生命的礼物异种器官移植会是疾病治疗的

器官移植是人体终末期器官功能衰竭的唯一治愈手段，但由于供体的缺乏，临床器官移植已接近极限。以猪器官移植为供体来源的临床异种器官移植或是解决这一问题的终极方法。

根据美国器官获取和移植网络的数据，目前美国约有.7万人正在等待移植器官，其中只有少数人能够等到器官，而大部分人仍在等待。尽管美国超过半数的成人都注册成为器官捐献者，但06年只有3.3万多人接受了器官移植。

图片来自：美国卫生与公众服务部（HRSA）

在我国，根据不完全统计，每年约有50万人需进行器官移植，但每年器官捐献者的人数仅约万，在庞大的需求面前，解决器官移植供体来源的问题在我国显得尤为紧迫。

全文内容

·异种器官移植的历史发展

·异种器官移植的两种技术进展

·异种器官移植的最新专利情况

·异种器官移植的产业前沿

·技术进步带来的生命伦理难题

全文共字

异种器官移植的历史发展

人类很早就开始探索异种器官移植，并做了大胆的尝试。

·年，有资料显示，法国医生Princeteau将兔肾切片移植到人的肾包膜下用来治疗尿毒症，结果无效。之后，他把家兔肾移植给一个肾衰竭的儿童，术后移植肾排尿良好，但患儿术后6天死于肺部感染。

·90年，俄国医生为了给病人提高活力，将黑猩猩的睾丸切片植入老年男子的阴囊内，到年，已有数百人进行了这种手术。女性也进行了猩猩卵巢组织的移植用来解决更年期症状。

·年，美国完成了首例异种肝脏移植的临床尝试。

·年，南非医生实施了第一例人类心脏移植手术。

·年，只狒狒的心脏被植入一名婴儿体内，但病患在术后数周内死亡。

·年，研究者去除了猪细胞表面一个免疫识别蛋白，这种猪作为器官供体，免疫系统被药物抑制的狒狒为受体，尝试了人类史上第一次借助于遗传工程的异种心脏异位移植，最后这些心脏在接受器官者的体内平均存活了9天。

·年美国明尼苏达州立大学干细胞科学家在实现了人造心脏，从人体捐献者或其他动物身体上提取器官，然后用温性洗涤剂去除器官上的肌肉、细胞和DNA，只保留"免疫惰性"蛋白质的内部"脚手架"蛋白，从相关患者体内提取干细胞附加在这个"裸体脚手架"上，来自患者体内的干细胞在培育过程中会起到主体免疫功能，避免了由于移植器官导致的感染。

·0年月，韩国尝试异种移植，科研人员将GTKO猪的肾脏移植到食蟹猴身上，先后进行了0多次的肾脏和心脏的异种器官移植，实验结果是肾脏最长的生存时间为3天，心脏最长的生存时间为43天。

·0年月8日Lancet发表“Clinicalxenotransplantation:thenextmedicalrevolution?”文章报道了异种器官移植的临床前研究的最新进展，并认为异种移植的临床前研究的成就，使得临床异种器官移植正在变成临床现实。

Fig：Longestsurvivaltimesoforganandcellxenotransplantationfrompigstonon-humanprimates

·08年德国慕尼黑大在Nature报道基因改造猪-狒狒心脏原位移植，受体存活超过6个月，该结果提示临床原位心脏移植已经完成临床前实验，已经做好启动临床试验的准备。

·00年0月5日，Circulation上发表了“ProgressTowardCardiacXenotransplantation”文章，对异种猪来源的心脏作为人的移植供体的研究进展进行了报道，提示异种猪心脏移植可以延长心衰患者生命。

异种器官移植两种技术的科研进展

以猪器官移植为代表的异种器官移植为器官移植供体不足的难题带来了新的解决方案。异种器官移植目前常规的操作主要有三种：异种器官移植（xenotransplantation）、异种嵌合（interspecieschimaeras）和类器官（organoid），本文将着重前两种技术，分析其科研进展，探究领域的产业动态以及伦理与政策的未来风向。

基因编辑技术赋能的异种器官移植

异种器官移植在CRISPR工具出现后，迎来了新的发展。基因编辑技术的重大进步使科学家们培育出了基因工程动物，主要是猪。科学家认为它们的器官更容易被人体免疫系统接受。基因工程技术甚至有可能改造动物器官，使之比人类器官更适合人类。这项技术的出现从微观上赋能了异种器官移植。

年，戴一凡和DavidL.Ayares团队合作在Science发表文章Productionofalpha,3-galactosyltransferase-deficientpigs。从猪器官中完全取出α,3Gal是异种器官移植成功的关键一步。本研究通过连续3轮克隆获得4头健康的α,3Gal双基因敲除母仔猪。携带α,3Gal基因点突变的仔猪具有重要的价值，因为它们可以生产不含抗生素耐药基因的α,3Gal缺陷猪，从而有可能制造出供人类使用的更安全的产品。

GeorgeM.Church杨璐菡的研究团队在猪的基因编辑领域取得重大进展，以下梳理他们在这一领域的研究进展。

·05年月7日，杨璐菡作为第一作者，与GeorgeChurch作为共同通讯作者，在Science杂志发表题为：Genome-wideinactivationofporcineendogenousretroviruses(PERVs)的研究，研究团队阐明了在猪肾上皮细胞系(PK5)根除所有PERVs的过程，研究人员首先确定PK5PERV的拷贝数为6，随后使用CRISPR-Cas9破坏PERVpol基因的所有拷贝，并证明经基因工程处理后的细胞在向人类移植后，PERV对人类细胞的传染程度降低了%以上。

该研究证明了猪-人异种移植临床应用中实现PERVs灭活的可能性。这项工作扫除了0多年前发现猪内源性逆转录病毒后在这个领域的最大的安全障碍，也重新燃起了大家对异种器官移植的信心。

·07年9月日，杨璐菡作为通讯作者在Science杂志发表题为InactivationofporcineendogenousretrovirusinpigsusingCRISPR-Cas9的封面论文

该研究利用CRISPR-Cas9技术在猪原代细胞系中灭活了所有PERV，并通过体细胞核转移生成了PERV灭活猪。成功克隆世界首批内源性逆转录病毒活性灭活猪，为解决了异种器官移植临床化安全性问题提供了新方法，但由于尚无证据显示内源性逆转录病毒能否感染人类，和灭活后内源性逆转录病毒再感染的问题无法完全避免，其临床意义尚需进一步评估。

·00年9月日，在NatureBiomedicalEngineering上发表题为Extensivegermlinegenomeengineeringinpigs的文章，杨璐菡博士带领的研究团队成功地做出了第一代可用于临床的异种器官移植雏形——“猪3.0”，加速了做出和人类免疫兼容的细胞和器官产品的进程，创造出第一个独特的临床异种器官移植雏形：其同时具备了去除猪内源性逆转录病毒（PERV）及增强异种器官的免疫兼容性两个功能。

Fig.TheengineeringofPERVKO·3KO·9TGpigs.

在这项工作中，研究人员将CRISPR-Cas9和转座子技术结合在一起，培育出了一种特别的猪，其具有3个独立的基因修饰，研究第一次将敲除PERV和免疫排斥（3个基因）改造同时进行，培育出健康且器官功能完整的猪，初步细胞实验表明人体对这些猪的细胞的免疫排斥反应降低了90%，修改了猪与人之间免疫和凝血方面的不兼容性，并根除了猪内源性逆转录病毒（PERV）。同时，该基因工程猪和其器官都具有正常的生理特征、生育能力以及转基因向下一代传递的能力。

该研究推出了迄今为止基因编辑最广泛的猪，是目前在全球范围内最接近于将猪作为人体器官移植的供体，为异种器官移植奠定了基础，但目前仅为体外实验，尚缺乏动物，特别是大动物体内实验数据，其临床意义尚需进一步研究。

·与此同时，中科院深圳先进院于寅团队，医院邹立津团队，浙江大学基础医学创新研究院王刚团队亦联合推出了广泛基因编辑小型猪“拯救者”，并在世界范围内率先完成广泛基因编辑猪-非人灵长类异种皮肤移植。

异种移植物在完全无免疫抑制剂的情况下生存5天，大大超过先前单基因编辑猪异种皮肤移植物3天的纪录，相关结果发表在预印版平台BioRxiv的合成生物学板块，目前该团队已经展开临床者发起临床试验，完成数例烧伤病人的猪异种皮肤移植，临床异种移植已经成为临床现实。

异种嵌合体研究解锁的异种器官移植

异种嵌合研究从广义上将大批量人类外源基因导入动物胚胎细胞中，为体外大量制备人类多能干细胞提供了新的可能，也是异种器官移植的新希望。

0年4月5日，国际顶级期刊Cell杂志发表了来自中-美两国研究团队的合作论文，“Chimericcontributionofhumanextendedpluripotentstemcellstomonkeyembryosexvivo”研究者们首次创造了人-猴嵌合胚胎，并对其发育过程中细胞通讯、互作进行了探索。将具有高分化能力的人类多能干细胞注射到猴子的囊胚中，然后在体外进行培养。研究人员发现，多能干细胞不但能够在猴胚胎中生长，而且还能整合到猴胚胎的组织发育中。

该研究首次创造了人-猴嵌合胚胎，并对其发育过程中细胞通讯、互作进行了探索。这是异种嵌合研究的一大突破，被称为干细胞和异种嵌合领域的一个里程碑，也是器官再生研究的重要基石。

在该领域，东京大学的中内启光团队前期在小鼠中进行了系列实验，生成了小鼠-大鼠嵌合体并成功在嵌合体大鼠体内产生了完全由小鼠细胞构成的胰腺，并可通过移植胰腺治疗糖尿病小鼠。

·00年9月3日，东京大学中内启光团队在Cell期刊发表文章，Generationofratpancreasinmousebyinterspecificblastocystinjectionofpluripotentstemcells生成了小鼠-大鼠嵌合体。

研究团队将小鼠野生型PSCs注入Pdx?/?(胰腺发生障碍)小鼠的囊胚，实现了胰腺“形成位置”的补偿性形成，生成了几乎完全源自PSCs的胰腺。为研究异种囊胚互补的可能性，研究人员将小鼠或大鼠PSCs分别注入大鼠或小鼠囊胚中，生成种间嵌合体，进而证实PSCs能够促进小鼠和大鼠之间的异种生成。

研究团队进一步将大鼠野生型PSCs注入Pdx?/?小鼠的囊胚，在Pdx?/?小鼠中生成功能正常的大鼠胰腺。研究数据证明，种间囊胚互补和利用供体PSCs在异种体内进行器官体外生成在原理上可行。

·07年月5日，中内启光团队在Nature期刊发表文章，Interspeciesorganogenesisgeneratesautologousfunctionalislets，研究在嵌合体大鼠体内产生了完全由小鼠细胞构成的胰腺，并能够通过移植胰腺治疗糖尿病小鼠。

Fig:GenerationofapancreaticratsbyTALEN-mediatedmutagenesis.

研究通过进行反向实验，将小鼠多能干细胞（PSCs）注射到Pdx-缺陷的大鼠囊胚中，我们生成了由小鼠PSCs来源的细胞组成的大鼠大小的胰腺。随后将这些小鼠-大鼠嵌合胰腺制备的胰岛移植到链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠体内。在没有免疫抑制的情况下(不包括移植后的前5天)，移植胰岛成功地使宿主血糖水平正常化并维持了多天。

这项原理验证研究展示了一个物种的器官是如何在另一个物种体内生长的，或许有助于在未来生产出可供移植的人类组织。

在人体细胞嵌合研究中，JuanCarlosIzpisuaBelmonte团队、北京大学邓宏魁团队分别成功培育人猪嵌合体和人鼠嵌合胚胎。

·07年月6日，JuanCarlosIzpisuaBelmonte团队在Cell杂志发表文章InterspeciesChimerismwithMammalianPluripotentStemCells研究将人类干细胞注入猪胚胎中，借助CRISPR技术首次成功培育出人猪嵌合体胚胎，并在猪体内发育了3到4周时间。这是干细胞研究领域的里程碑。该研究的最终目标是在动物体内培育出可供移植的人类细胞、组织和器官。

研究首先，利用CRISPR技术删除猪胚胎内形成器官的关键基因，创造遗传“空位”；其次，把人类诱导多能干细胞注入猪胚胎内。

研究小组将超过个人猪嵌合体胚胎植入到4只代孕母猪体内，一个月后，有86个胚胎存活。然而，许多胚胎远小于正常胚胎，似乎长得更慢。

·07年4月6日，北京大学邓宏魁团队和JuanCarlos团队在Cell上发表了题为DerivationofPluripotentStemCellswithInVivoEmbryonicandExtraembryonicPotency的文章，研究发现人类多能干细胞（EPS）在小鼠受孕过程中表现出种间嵌合能力，并首次在体外建立了具有胚内和胚外发育潜能的干细胞系EPSC，实现了人鼠嵌合胚胎。

本研究为在培养中捕获具有胚胎外发育潜能的多能干细胞迈出了第一步。

异种器官移植的最新专利情况

0年4月日，NatureBiotechnology发布了与用于异种移植领域的细胞、组织和动物的生产有关的最新专利。内容来自美国专利和商标局。

异种器官移植的产业前沿

国外致力于该领域有代表性的公司如eGenesis、Re

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