。

當然，把豬器官移植到人體上，免疫排斥反應仍然是重要障礙。GalSafe豬被敲除掉的α-半乳糖除了會讓人過敏，也正是導致免疫排斥反應的主要原因之一。因為動物進化到靈長類之后，體內(nèi)就不帶半乳糖了。

在2016年發(fā)布的一份報告中，Revivicor公司和美國國立衛(wèi)生研究院的研究人員表示，他們能夠讓GalSafe豬的豬心在狒狒身上存活2年半，其腎臟在猴子體內(nèi)也存活了6個多月。但值得注意的是，Revivicor彼時對于豬心的異種移植并非原位移植，狒狒仍然保留自己的心臟，只是豬心被移植到狒狒的腹部—這種方法被稱為異位移植，將器官跟受體動物的循環(huán)系統(tǒng)連接起來，看它是否會被受體動物排斥。

Revivicor并不是唯一一家用基因豬做器官移植的機構。韓國忠南大學和MGEN公司就曾克隆出擁有人類免疫基因的迷你豬。而2018年，德國慕尼黑Walter Brendel試驗醫(yī)學中心的BrunoReichar t團隊也曾將基因編輯過的豬心移植到狒狒身上，與Revivicor不同的是，這個團隊做的是同位移植實驗，即用豬心臟完全替代狒狒心臟，在那一年，Bruno Reichart的團隊實現(xiàn)的最長存活記錄是195天，突破了此前科研界57天的紀錄。

這個團隊對基因豬器官移植研究的進展做出了幾項貢獻：首先，研究人員改進了豬心離體后的保存方式，以延長器官的保存時間。同時，研究人員也使用藥物雷帕霉素來抑制豬心的發(fā)育速度。雷帕霉素有免疫抑制以及抗增殖作用，通常被用于預防器官移植手術后的排異反應，以及用作經(jīng)皮冠狀動脈治療（PCI）手術里冠脈支架上的涂層，用以預防血管再狹窄。此外，2017年，以美國eGenesis公司為首的研究團隊表示，他們已實現(xiàn)敲除豬種群基因組里的PERV（內(nèi)源性逆轉錄病毒），PERV也被視為阻礙豬為人提供器官的主要障礙。

Revivicor這個名字可能不太為人熟知，但其前身PPL Therapeutics聲名顯赫—全球第一只克隆羊“多莉”的創(chuàng)造者。

PPL Therapeutics最初主打的產(chǎn)品是轉基因乳腺生物反應器，就是讓一些生物活性物質能夠以羊奶或者牛奶為載體表達出來，這些物質可以用于治病。但最終，其產(chǎn)品沒有獲得批準走向臨床。2002年，PPL Therapeutics破產(chǎn)。次年，PPLTherapeutics的美國團隊成立Revivicor，這是一家再生醫(yī)學公司，主要為治療退行性疾病生產(chǎn)替代性組織來源，產(chǎn)品線包括針對糖尿病的胰島素生產(chǎn)，以及針對器官移植的替代性豬腎臟、豬心臟、豬肝臟器官。

Revivicor的官網(wǎng)介紹里特意寫道：“調控T細胞基因表達的下一代基因豬目前正在生產(chǎn)和測試中。”異體移植排斥反應由T細胞攻擊引起，T細胞是人體免疫防御系統(tǒng)的一部分，它能識別出特殊的外來信號。在異體移植中，免疫排斥反應主要是通過持續(xù)的藥物治療來控制。Revivicor的方法則是在豬身上添加或者減少能影響T細胞反應的基因。

中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員賴良學也很早就開始做基因豬的異種器官移植方面的研究。1998年，他前往美國密蘇里大學攻克基因編輯豬技術。與Revivicor所做的事情一樣，賴良學所在的團隊也在做半乳糖基因敲除豬產(chǎn)品。2002年1月，賴良學以第一作者的身份在權威雜志《科學》（Science）上發(fā)表文章，宣布成功培育出全球第一例基因敲除基因豬。賴良學對《第一財經(jīng)》雜志表示，密蘇里大學團隊用的是小型豬，Revivicor用的是大型豬。但兩個團隊的目的是一樣的，都是為了解決將豬器官移植到人體后的免疫排斥問題。

彼時，基因編輯還未像現(xiàn)在這樣得到快速發(fā)展，賴良學所在的團隊采用的還是相對傳統(tǒng)的同源重組技術。這一技術基于1980年代中后期DNA同源重組的原理發(fā)展而來，利用胚胎干細胞的顯微注射來實現(xiàn)同源序列DNA分子之間或者之內(nèi)的重新組合。“那時還沒有高效的基因編輯技術，做基因編輯的成功率很低。”賴良學說。

根據(jù)賴良學的介紹，基因豬主要包含普通轉基因和基因打靶兩種。普通轉基因豬通常是將外源基因置入豬的細胞里，讓豬表達出它沒有的基因，或者它自己有但是表達弱的基因;基因打靶是指“剪切”豬基因的特定位置。基因打靶主要有兩種功能：一種是基因敲除，即把某段基因去掉;一種是基因敲入，即把某個基因放到某個地方。

韓國曾培育出擁有人類免疫基因、用于器官移植的基因豬。

經(jīng)典的基因打靶技術效率低，難度大。直到20 09年前后，基于核酸酶的新型基因編輯工具陸續(xù)問世，比如ZFN、TALEN和CRISPR/Cas9大幅度提升了基因編輯操作的效率和通量，這三種技術又分別被叫作一代、二代及三代基因編輯技術。隨著技術的更迭，它們被越來越多地用于尋找針對多種基因疾病的療法，在諸如抗病性方面做性能改造，以及改良動物、植物的新品種，提高它們的生產(chǎn)效率。

盡管基因編輯工具的進步極大提高了基因改造的精準性和效率，異種移植器官走向應用仍面臨很大的挑戰(zhàn)。軟骨、角膜類相對簡單的器官可能應用起來相對較快，像腎臟、心臟一類功能復雜的高級器官則會緩慢一些。

國際異種移植指導委員會對異種移植研究進入臨床提出的前提是“60%的動物實驗受體存活時間超過3個月，至少有10例連續(xù)的移植實驗”。而臨床試驗的目標是：永久性替換原有器官，必須有超過50%的受體生存時間長于6個月。

“有很多器官衰竭終末斯的病人如果不及時做器官移植可能會很快死掉。其中一個思路是，如果先做異體器官移植，即使只能幫助延長患者半年的壽命，可能患者就可以等到合適的人體器官，然后再做移植，這可能就是豬器官移植的市場。”中國科學院動物研究所干細胞與生殖生物學國家重點實驗室研究員趙建國對《第一財經(jīng)》雜志說。

但實現(xiàn)對豬的基因組的高效改造，更重要的基礎工作是加強對豬的基因組信息的了解，挖掘更多影響性狀的基因信息。“我們對豬的基因組的了解，還遠遠不夠。”趙建國說。

實際上，在Ga lSa fe豬之前，美國也出現(xiàn)過基因編輯動物上市的案例。2015年，F(xiàn) DA批準AquaBounty公司的AquAdvantage轉基因三文魚可上市用于食用。這種魚的生長速度大約是傳統(tǒng)養(yǎng)殖三文魚的兩倍—傳統(tǒng)三文魚要成長到市場規(guī)模，至少需要3年時間。

AquaBounty開發(fā)轉基因三文魚主要基于經(jīng)濟效益的因素。根據(jù)這家公司對《第一財經(jīng)》雜志的回復，AquAdvantage三文魚除了生長速度更快，飼養(yǎng)效率也更高，可以在每個養(yǎng)殖周期獲得更大的產(chǎn)量。而且它可以在陸地上的消費區(qū)附近養(yǎng)殖，從而降低運輸成本。

但更快更省錢的三文魚產(chǎn)品并未收獲市場認可。盡管已獲監(jiān)管機構批準，該產(chǎn)品卻遲遲未能在美國上市，原因就在于輿論對于轉基因食品的抵制。2016年，美國國會對FDA發(fā)出指令，禁止任何含有轉基因成分的產(chǎn)品在美國市場銷售，除非給產(chǎn)品貼上標簽，告知消費者轉基因信息。這一禁令直到2019年才解除。

GalSafe豬與AquaBounty的三文魚產(chǎn)品都使用了基因工程技術，但不同點在于，轉基因是把外源基因置入到目標基因里，GalSafe豬這類產(chǎn)品是對本身的基因改造，只是通過基因敲除或者單堿基替換的方式給基因片段做“加減法”，沒有帶入外源基因，這也是研究人員認為產(chǎn)品沒有額外風險的原因。

每個國家對于不同類型的基因編輯生物的政策也略有不同。日本、巴西、阿根廷等國對基因編輯生物上市的監(jiān)管相對更寬松和靈活，對于未導入外源基因的基因編輯生物與轉基因生物區(qū)別管理，應用上更開放。歐盟和新西蘭則仍將前者視作轉基因生物，實行嚴格監(jiān)管。

中國目前也尚未出臺專門的基因編輯生物的管理政策，所有相關產(chǎn)品都只能按照轉基因生物管理，比如南京堯順禹生物技術有限公司研發(fā)的基因編輯黃顙魚，就正在申請“漫長”的安全評價審查。堯順禹生物借助基因編輯技術敲除了黃顙魚的生長抑制基因，從而使魚可以快速增長。“現(xiàn)在轉基因生物的管理模式比較復雜和嚴格，需要評估生態(tài)安全，看周邊物種有沒有變化，這就要花費4到5年時間。”公司副總裁王明開對《第一財經(jīng)》雜志說。

很多基因編輯生物領域人士都曾表示，應對基因編輯和轉基因分開管理，給予基因編輯技術更大空間。如果按照基因變異的來源分類，基因變異可以分為自然突變、物理和化學方式人工誘變，以及涵蓋基因編輯技術在內(nèi)的生物誘變?nèi)N。研究人員認為，通過基因編輯技術誘變的新品種本質上與自然界自然突變的品種類同。但也有質疑方對基因編輯生物的不可控性表示擔憂，比如基因編輯過的動植物在多代繁衍后可能會出現(xiàn)不可逆的致病性狀等等無法預測的后果。

FDA的審查文件也分析了GalSafe豬的食用安全問題：GalSafe豬的飼養(yǎng)條件要比傳統(tǒng)養(yǎng)殖的豬嚴格得多，在管理良好的商業(yè)化養(yǎng)殖條件中，Galsafe并沒有動物安全問題。但改造目的基因的同時有可能會影響其他基因的表達，比如是否會表達出新的蛋白。所以，“在產(chǎn)品投入市場前，仍然需要安全評估可能的風險”。

Galsafe豬的獲批，當然是基因編輯領域里一個利好的信號，但Revivicor表示，豬肉生產(chǎn)并不是公司主要的業(yè)務方向。其獲批上市的產(chǎn)品不會在商超里售賣，Revivicor也不會直接參與銷售，對帶有α-半乳糖分子的豬肉過敏的消費者需要向第三方下訂單，才能買到Revivicor的豬肉產(chǎn)品。

豬器官的異種移植才是這家公司的重點和未來方向。

在嘗試做心臟置換之前，Revivicor計劃先從腎臟移植開始。他們正在等待正式的人體試驗，如果順利的話，臨床試驗今年就會開始。來自波士頓的一家公司已經(jīng)在測試GalSafe豬的皮膚移植方式，看它是否能作為燒傷患者自身皮膚再生的治療選擇。“我們的最終目的是，真正實現(xiàn)器官的‘無限制供應。”Revivicor CEO DavidAyares曾如是說。