文/高妍 張彥玲

“萬能豬”：開啟異種移植時代

文/高妍 張彥玲

2002年3月，一只粉嫩小豬登上了美國《自然》雜志生物科技分冊的封面。這只生于2001年12月25日、叫做Joy的小豬，用它高昂的頭顱和淡定的表情向世界宣告：基因敲除豬的時代來臨了。

戴一凡，Joy培育團隊的領導者和主要成員之一，中組部第五批“千人計劃”入選者、教育部長江學者講座教授，博士生導師。

戴一凡介紹，所謂基因敲除，就是利用分子生物學技術結(jié)合克隆豬技術，把豬這一供體身上能夠引起排斥反應的最關鍵基因除掉，從而解決器官排斥的問題，使移植的豬器官能夠與人體相容并長期存活。

器官移植，即將健康的器官——“供體”移植到人——“受體”的體內(nèi)，代替“受體”已破損的相應器官行使功能。但由于受到傳統(tǒng)思想文化的影響，我國自愿捐獻器官的人少之又少。再加上我國沒有法律明確規(guī)定腦死亡標準，且一直缺乏國家統(tǒng)一的器官捐獻體系，所以中國一直是移植供體短缺這一世界性問題的重災區(qū)。

據(jù)統(tǒng)計，中國每年約有150萬患者亟需接受器官移植手術，但最終能夠得到供體并接受移植的病人還不到1萬。這個巨大的缺口像一個黑洞，隨著時間的滴答流逝，殘忍地吞噬著無數(shù)患者的生命。

2010年3月，受衛(wèi)生部委托，中國紅十字會啟動“中國人體器官捐獻試點”工作。據(jù)紅會披露，到2011年2月底，近一年時間，中國內(nèi)地僅實現(xiàn)捐獻37人，包括肝、腎、心臟等大器官97例。這一數(shù)字，與動輒百萬基數(shù)的供體缺口需求相比，簡直杯水車薪。

同種移植無望的時候，人們將生的希望寄托到了異種移植身上——即把其他物種的組織、器官移植到人的身上。

戴一凡團隊培育出的“轉(zhuǎn)基因敲除豬”

早在1905年，法國一位外科醫(yī)師就嘗試將兔腎移植片移植到了腎功能衰竭患者的身上，盡管病人僅存活兩周，但他的嘗試卻為世人提供了一條新的研究之路。之后的一百多年間，醫(yī)學家們一直艱難探索，但卻終未成功。而基因敲除豬的問世，無疑成為開啟異種移植時代的強力催化劑，更為久受器官供體短缺之苦的廣大患者帶來了希望。

戴一凡教授

震驚：“萬能豬”橫空出世

1997年2月22日，克隆羊多莉首次亮相，震驚了整個世界。克隆技術不僅推動了胚胎學、發(fā)育遺傳學、醫(yī)學等多項學科的研究進展，而且為器官移植帶來了新的發(fā)展契機，更使多莉的培育者蘇格蘭羅斯林研究所和英國PPL醫(yī)療公司為世人熟知。

上世紀90年代末，戴一凡就曾就職于PPL公司的美國分公司，從事克隆技術領域的相關研究?？寺⊙虺晒χ螅饕环簿烷_始了克隆豬的研究工作，目標直指器官移植。

選擇豬作為器官供體首選研究對象，已得到世界共識——豬的生物學特性與人類極為相似，尤其是器官大小與人相差不多，其管道分布和動力輸出也類似，更重要的是，豬組織內(nèi)的病毒不易感染人類并且易于繁殖。

戴一凡介紹，異種移植難以成功的癥結(jié)在于“超急性排斥反應”。后經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，一種在豬的體內(nèi)存在而高等靈長類動物所沒有的基因——α——1，3半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因(以下簡稱α——GAL基因)，就是豬體內(nèi)引起強烈“超急性排斥反應”的根源。在豬器官移植到人體后，α——GAL基因所表達的糖分子會被人體免疫系統(tǒng)認定為“入侵者”，從而引發(fā)人體免疫系統(tǒng)的排斥性，摧毀“入侵者”的同時，也會威脅自身生命。

戴一凡團隊用兩年時間培育出了克隆豬，隨后就開始研究如何將α——GAL基因敲除掉?！拔覀冏畛踝隹寺∝i，就是希望能通過克隆手段把這個基因敲除掉?！庇质莾赡?，在經(jīng)歷了艱辛摸索和反復實驗后，2001年底，戴一凡終于帶領課題組采用體細胞基因敲除技術和克隆技術，成功把這一基因所在的DNA片段敲除掉，培育出了以Joy為代表的首批基因敲除豬。之后的動物試驗表明，“超急性排斥反應”不復存在，異種移植最關鍵的難題得以解決，至少理論上來講豬器官與人能夠“和諧相處”。這一成果入選了2002年美國《發(fā)現(xiàn)》雜志100項重大科學新聞之一。

2003年，PPL公司的美國分公司被匹茲堡大學醫(yī)療中心收購，并改名為Revivicor Inc.公司。戴一凡也于2004年前往匹茲堡大學醫(yī)學院外科系Starzl 器官移植研究所任副教授，同時仍繼續(xù)與Revivicor公司合作，研發(fā)最新的“轉(zhuǎn)基因敲除豬。”

蓬勃的好奇心和創(chuàng)新精神，激發(fā)著戴一凡不斷向前。在“一定要做別人沒做過的事”的信念鼓舞下，隨后的幾年間，他又帶領團隊做出了“雙基因敲除豬”，解決了“急性排斥反應”，并在此基礎上，給豬細胞轉(zhuǎn)入一些人的基因，對它進行了“人源化”修飾和改造，培育出轉(zhuǎn)有人的“抗排斥基因”的“轉(zhuǎn)基因敲除豬”，使其逐漸變成一個適用于人體、不會產(chǎn)生免疫排斥反應的“萬能供體”。他們還將“轉(zhuǎn)基因敲除豬”的皮膚、胰島移植到大動物身上進行實驗，均取得了較好的研究結(jié)果。異種移植的理論技術研究已相對成熟，一些簡單的器官、組織已能直接上臨床。

因“轉(zhuǎn)基因敲除豬”的幾乎所有組織、器官都能夠用于異體移植，表現(xiàn)出強大的適用性和廣闊的市場前景，它又被稱為“萬能豬”、“百萬美元豬”。

而戴一凡，在近20年的海外科研經(jīng)歷中，始終立足于這一領域發(fā)展的最前沿，不僅掌握了豐富的理論知識和實踐經(jīng)驗，還積累了人脈資源，更憑借突出的成果在世界轉(zhuǎn)基因技術研究領域站穩(wěn)了腳跟。

瓶頸：超潔凈豬舍建設

2010年初，戴一凡帶著國際頂尖的“基因敲除豬器官移植”研究技術和理念回國，落戶南京醫(yī)科大學，繼續(xù)開展基因敲除豬的異種移植研究工作。

至于回來的原因，戴一凡說，一方面是希望能夠解決國內(nèi)器官供體供需嚴重失衡的問題，而另一方面則是因為國內(nèi)所具備的優(yōu)勢——國家對應用方面科研項目大力度的支持、開展動物實驗與臨床工作的各項利好政策環(huán)境以及最大的應用市場。

同戴一凡一起回國的，還有與他志同道合、總計5人的專家團隊，都是國際上相關領域的知名專家。回國之后，他們迅速在南京醫(yī)科大學成立了代謝疾病研究中心，并以此為研究平臺，基于原有研究基礎，開始“轉(zhuǎn)基因敲除豬”更進一步的研究工作。

研究中心

2011年初，幾管“轉(zhuǎn)基因敲除豬”的細胞從大洋彼岸來到了南京。這些基因敲除豬的細胞，每一管都可以克隆出成千甚至上萬頭“萬能豬”?！叭ツ?月，我們已經(jīng)成功培育出了第一批8頭可愛的小豬，到現(xiàn)在，大的已經(jīng)七八個月，可以開始生小豬了?！贝饕环才d奮地介紹著最新的進展，他說這方面進展很順利，基本沒有耽誤時間，預期的效果也達到了。

那我們的患者到底什么時候才能夠真正從“轉(zhuǎn)基因敲除豬”身上受益呢？

“應該很快！我們的研究是世界領先的，做了很多種轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?，而且基因表達的效果都很好，相關大動物的實驗結(jié)果也非常好?！贝饕环才d奮地說。

在回國之前，他們就進行過動物實驗，將“轉(zhuǎn)基因敲除豬”的胰島植入患糖尿病的猴子體內(nèi)，不僅沒有出現(xiàn)超急性排斥反應，還使猴子的血糖恢復了正常，猴子健康生活了至少400天。“這個結(jié)果在世界上是獨一無二的，沒有其他的實驗室做到?！睆目茖W研究和動物實驗的結(jié)果來看，“轉(zhuǎn)基因敲除豬”的某些器官已經(jīng)達到了可以臨床應用的要求，但由于資金和美國相關規(guī)定等的限制，戴一凡在美國并沒有能夠開展臨床實驗。

回國后，戴一凡得到了地方政府和學校的大力支持，相關工作得以順利開展。但是要真正進入人體的臨床實驗，還要根據(jù)不同器官和組織的具體情況，需要或短或久的一段時間。

有望最早惠及人類的是“轉(zhuǎn)基因敲除豬”的角膜、皮膚和胰島等簡單的組織、器官。戴一凡介紹，目前他們計劃與國內(nèi)很好的眼科醫(yī)院合作，共同進行角膜異種移植的動物實驗，把“萬能豬”的角膜移植到猴子身上，相關工作正在有序開展。“很快國際上第一例異種角膜移植就會實現(xiàn)，而且我們預期的結(jié)果會很好，因為角膜更簡單，排斥反應更小?！背墒斓脑?，等超潔凈豬舍建成得到無菌無毒的豬二代，就能夠進入到人體臨床階段。同時，關節(jié)、韌帶、肌腱等組織的移植研究也在同步進行。而心臟、肝臟和腎臟等大器官，則還需要對“轉(zhuǎn)基因敲除豬”進行進一步的改造和修飾，大器官的實現(xiàn)大致需要三至五年的時間。

2.3 兩組患者的臨床療效比較 病例組達到臨床控制54.76%、顯效30.95%、有效14.29%，對照組臨床控制35.71%、顯效33.33%、有效28.57%、無效2.38%，兩組比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表3。

現(xiàn)在擺在戴一凡面前的最大難題，也是他在積極推動的，就是近乎嚴苛的超潔凈豬舍的建設，也是異種移植從動物實驗跨越到臨床應用所需的必要條件。

本著對人的生命健康高度負責的態(tài)度，為了避免豬身上的病毒傳播到人體內(nèi)，從細胞克隆出來的豬是不能直接用于臨床實驗的，必須經(jīng)過精心飼養(yǎng)繁殖出第二代。建設超潔凈豬舍就是為了無菌培育出“豬二代”，豬舍內(nèi)必須完全無指定細菌和病毒，豬食用的飼料和水也都要經(jīng)過無菌無毒處理，飼養(yǎng)人員進豬舍都必須沐浴更衣，換上專門的工作服。

如此高規(guī)格的豬舍，建設起來所需要的財力物力可想而知。戴一凡介紹，一個能夠容納5000～10000頭豬的大型超潔凈豬舍，只建設成本就高達1億美元。目前，他正積極接洽美國一家大型上市公司。該公司有意在中國南京建立一個大型的超潔凈養(yǎng)豬中心，專門用來培育用于臨床實驗的“轉(zhuǎn)基因敲除豬”?！八麄兘ǔ芍螅覀冇糜谂R床實驗的豬就可以租用他們的地方進行培育，成本會降低很多?！倍暇┊?shù)卣矊Υ耸卤硎玖藰O大的關注和興趣。戴一凡利用自己在專業(yè)和人脈方面的優(yōu)勢，作為雙方聯(lián)系的橋梁和紐帶，積極幫助洽談協(xié)商，目前進展一切順利。如若定項，預計2015年左右，首批超潔凈豬舍便可投入使用，異種移植的實現(xiàn)也便更近了一步。

未來：器官定制指日可待

科學技術的發(fā)展可以用日新月異來形容，轉(zhuǎn)基因技術也是如此。戴一凡和團隊目前主要有兩項工作在同步開展：一項是繼續(xù)克隆，在原來的研究基礎上加上不同的人的抗排斥基因，希望能夠進一步控制或降低排斥反應，使器官與人更加匹配；另一項是自然繁殖已經(jīng)克隆出來的“轉(zhuǎn)基因敲除豬”，為下一步的動物實驗備下豐富的器官資源。

同時，隨著研究的進步，他們還開辟了一個新的、更加讓人“匪夷所思”的研究方向，那就是“人源化”的基因改造——以“轉(zhuǎn)基因敲除豬”做平臺培養(yǎng)人需要的特定器官，也就是我們常說的“定制”。

“讓萬能豬體內(nèi)長出只屬于你的器官，就像汽車零件工廠，造出不同品牌汽車的零件?！贝饕环步榻B，這種“定制”是指將人的干細胞移植到豬的體內(nèi)，利用豬作為載體，將細胞培養(yǎng)成某個器官，生出下一代豬寶寶之后，便可以優(yōu)中選優(yōu)。這一研究能夠得到排斥反應很小甚至基本沒有排斥反應的人的器官，甚至有可能做到“個體化”，也就是“病人需要哪個器官，我們就用他的干細胞幫他做哪個器官，完全符合患者個體化的需求。這是非常理想的一個狀態(tài)，如果能夠成功，將是解決排斥反應的一個新方向?！?/p>

目前這一方面研究正在籌備階段，盡管仍然面對很多困難，但戴一凡已經(jīng)習以為常，他仍然充滿信心。“世界上已經(jīng)有實驗證明，能夠讓小鼠身上長出大鼠的胰腺，所以這一概念完全可行，理論上講，我們同樣能夠讓豬身上長出人的器官。相信再過幾年，我們會有很好的結(jié)果?！?/p>

面對社會上某些人對轉(zhuǎn)基因的質(zhì)疑，戴一凡解釋說，基因敲除豬確實是轉(zhuǎn)基因技術的一種，但它與轉(zhuǎn)基因食品有所不同，轉(zhuǎn)基因食品用于果腹，除了它我們還有普通食品可以選擇；而轉(zhuǎn)基因豬的器官用來救命，對于急需器官供體的病人來說，它與救命良藥并無差異。因此轉(zhuǎn)基因豬的器官移植，應該易于接受，這一點，從患者急切渴望器官供體的心情就能體會到。而另一方面，有了超潔凈豬舍的規(guī)范管理，無菌無毒的豬的器官會比人的器官還要干凈。

目標：要做別人沒做過的事

“科研人員一定要有好奇心，要對新的研究有特別的興趣?！贝饕环埠蛨F隊所作的工作完美展現(xiàn)了他們廣泛的好奇心。除異種移植外，他們還在其他相關領域有深入研究，比如建立新型的轉(zhuǎn)基因大動物作為人類代謝疾病的大動物模型；研究歐米伽3脂肪酸在抑制多種人類疾病如動脈粥樣硬化、肥胖癥、糖尿病、骨質(zhì)疏松癥和癌癥上的作用等。此外，他還和國內(nèi)幾所大學合作培育了世界上第一批歐米伽3脂肪酸克隆牛。

“一定要做別人沒有做過的事”，這是戴一凡和團隊多年來的信念，而在異種移植研究中取得的累累碩果便是最好的佐證。而他和團隊所關注的另一項研究——人源化的多克隆抗體，同樣是國際領先。這一技術的原理與人源化的豬非常相似，主要目的在于以豬為載體培育出各種針對病毒特異性的安全、低價、高效的人的丙種球蛋白。如果能夠成功，將會具有十分顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

2011年12月，戴一凡團隊被評為“江蘇省創(chuàng)新團隊”。這個5人團隊，其中4位是從匹茲堡大學回來的，還有1位從密蘇里大學回來，他們在美國的時候就已經(jīng)結(jié)識并有過合作，那時就已經(jīng)是一個完整的團隊。從美國搬到南京，仍然作為一個團隊開展相關工作，領先于世界的研究成果、敏銳的國際前沿技術把握能力、高超的團隊協(xié)調(diào)度和配合度使他們成為最具實力的“創(chuàng)新團隊”。近期，在學校的幫助和推動下，南京醫(yī)科大學異種移植重點實驗室成立，戴一凡出任主任。這是我國首個專門的異種移植重點實驗室，現(xiàn)在正在申請省級重點實驗室，必將成為南醫(yī)大又一個異種移植研究的優(yōu)秀平臺。

戴一凡大學學的醫(yī)學，但他最終也沒有說服自己安安心心做一個醫(yī)生。他的強烈的“好奇心”驅(qū)使他必須從事具有新奇性的工作，而他最大的愿望就是自己的研究成果能夠為更多的人解決問題。異種移植，便是這樣一個既新奇又能夠解決無數(shù)人實際問題的事業(yè)。

他一頭撲了進來，幸好前進路上遇到志同道合的伙伴，于是披荊斬棘，攜手向前。從理論研究、科學實驗，到動物實驗，再到臨床實驗，從無到有的過程充滿艱辛，但他們樂在其中，每一步小的前進都足以讓每個人興奮不已，忘卻疲累。他們在不斷的挫折和反復中定位自己的前進方向，在一步步的前進路上實現(xiàn)著自身的社會價值。

團隊合影

一路走來，眼看十幾年努力的目標就要實現(xiàn)，戴一凡的心中充滿興奮和感激，感謝來路上國家、政府、同仁的幫助和支持，但他說自己是個“貪婪”的人，希望臨床應用快些實現(xiàn)，希望能夠切實解決患者的難題，也希望能夠得到國家的專項支持，更堅信自己能夠取得更大的成果。同時，戴一凡的頭腦中更清醒的規(guī)劃著未來，該做之事、能做之事還有很多，“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。