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來(lái)源：醫(yī)麥客
2023年9月20日，一名58歲名叫Lawrence Faucette的男性接受了基因改造豬心臟器官的移植手術(shù)，是全球第二例移植基因改造豬心臟的患者。FDA基于“同情使用”計(jì)劃，批準(zhǔn)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性豬心臟異種器官移植手術(shù)。9月22日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院（UMSOM）發(fā)布了聲明，Lawrence Faucette可以自主呼吸，新的心臟在沒(méi)有任何輔助設(shè)備的幫助下功能也很好。馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院的醫(yī)生們認(rèn)為，接受異種移植的患者面臨的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大，因此他們將對(duì)患者進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)一切不良跡象。這次通過(guò)基因編輯改造的異種器官的移植可以為患者維持多久的生命力還需要進(jìn)一步的觀察和研究。
基因編輯技術(shù)使異體移植成為可能
器官移植主要有兩種，一種是“同種異體器官移植”，比如人與人之間的器官移植；還有一種是“異種器官移植”，即從動(dòng)物身上摘取器官，然后移植到人類身上，這帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)，但有可能挽救許多生命。同時(shí)，異種移植有可能將疾病從動(dòng)物傳播到人類，還存在受者的免疫系統(tǒng)排斥異物的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)患者可能是致命的。隨著基因技術(shù)的發(fā)展，像基因編輯技術(shù)CRISPR/Case9的出現(xiàn)，使得通過(guò)敲除和插入某種基因，有可能可以避免一定程度的免疫排斥，使實(shí)現(xiàn)更匹配的異種器官移植供體成為可能。
異種移植豬心臟可能涉及的基因編輯策略包括：敲除免疫顯性異種抗原碳水化合物基因，以此抗免疫原（半乳糖-α-1,3-半乳糖（GT）、Sda 血型抗原（B4Gal）和N-乙酰神經(jīng)氨酸（CMAH））；敲除生長(zhǎng)激素受體（GHR）基因來(lái)減少異種移植的內(nèi)在生長(zhǎng)；同時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)基因表達(dá)補(bǔ)體調(diào)節(jié)（CD46/膜輔蛋白（MCP））、抗凝（血栓調(diào)節(jié)蛋白（TBM）和內(nèi)皮細(xì)胞蛋白 C 受體（EPCR））和抗炎（CD47和血紅素加氧酶（HO-1））。
全球首例基因編輯豬心臟移植失敗
全球首例豬心臟移植到人體手術(shù)中用到的豬心臟，是科學(xué)家使用基因編輯修改了 10個(gè)基因，包括敲除 1 個(gè)控制器官生長(zhǎng)的基因和3個(gè)人類免疫排斥的基因，同時(shí)插入了6個(gè)使豬心臟可以更好地適應(yīng)人體免疫系統(tǒng)的基因。
2022年1月7日，57歲的David Bennett在美國(guó)馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心（UMMC）接受了全球首例經(jīng)過(guò)基因編輯的豬心臟移植手術(shù)。然而3月8日，David Bennett便去世了。移植到David Bennett體內(nèi)的豬心生存了僅兩個(gè)月的時(shí)間，沒(méi)有急性排斥反應(yīng)的證據(jù)。
全球首例基因編輯豬心臟移植手術(shù)中
2023年6月30日，馬里蘭大學(xué)網(wǎng)站報(bào)道，馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院外科學(xué)教授、心臟異種移植項(xiàng)目主任穆罕默德·毛希丁，豬心臟移植手術(shù)醫(yī)生巴特利·格里菲思作為主要作者在醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》上發(fā)表一項(xiàng)研究，揭示了世界首例轉(zhuǎn)基因豬心移植失敗的可能原因：1.患者在移植前健康狀況不佳，限制了移植臨床前研究中使用的有效抗排斥方案的使用，同時(shí)患者的器官可能更容易受到免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的抗體的排斥。2.移植后的第二個(gè)月，患者接受了兩次注射靜脈注射免疫球蛋白（IVIG），以幫助預(yù)防感染，也可能引發(fā)對(duì)豬心的免疫反應(yīng)。3.豬心臟中可能存在一種名為豬巨細(xì)胞病毒（PCMV）的潛伏病毒，在患者減少抗病毒治療方案后，該病毒可能被激活，引發(fā)了導(dǎo)致細(xì)胞損傷的炎癥反應(yīng)。然而，沒(méi)有證據(jù)表明該病毒感染了患者或擴(kuò)散到心臟以外的器官。
全球第二例基因編輯豬心臟移植到人體
如上所訴，研究的關(guān)注點(diǎn)仍然停留在抗免疫排斥方向和抗病毒感染方向，因此為了防止人類因抗體介導(dǎo)的排斥反應(yīng)而對(duì)豬器官的快速排斥反應(yīng)，第二例接受基因編輯豬心臟器官的移植手術(shù)中，所使用的供體豬敲除三個(gè)基因，以消除豬血細(xì)胞中的 α-gal糖，避免引發(fā)人體免疫排斥反應(yīng)；刪除了一個(gè)基因，防止豬心臟的異常生長(zhǎng)；科學(xué)家還插入了六個(gè)人類基因，以提高人體免疫系統(tǒng)對(duì)豬心臟的接受程度。供體豬經(jīng)歷了10種不同的基因編輯。為了避免免疫排斥反應(yīng)，患者也在接受傳統(tǒng)的抗排斥藥物和一種新型抗體療法tegoprubart的治療，該療法由Eledon Pharmaceuticals開(kāi)發(fā)，在異種移植排斥反應(yīng)的動(dòng)物模型中，tegoprubart已被證明可以延長(zhǎng)異種移植器官繼續(xù)顯著發(fā)揮作用的時(shí)間。
全球第二例基因編輯豬心臟移植手術(shù)中
對(duì)于抗病毒感染的策略，提供基因工程豬心的生物技術(shù)公司Revivicor的科學(xué)家使用新開(kāi)發(fā)的、更靈敏的病毒DNA測(cè)試，并對(duì)供體豬的組織樣本進(jìn)行檢測(cè)；新增了PCMV的抗體的檢測(cè)，從是否正在感染和是否曾經(jīng)被感染過(guò)兩方面著手，更大程度上避免仍然在細(xì)胞深處攜帶潛伏的病原體。
基因編輯/異種器官移植帶來(lái)的思考
基因編輯依賴于經(jīng)過(guò)基因工程改造的核酸酶，也稱“分子剪刀”，在基因組中特定位置產(chǎn)生位點(diǎn)特異性雙鏈斷裂（DSB），誘導(dǎo)生物體通過(guò)非同源末端連接（NHEJ）或同源重組（HR）來(lái)修復(fù)DSB，因?yàn)檫@個(gè)修復(fù)過(guò)程容易出錯(cuò)，從而導(dǎo)致靶向突變。這種靶向突變就是基因編輯。常用的基因編輯技術(shù)CRISPR／Cas9 系統(tǒng)主要由Cas9蛋白和單鏈向?qū)NA（sgRNA） 所組成，其中Cas9蛋白起切割DNA雙鏈的作用，sgRNA起向?qū)У淖饔?，在sgRNA的向?qū)峦ㄟ^(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，Cas9蛋白可對(duì)不同的靶部位進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)DNA的雙鏈斷裂。CRISPR／Cas9技術(shù)的局限在于同源重組效率低，PAM序列依賴性還有脫靶效應(yīng)。
基因編輯技術(shù)的編輯損傷和可能存在的脫靶效應(yīng)是否會(huì)影響改造后的異種器官質(zhì)量，從而影響異體移植的成功率？現(xiàn)在還沒(méi)有確切的研究。
異種移植器官之所以選擇豬器官是因?yàn)?/strong>豬與人的體溫均為 36℃~37℃，心臟大小、管道分布和動(dòng)力輸出，甚至心率（豬為55～60次/分鐘，人的心率為 60~100次/分鐘）都相似，且傳染病風(fēng)險(xiǎn)較低，數(shù)量相對(duì)更為充足。在醫(yī)學(xué)界，植入人體細(xì)胞的豬的心臟瓣膜已經(jīng)用于患者治療，豬的韌帶肌腱移植也已經(jīng)成熟。之所以沒(méi)有選擇與人類“近親”的靈長(zhǎng)類也是綜合多方面因素考慮，靈長(zhǎng)類中大多數(shù)體型較小的，其器官性能和尺寸無(wú)法承擔(dān)人類代謝的需要，而體型較大的，本身處于瀕危狀態(tài)，也難以滿足人類對(duì)器官移植數(shù)量的需求。靈長(zhǎng)類繁殖率較低，還可能帶有一些人類易感染的病毒，如猴免疫缺陷病毒和埃博拉病毒等，一旦這些器官移植到人體上，發(fā)生重組后可能產(chǎn)生更有害的病毒。
X 光機(jī)下人、猴、豬的圖解
到目前為止，人類共進(jìn)行了兩次在人體上移植經(jīng)基因編輯豬心臟的手術(shù)，我們看到人們還沒(méi)有過(guò)多將關(guān)注停留在考慮豬心臟本身的“壽命”問(wèn)題，一般豬的壽命在15年左右，那么移植豬器官是否會(huì)加速人體老化？而經(jīng)過(guò)基因編輯改造后的豬心臟是否會(huì)進(jìn)一步加速縮短豬心臟本身的“壽命”？如果需要多次不斷地移植經(jīng)過(guò)基因編輯改造的豬心臟又是否會(huì)在人體引發(fā)額外的病毒感染？又是否會(huì)加速降低患者本身的免疫抵抗力？
結(jié)語(yǔ)
雖然對(duì)基因編輯改造的異種移植器官的未來(lái)還有很多疑問(wèn)，但是正如馬里蘭大學(xué)研究小組的異種移植專家Muhammad Mohiuddin博士所說(shuō)：“看到豬的心臟在人體內(nèi)工作，感覺(jué)太棒了。”“我們不想預(yù)測(cè)任何事情，我們會(huì)把每一天都當(dāng)成勝利，勇往直前。”