万能猪:开启人体“组装”时代?

钱炜

在中国，它们被称为“万能猪”；在美国，它们又被叫做“百万美元猪”。实际上，它们是为了解决人类器官移植供体短缺问题而生的。用万能猪身上的“零件”来供应移植所需要的器官，这听起来很“科幻”；可是，心急的患者已经纷纷打来要求“换猪肾”的电话

把猪的器官移植到人身上？这个听起来“荒唐”的主意，几乎让人无法接受！可是对于李琳来说，这个想法却显得有某种“现实感”：最近，她每天都会接到好几个电话，来电者都迫切地询问，能来你们这里“换猪肾”吗？

李琳是南京医科大学代谢疾病研究中心的工作人员。自从媒体披露她所在的机构正在进行“万能猪”的研究，为器官移植提供供体以来，实验室里的平静便时常被急不可耐的患者打破。

在中国，每年有150万患者亟需接受器官移植手术，而最终能够得到供体并接受移植的病人还不到1万人。中国红十字会与卫生部自2010年3月启动了“中国人体器官捐献试点”工作，南京也被确定为试点城市之一。可是一年来，这里的自愿捐献供体者为零。即使在过去的20年中，南京也只有3位志愿者捐献了器官。

移植供体短缺是一个世界性的问题，以美国为例，即使人们对器官捐献的态度比较积极，并建立了相对完善的“联合器官共享网络”，但仍有大约三分之一的病人在等待供体的过程中结束了生命。

患者渴望得到“猪肾”的心情，也许很难为常人所理解，但是它却反映了器官移植供体短缺的残酷现实。而实际上，“万能猪”的技术只是即将开始的动物实验，距离真正的大器官移植还有很长的路要走。

李琳的导师、负责该项目的南医大代谢疾病研究中心副主任戴一凡对《中国新闻周刊》记者表示，所谓“万能猪”，即能够为人体提供器官移植供体的“基因敲除猪”，在美国已有10年的研究历史。戴一凡在美国的时候，便是这一研究的主要参与者。

“万能猪”的身价和身世

在南医大新建的代谢疾病研究中心实验室里，不乏价值高达50万元人民币的先进仪器。但在戴一凡眼里，整个房间里最值钱的，是放置在角落里的一个外形像“煤气罐”的东西。实际上，这个液氮罐里冷冻储存的，是他从美国带回来的基因敲除猪细胞。按计划，这些细胞再过两个多月，就将变成活蹦乱跳的小猪。为了它们，一座全新的超洁净猪舍正在加紧建造当中。

“从表面上看，这些猪将和普通的猪没有什么区别，”戴一凡开玩笑说，“或者你可以认为，因为饲养全程无污染，所以它们的肉要比市场上卖的猪肉好吃，不过价格可就贵了！”实际上，这些被高科技改造了基因的小猪，在国外有一个更直接的名字能体现出它们的价值——“百万美元猪”。

对基因敲除猪的研究，美国匹兹堡大学Starzl器官移植研究所和由匹大医学中心控股的Revivicor公司在世界上居于领先水平。戴一凡归国前就先后任职于这两个机构。此前，他从1998年开始在英国PPL医疗公司从事这一领域的研究。如今PPL公司虽已倒闭，但却在医学史上留下了无法略过的一笔——1996年，它与英国罗斯林研究所合作，培育出了世界上第一只体细胞克隆哺乳动物“多利羊”。

人们通常所说的器官移植，是在“供体”和“受体”处于同一物种之间进行的，这种移植被称为“同种移植”。而面对器官供体的严重短缺，科学家开始尝试通过“异种移植”，即将一个物种的组织器官移植到另一个物种体内（例如，把猪的器官移植给人）来解决问题。这种从100多年前就开始的尝试鲜有成功者。在动物实验中，移植了猪器官的狒狒，大多会在1小时内就死去。这就是异种移植过程中，遇到的最棘手的问题——“超急性排斥反应”。

对于发生这种现象的原因，戴一凡解释说，猪体内有一种α—1，3半乳糖基转移酶基因（简称α—GAL基因），是狒狒与人等灵长类动物所没有的。在猪器官移植到人体以后，α—GAL基因所表达的糖分子就像入侵的敌人，会被人体内的抗体发现。抗体就像先头发射的导弹，与另一种具有免疫功能的物质——补体相互配合，很快就会把外来的器官排斥掉。

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试验中，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等。但这些做法的持续时间和效果都十分有限。而随着基因技术的发展，解决排斥反应最根本的办法，就是将猪的α—GAL基因用某种办法“敲除”掉。

“但是如果没有克隆技术，光能实现基因敲除是不行的。” 戴一凡解释说，所以在“多利羊”出世后，PPL公司便积极开展了另外一个大课题——克隆猪，目的就是为异种移植做前期技术准备。2000年，戴一凡与他的同事们便培养出了世界上第一批克隆猪。

为什么选择猪？

在戴一凡的实验室里，有一台和传真机差不多大小的仪器，看起来没有什么特别。可猪细胞就是在这台名叫“电穿孔仪”的仪器里发生同源基因重组，从而被敲除掉α—GAL基因的。有了敲除α—GAL基因后的猪细胞，就可以利用克隆技术在实验室里将其培育成带有敲除基因的卵子，再移植到代孕猪的身体里去。

利用体细胞进行电穿孔得到同源基因重组的成功率非常低。戴一凡等人从培育出第一只克隆猪，到后来获得基因敲除猪，花了两年的时间。2002年3月，一只粉嫩可爱、刚出世尚未满月的基因敲除猪登上了《自然》杂志生物科技分册的封面，同年，美国《发现》杂志将其列为当年100项重大科学新闻之一。

为什么要用猪而不用猴子或其他动物来做异种移植的供体呢？理由有很多。戴一凡列举说，首先是因为猴子太小，最大的猴子才20多公斤，它们的生长周期也长，要5～10年才能成熟，加上每胎只生一个，即使大量繁殖也来不及。而猪的很多生理指标都与人接近，比如人的平均体重为60公斤，小型猪为40～80公斤，人与猪的正常体温都是37～38摄氏度。对于器官移植需要最多的供体肾脏来说，猪的肾脏结构、肾小球滤过率、肾血流量及浓缩功能都与人相同，大小也与人的肾脏相近。

而另一方面，由于狒狒、猴子与人同属灵长类动物，所以有很多病毒可以和人类交叉感染，比如，艾滋病病毒HIV就是从猴子传到人群。

此外，从动物保护主义者的观点来看，他们对大动物实验本就非常敏感，如果再拿与人同属灵长类的猴子、狒狒做器官移植势必带来更大的反弹。

的确，自医学界开始异种移植的尝试以来，就遭到了来自宗教、伦理学以及动物保护组织的反对和阻扰。早在1682年，俄罗斯医生曾将狗的头盖骨移植到一位贵族受伤的头部，以封盖住伤口。这一做法招致了宗教界的强烈反对，他们要求医师将患者头上的狗骨取掉。

尽管招致争论，但除此以外的器官移植途径，在科研上更加遥不可及。戴一凡举例说，尽管目前用干细胞已经能培养出不同的组织，但这些组织进一步分化、生长成为复杂结构的器官，科研上还难以达到。匹兹堡大学医学院的大卫·库伯（David Cooper）曾参与了世界上第一例心脏移植手术，后转向异种移植研究领域，是国际异种移植协会的创始人之一。在他看来，利用干细胞培养器官进行同种移植，“这也许将在未来50年或100年内实现，而猪器官移植则要比这实际得多”。

“猪二代”以后……

对于异种移植的供体来说，敲除了α—GAL基因是意义重大的第一步。在动物实验中，狒狒在移植了基因敲除猪的肾脏后，就没有了“超急性排斥反应”。但是，它们却会在数周后的“急性排斥反应”中死去。

“这就等于，现在太阳已经被我们遮住了，却露出了满天的繁星。”戴一凡比喻说，由于异种移植排斥反应的原理复杂，在随后的研究中，他们挑出了“几个比较亮的星星”来重点解决。研究发现，如果对第一代基因敲除猪的基因作进一步修饰，就能起到更好的抗排斥效果。在过去的十年里，戴一凡和他的同事们培育出了α—GAL基因敲除+某一种单基因修饰的“第二代基因敲除猪”。他此次带回中国的，便是“二代猪”里结果最好的一种。

“这些液氮罐里的猪细胞只是新的起点。我们最终的目标是‘一劳永逸，为此还有很多研究要做。”南医大代谢疾病研究中心主任赵子建对《中国新闻周刊》表示。这位同样从美国匹兹堡大学回国的“海归”与戴一凡一直在科研上进行合作。

赵子建介绍说，不同器官的移植难度是不同的。目前，角膜、皮肤和胰岛将很快地进入动物实验阶段，而心脏、肝脏和肾脏等大器官，还需要在第二代基因敲除猪的基础上，对其基因做进一步的修饰，培育出第三代基因敲除猪。

在所有器官的移植中，肾脏移植的难度是最大的，即便在同种器官移植中也是如此。戴一凡说，因为肾脏里有大量丰富而又娇嫩的毛细血管，很容易受到损伤。 相比而言，肝脏本身就具有抗免疫排斥功能，并且再生能力较强，而心脏只是涉及到肌肉方面的问题，移植难度都比肾脏稍小。总体而言，大器官移植，还需要三五年的时间才能有望转入临床试验。

不过，戴一凡的想法也许仍属乐观。早在2006年，美国科学院院士、被誉为“肝脏移植之父”的托马斯·斯塔泽尔（Thomas Starzl）就曾表示，异种移植将在5年内进入到临床试验阶段。可如今5年过去了，异种移植的前进步伐并没有跟上这一预言。

困扰异种移植研究者们的另一问题是，猪体内有一种内源性逆转录病毒（PERV），整合在猪的基因里，技术上无法将其全部去除。根据过去多年的大动物实验，以及一些零星的人体试验，并没有发现受体感染上PERV病毒的案例。因此，目前大部分科学家都认为，该病毒对人体危险不大。

尽管无法证明未知的风险，人们对异种移植研究仍采取谨慎态度。美国食品与药品监督管理局（FDA）规定，异种移植试验的血样要在冰箱里保存50年。而戴一凡在南医大即将开展的动物实验，也将根据中国的规定，将猪的血样以及受体样品冷藏50年。

戴一凡心中有一个构想：研究出“个体化的”第四代基因敲除猪，即把个人的干细胞放在猪的胚胎里，使其定向分化成某一器官，以“定制”一头可专供特定个人移植的猪。到那时候，除了大脑以外，人身体上任一“零件”皆可“更换”。不过问题是，那时候，我们与猪还有多大的区别呢？★