文 | 動(dòng)脈網(wǎng)

2024年，異種器官移植進(jìn)入了臨床研究爆發(fā)的元年。

2024年1月，世界首例利用小型豬肝臟對(duì)腦死亡患者進(jìn)行體外灌注手術(shù)完成。手術(shù)中用到的動(dòng)物肝臟，來(lái)自eGenesis公司開(kāi)發(fā)的基因編輯小型豬。這個(gè)豬肝臟在體外維持患者肝功能長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)，過(guò)程中沒(méi)有觀察到排斥反應(yīng)的跡象，患者肝臟保持了穩(wěn)定的血流、壓力和pH值。同年3月，在取得FDA“同情使用”許可后，麻省總醫(yī)院對(duì)一名患者進(jìn)行了異種腎臟移植手術(shù)，他們所采用的腎臟，來(lái)自一頭經(jīng)過(guò)69處基因編輯的小型豬。盡管這名患者最終在5月份就不幸去世，但在異種移植術(shù)后的一段時(shí)間，患者曾恢復(fù)狀態(tài)良好，這無(wú)疑給異種移植帶來(lái)了希望。

在國(guó)內(nèi)，2024年3月，西京醫(yī)院專家團(tuán)隊(duì)首次將一顆基因編輯豬肝臟移植，到一名50歲的腦死亡男性體內(nèi)。術(shù)后24小時(shí)，受體血流動(dòng)力學(xué)平穩(wěn)，移植肝臟膽汁分泌良好，B超顯示移植肝臟血供良好，病理檢查也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)排斥反應(yīng)，手術(shù)本身宣告成功。

隨著異種移植器官能夠維持患者生命的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，相關(guān)研究密集進(jìn)入臨床，作為異種器官重要供體的小型豬，也開(kāi)始站上風(fēng)口。

基因編輯技術(shù)把小型豬推向風(fēng)口

一直以來(lái)，經(jīng)過(guò)人工培育的小型豬，都是生命科學(xué)研究中重要的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

實(shí)驗(yàn)小型豬的器官大小、生理結(jié)構(gòu)與人類相仿，是研究人類復(fù)雜、疑難疾病的很適宜模型。在生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，小型豬模型主要被用于人類心血管疾病模型、藥效學(xué)、免疫系統(tǒng)、藥物耐受性、過(guò)敏反應(yīng)、藥物代謝、創(chuàng)傷修復(fù)等方面的研究。比如，小型豬解剖學(xué)、生理學(xué)特征與人類相似，可以被廣泛用作疾病模型進(jìn)行基礎(chǔ)研究和藥物篩選，這主要應(yīng)用在糖尿病、心血管疾病、癌癥等領(lǐng)域的新藥研發(fā)中。再如，由于小型豬與人類在生理功能、酶活性上有較高的相似性，也常被用于開(kāi)展經(jīng)皮膚給藥制劑的藥代動(dòng)力學(xué)研究。

不過(guò)，相比實(shí)驗(yàn)猴、實(shí)驗(yàn)大小鼠等應(yīng)用更成熟的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)小型豬的這些優(yōu)點(diǎn)并不足以讓它們?cè)谏茖W(xué)實(shí)驗(yàn)室中廣泛流行起來(lái)。實(shí)驗(yàn)小型豬的真正爆發(fā)，是在基因編輯技術(shù)被引進(jìn)來(lái)之后。通過(guò)基因編輯技術(shù)，針對(duì)性地改變小型豬，可以提高其作為模型動(dòng)物的適用性和精確性。

比如，在糖尿病小型豬模型的構(gòu)建中，如果只是采用高脂飲食，會(huì)誘發(fā)小型豬出現(xiàn)肥胖、糖耐量異常等表型，但一般不會(huì)導(dǎo)致糖尿病，需要聯(lián)合應(yīng)用其他手段破壞胰島β細(xì)胞，比如鏈唑霉素、四氧嘧啶和基因修飾技術(shù)等。

更重要的是，由于豬器官大小、生理結(jié)構(gòu)和功能與人體同類器官相似，在無(wú)法獲得人體捐獻(xiàn)器官的情況下，豬器官被認(rèn)為是最接近的替代品。在異種器官移植中，免疫排異反應(yīng)是最主要的挑戰(zhàn)。由于供體和受體之間存在巨大的遺傳差異，受體的免疫系統(tǒng)會(huì)將異種器官視為“非己”成分并進(jìn)行攻擊，從而引發(fā)強(qiáng)烈的排斥反應(yīng)。

通過(guò)基因編輯，研究者能夠?qū)w器官進(jìn)行改造，從而降低或消除人體對(duì)其的免疫排斥反應(yīng)。其中，比較主流的基因編輯技術(shù)是CRISPR-Cas9。具體而言，實(shí)驗(yàn)小型豬的研究者可以利用CRISPR-Cas9技術(shù)，來(lái)敲除引起排異反應(yīng)的基因、引入人類基因以增強(qiáng)兼容性、消除內(nèi)源性病毒、調(diào)節(jié)血小板凝血和抑制免疫反應(yīng)。

比如，在前述麻省總醫(yī)院進(jìn)行的異種腎臟移植中，eGenesis對(duì)尤卡坦迷你豬進(jìn)行了69處基因編輯，敲除與超急性排異反應(yīng)有關(guān)的基因、內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERVs）基因的同時(shí)，添加了參與調(diào)控排異反應(yīng)的人類基因。而在西京醫(yī)院的異種移植手術(shù)中，合作方中科奧格通過(guò)基因編輯技術(shù)敲除了豬對(duì)人的三個(gè)主要異種抗原，并轉(zhuǎn)入了兩個(gè)補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白和一個(gè)抗凝血蛋白，從而降低免疫排斥反應(yīng)，使豬器官更適合作為人類移植的供體。

除此之外，通過(guò)基因編輯技術(shù)，科學(xué)家們還能夠調(diào)節(jié)豬的血小板凝血功能，并引入新的基因來(lái)抑制免疫反應(yīng)，從而降低移植后出現(xiàn)排斥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。除了CRISPR/Cas9技術(shù)，研究人員還通過(guò)自主建立的多基因精準(zhǔn)編輯技術(shù)，成功獲得了一些特定基因缺失的小型豬模型，如ApoE和LDLR雙基因缺失豬，可以用于進(jìn)一步研究和應(yīng)用。

誠(chéng)然，無(wú)論采用何種基因編輯技術(shù)，都還不足以解決異種器官移植中的全部復(fù)雜問(wèn)題。但基因編輯技術(shù)在精準(zhǔn)改造實(shí)驗(yàn)小型豬的應(yīng)用中日趨成熟，無(wú)疑讓異種器官移植這種大膽的醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，往臨床落地邁開(kāi)了一大步。

FDA已經(jīng)批準(zhǔn)4款基因編輯動(dòng)物

近年來(lái)，在海外，將動(dòng)物進(jìn)行基因編輯，作為食品、藥品的來(lái)源，或者直接作為食品、藥品，已經(jīng)成為大健康創(chuàng)新中不可忽視的趨勢(shì)。一些通過(guò)基因編輯的動(dòng)物已經(jīng)取得了相關(guān)資質(zhì)，正式進(jìn)入常規(guī)市場(chǎng)進(jìn)入市場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今，F(xiàn)DA已經(jīng)先后批準(zhǔn)了4款與基因編輯動(dòng)物相關(guān)的產(chǎn)品上市。

首先是作為生物反應(yīng)器的基因編輯動(dòng)物。2009年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了一種遺傳性抗凝血癥藥物Atryn上市，這是全球首個(gè)獲批的抗凝血酶重組蛋白產(chǎn)品。Atryn由GTC Biotherapeutics公司開(kāi)發(fā)，以基因編輯山羊作為生物反應(yīng)器。通過(guò)基因編輯技術(shù)，GTC Biotherapeutics的研發(fā)人員將人抗凝血酶基因?qū)肷窖虻娜橄偌?xì)胞，從而使得這些山羊能夠生產(chǎn)出人抗凝血酶蛋白。這種在人體內(nèi)可以作為天然的血液稀釋劑，預(yù)防和治療急慢性血栓，對(duì)抗凝血酶缺失癥。

Atryn也是首款獲批由基因編輯動(dòng)物產(chǎn)生的藥物，打開(kāi)了基因編輯動(dòng)物作為未來(lái)藥物工廠的可能性。

此后，在2015年，又FDA批準(zhǔn)了一種轉(zhuǎn)基因雞，用于生產(chǎn)罕見(jiàn)病藥物Kanuma。Kanuma是溶酶體酸性脂肪酶缺乏癥患者的第一種治療藥物，由Alexion公司開(kāi)發(fā)。Kanuma從經(jīng)過(guò)基因工程處理的雞的蛋清中提取。它的功能，是取代人體中的一種錯(cuò)誤的酶，讓人體重新獲得分解細(xì)胞中脂肪分子的能力。對(duì)于Kanuma的商業(yè)化前景，Alexion公司十分樂(lè)觀。Alexion公司預(yù)計(jì)，Kanuma最終可能帶來(lái)超過(guò)10億美元的年銷售額，這將有助于其在罕見(jiàn)病領(lǐng)域保持增長(zhǎng)。

其次，基因編輯動(dòng)物本身，也可以直接作為食物（未來(lái)也可能作為藥物）獲批上市。2015年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)AquAdvantage鮭魚上市，成為歷史上首個(gè)獲批的基因編輯食品動(dòng)物。在美國(guó)，轉(zhuǎn)基因食品上市需要通過(guò)FDA批準(zhǔn)。AquAdvantage鮭魚由AquaBounty Technologies公司開(kāi)發(fā)，在基因組中插入了來(lái)自奇努克鮭魚（Chinook Salmon）的生長(zhǎng)激素基因和來(lái)自大洋鱈魚（Ocean pout）的抗凍蛋白基因。經(jīng)過(guò)基因編輯后，AquAdvantage鮭魚可以在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到市場(chǎng)重量，不需要更多食物喂養(yǎng)，并且對(duì)環(huán)境的影響更輕。數(shù)據(jù)顯示，AquAdvantage鮭魚可以在18個(gè)月時(shí)達(dá)到市場(chǎng)大小，而傳統(tǒng)非轉(zhuǎn)基因鮭魚則需要3年時(shí)間。

盡管FDA經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)20年的嚴(yán)格審查后，確認(rèn)了AquAdvantage鮭魚與傳統(tǒng)大西洋鮭魚一樣安全且營(yíng)養(yǎng)相同， 加拿大衛(wèi)生部也在2016年批準(zhǔn)了其在加拿大銷售，但AquAdvantage鮭魚的商業(yè)化進(jìn)展卻并不順利。由于公眾輿論的反對(duì)，AquAdvantage鮭魚在美國(guó)市場(chǎng)的推廣受到了限制。2018年，AquaBounty公司虧損超過(guò)1億美元，多次瀕臨破產(chǎn)。

到了2023年12月，F(xiàn)DA加大了對(duì)基因編輯動(dòng)物的支持力度，批準(zhǔn)一款基因編輯豬上市，可以同時(shí)用于人類食用和醫(yī)療用途。這款基因編輯豬名為GalSafe豬，由Revivicor公司研發(fā)。Revivicor公司上一次為人們熟知，是為全球首例豬心臟移植人體手術(shù)提供了基因編輯豬心臟。2022年1月，美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)為一名患者移植了一顆豬心臟，這是盡管患者只存活了60天，但術(shù)后，這顆豬心臟功能良好。

經(jīng)過(guò)基因編輯，GalSafe豬體內(nèi)缺少一種會(huì)引發(fā)過(guò)敏反應(yīng)的α-半乳糖甘酵素（Alpha-Gal）分子。一方面，GalSafe豬本身可以直接作為食物，提供給患有α-半乳糖甘酵素綜合征的患者，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)敏反應(yīng)。另一方面，GalSafe豬還被作為生物反應(yīng)器，來(lái)制造對(duì)α-半乳糖甘酵素綜合征患者更安全的肝素。值得注意的是，由于α-半乳糖甘酵素可能會(huì)導(dǎo)致移植器官出現(xiàn)排異反應(yīng)，敲掉了這種基因的GalSafe豬，在器官移植方面也頗有前景。

在異種器官移植中，基因編輯小型豬本質(zhì)上也是目標(biāo)器官的生物反應(yīng)器，但基因編輯小型豬器官進(jìn)入臨床應(yīng)用的過(guò)程會(huì)更復(fù)雜，除了基本的生物技術(shù)突破外，還涉及動(dòng)物福利、醫(yī)學(xué)倫理、臨床技術(shù)等多方面的問(wèn)題。但基因編輯動(dòng)物相關(guān)產(chǎn)品的陸續(xù)上市，或許可以為異種移植器官的開(kāi)發(fā)，提供了一種可資借鑒的監(jiān)管方式。

國(guó)內(nèi)小型豬資源豐富

在被發(fā)現(xiàn)并培育用作實(shí)驗(yàn)動(dòng)物前，小型豬的種類、數(shù)量十分稀少，長(zhǎng)期生活在交通不便的封閉自然環(huán)境中。與普通家豬相比較，小型豬遺傳背景較一致、個(gè)體之間的遺傳特性均、抗逆性較強(qiáng)。此前，小型豬的繁殖性能較好，飼養(yǎng)成本也相對(duì)低廉。

野生的小型豬，要經(jīng)過(guò)人工飼養(yǎng)和培育，才可以作為實(shí)驗(yàn)小型豬，在醫(yī)學(xué)、臨床、制藥等生命科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。人工飼養(yǎng)的目的，是讓群聚的小型豬具有明確的來(lái)源和遺傳信息，并根據(jù)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，培養(yǎng)出純系種群、封閉種群、突變型種群、無(wú)菌種群或者已知指定菌叢種群、無(wú)特定病原種群等實(shí)驗(yàn)種群。

20世紀(jì)40年代末，美國(guó)研究者開(kāi)始探索小型豬的培育。明尼蘇達(dá)小型豬是首個(gè)經(jīng)過(guò)人工培育，可以用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的小型豬種群。此后，不斷有新的小型豬品種加入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的名單，包括后來(lái)應(yīng)用更廣泛、體型更小的米爾它小型豬。

在我國(guó)，小型豬的種質(zhì)資源十分豐富。我國(guó)是家豬的主產(chǎn)國(guó)，有著得天獨(dú)厚的品種多樣性優(yōu)勢(shì)。在西藏、廣西、云南等地廣袤的山地、草原中，生活著大量各具特點(diǎn)的小型豬。具體而言，現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)培育、應(yīng)用相對(duì)成熟的小型豬包括，西藏小型豬、五指山小型豬、巴馬小型豬、貴州香豬、版納小型豬等。

其中，在異種移植中應(yīng)用比較廣泛的，是巴馬小型豬。在中科奧格與西京醫(yī)院合作開(kāi)展的豬肝臟移植中，就采用了巴馬小型豬。這是一種在中國(guó)廣西壯族自治區(qū)巴馬縣和東田縣等地原產(chǎn)的特有豬種。研究顯示，廣西的巴馬小型豬培育基地位于廣西大學(xué)。1987年，廣西大學(xué)動(dòng)物遺傳育種實(shí)驗(yàn)室的王愛(ài)德教授和郭亞芬教授從廣西巴馬瑤族自治縣巴馬香豬原產(chǎn)地引入了巴馬香豬，并在廣西大學(xué)畜牧試驗(yàn)站進(jìn)行了封閉培育。

現(xiàn)階段，無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是海外，用基因編輯小型豬的器官來(lái)進(jìn)行異種器官移植的探索，都還處于極早期階段，仍受到大量技術(shù)、社會(huì)層面困難的制約。但通過(guò)基因編輯的方式可以減少異種器官帶來(lái)的排異反應(yīng)，已經(jīng)基本得到證實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的臨床應(yīng)用跨過(guò)了最難的一道關(guān)卡。而器官移植作為許多重大疾病患者的人生最后一次嘗試，供需缺口巨大。一旦在更常規(guī)的醫(yī)療場(chǎng)景中突破了異種器官移植的可能性，填補(bǔ)臨床空白的價(jià)值不言而喻。

目前，基因編輯小型豬正在成為一級(jí)市場(chǎng)投資的熱門標(biāo)的。作為海外異種器官移植的頭部企業(yè)，成立于2015年的eGenesis，已經(jīng)完成了4輪融資，募集近4億美元。eGenesis的最近一輪融資在9月剛剛完成，獲得了由Lux Capital領(lǐng)投的1.91億美元D輪融資，將用于推進(jìn)核心在研產(chǎn)品EGEN-2784進(jìn)入首個(gè)人體腎臟移植臨床試驗(yàn)，并擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。在國(guó)內(nèi)，成立于2018年的中科奧格，也完成了近1美元融資。中科奧格的最新一輪融資在今年7月完成，獲得定州醫(yī)創(chuàng)的近千萬(wàn)美元A+輪融資。

在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)由多家創(chuàng)新機(jī)構(gòu)布局基因編輯小型豬。除了前文提到的中科奧格外，位于北京的蓋蘭德生物，基于農(nóng)科院北京畜牧獸醫(yī)所五指山小型豬近交系，開(kāi)發(fā)出了角膜、皮膚、肝、腎、心臟、胰島、多巴胺細(xì)胞、大血管等多種異種移植材料。而中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所通過(guò)自主建立的多基因精準(zhǔn)編輯技術(shù)，成功獲得6頭ApoE和LDLR雙基因缺失豬，并歷時(shí)6年多選育出3個(gè)小型豬疾病模型新品系。這些新品系病理特征明顯，每個(gè)品系的種群都達(dá)到60頭以上。

從某種意義上講，國(guó)內(nèi)外的基因編輯小型豬器官移植技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化幾乎站在了相同起跑線上。而國(guó)內(nèi)豐富的種質(zhì)資源，為風(fēng)口上的基因編輯小型豬奠定了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們也期待，越來(lái)越多的異種移植器官被開(kāi)發(fā)出來(lái)，為一些無(wú)藥可救的患者帶去生命的更多可能性。