金永勛，沈星輝，姜昊，梁爽，張嘉保，金南衡（.吉林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，吉林 長(zhǎng)春 300 ；.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)組織胚胎學(xué)教研室，黑龍江哈爾濱 5008）

異種移植，是指將一個(gè)物種的細(xì)胞、組織及器官移植到另一個(gè)物種體內(nèi)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約有150萬(wàn)人需進(jìn)行器官移植，但每年的器官捐獻(xiàn)者僅約1萬(wàn)人，能得到移植治療的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需要治療的人數(shù)。這已經(jīng)成為亟待解決的社會(huì)問(wèn)題。豬與人的器官大小、生理構(gòu)造相近，生產(chǎn)周期較短，是目前異種器官移植的最理想供體。但用于人的豬源異種器官移植仍面臨3個(gè)主要瓶頸：免疫排斥反應(yīng)、豬內(nèi)源性反轉(zhuǎn)錄病毒（porcine endogenous retrovirus， PERV）的感染風(fēng)險(xiǎn)及移植的器官能否存活并長(zhǎng)期、有效的持續(xù)發(fā)揮正常的生理作用［1］。本文就目前異種器官移植的研究和進(jìn)展前景進(jìn)行綜述。

1 異種器官移植現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

早期的異種移植供體首選是類人猿，與靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比，豬在免疫學(xué)和生理學(xué)方面的差異雖與人類差距較大，但其具有大規(guī)模生產(chǎn)、與人類器官的大小相似、基因容易改造等優(yōu)點(diǎn)，因此，逐漸成為20世紀(jì)公認(rèn)的異種器官移植供體動(dòng)物［2-5］。用于人的豬源異種器官移植面臨3個(gè)主要障礙：① 移植物進(jìn)入受體后引發(fā)的免疫排斥反應(yīng)，包括超急性排斥反應(yīng)、延遲性排斥反應(yīng)和T細(xì)胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)；② 移植的器官能否存活并長(zhǎng)期、有效的持續(xù)發(fā)揮其正常的生理作用；③ 已經(jīng)與豬共生了幾百萬(wàn)年、已經(jīng)整合于其染色體中世代相傳的PERV的潛在感染風(fēng)險(xiǎn)。這種潛在的病原傳播及引發(fā)疾病的風(fēng)險(xiǎn)性，也是限制豬器官能否成功應(yīng)用于臨床的一個(gè)關(guān)鍵性因素［1］。

1.1 免疫排斥：異種器官移植的最大障礙是移植后的免疫排斥反應(yīng)。對(duì)于異種移植的臨床應(yīng)用，必須優(yōu)先解決免疫排斥。在異種移植中，從超急性排斥反應(yīng)開始，急性體液性異種移植排斥反應(yīng)（acute humoral xenograft rejection， AHXR）和細(xì)胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)（cell-mediated rejection，CMR）接連發(fā)生，可在幾分鐘內(nèi)使器官功能紊亂，甚至導(dǎo)致器官衰竭。超急性排斥由已經(jīng)存在于受體的天然抗體GGTA1產(chǎn)生［6］。該天然抗體與移植物的血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合并激活補(bǔ)體系統(tǒng)，引起血管內(nèi)皮水腫和微血管血栓，進(jìn)而阻止器官功能［7］。急性排斥反應(yīng)與超急性排斥反應(yīng)類似，但24小時(shí)后反應(yīng)開始減緩［8］。而少量抗α-1，3-Gal抗體或另一種天然抗體（non-αGal）即可和移植后被誘導(dǎo)的抗體結(jié)合，引起移植物血管內(nèi)皮細(xì)胞反應(yīng)，并最終引起血管病。對(duì)于異種移植的急性排斥反應(yīng)中，由多種免疫細(xì)胞參與，包括T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞而發(fā)生的侵襲和直接組織破壞，稱為細(xì)胞急性排斥反應(yīng)［9］。移植物中調(diào)節(jié)凝血的調(diào)節(jié)蛋白生理結(jié)構(gòu)差異也是產(chǎn)生急性排斥的原因。如由于豬移植物TFPI與人凝血因子Xa不匹配導(dǎo)致的血栓形成就是一個(gè)典型的例子［10］。

1.2 異種器官移植后宿主內(nèi)的存活能力：早在2005年，研究人員設(shè)法去除了豬細(xì)胞表面一個(gè)非常重要的免疫識(shí)別蛋白，并以這樣的豬作為器官供體，以免疫系統(tǒng)被藥物抑制的狒狒為受體，嘗試了人類史上第一次借助于遺傳工程的異種心臟移植［11］。結(jié)果，這些心臟在自己新主人體內(nèi)平均存活了92天，最長(zhǎng)為179天。同年，另一組研究人員則在豬的心臟細(xì)胞表面人為添加了一種屬于人類的免疫識(shí)別蛋白［12］，移植到免疫抑制的狒狒體內(nèi)后平均存活96天，最長(zhǎng)紀(jì)錄僅為137天。

韓國(guó)第一次嘗試異種移植是2011年11月［13］。韓國(guó)國(guó)家畜牧科技研究所研人員將生產(chǎn)出的GTKO豬的腎臟移植到食蟹猴身上。此后，先后進(jìn)行了20多次腎臟和心臟的異種器官移植，其中腎臟生存時(shí)間最長(zhǎng)為23天，心臟生存時(shí)間最長(zhǎng)為43天。雖然實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)不多，也沒有其他研究團(tuán)隊(duì)的協(xié)助，韓國(guó)國(guó)家畜牧科技研究所制定了生產(chǎn)以CD46為代表的GTKO和hCRP轉(zhuǎn)基因豬的規(guī)劃［14］。

上述案例共同反映了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，就是異種器官移植后移植的器官在新的環(huán)境里不太適應(yīng)，無(wú)法長(zhǎng)期存活。

1.3 豬內(nèi)源性病毒：PERV是一種以DNA形式整合入豬基因組中的反轉(zhuǎn)錄病毒，由PERV-gag、pol和env三基因組成，可隨細(xì)胞基因組的復(fù)制而復(fù)制。部分豬源細(xì)胞可釋放 PERV 病毒顆粒，并能感染多種體外培養(yǎng)的人源細(xì)胞。因此，消除 PERV 的潛在跨物種感染風(fēng)險(xiǎn)，是異種器官移植的必要安全考慮。解決 PERV 風(fēng)險(xiǎn)的途徑有兩種：① 通過(guò)基因修飾技術(shù)去除豬體內(nèi) PERV 基因；② 選育無(wú) PERV 感染風(fēng)險(xiǎn)的豬。

2015年10月，哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授George Church及其團(tuán)隊(duì)利用新的基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9，一次性滅活了隱藏在豬基因組中的62個(gè)PERV-pol基因片段，體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證病毒的感染率被削弱了近1000倍，結(jié)果發(fā)表在Science雜志。同年，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合創(chuàng)立了美國(guó)eGenesis生物技術(shù)公司，專注于將基于基因編輯的異種移植技術(shù)運(yùn)用到臨床醫(yī)療程序中［15］。2017年5月，eGenesis 公司經(jīng)過(guò)多基因修飾的PERV陰性豬出生［16］。

2 異種器官移植發(fā)展前景

2.1 免疫排斥：異種器官移植的免疫學(xué)特征表明B細(xì)胞是導(dǎo)致抗體排斥反應(yīng)和凝血異常的主要因子。使用適當(dāng)?shù)拿庖咭种苿?huì)抑制排斥反應(yīng)，但免疫抑制過(guò)度也可能引起更嚴(yán)重的負(fù)面作用。今后克服免疫排斥反應(yīng)的主要手段是基因改造和找出最有效的免疫抑制方法。在移植后避免缺血性損傷和炎癥過(guò)程尤為重要。因?yàn)槭荏w在接受異種移植后比同種移植更容易受到損傷，而引起免疫學(xué)反應(yīng)。

2.2 異種器官移植后宿主存活能力：豬壽命最長(zhǎng)為20年左右，一般母豬3 ～ 4年后生產(chǎn)性能下降就會(huì)被淘汰。據(jù)報(bào)道，2011年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所團(tuán)隊(duì)克隆出了敲除α-1，3-半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的轉(zhuǎn)基因克隆豬［17］。它不僅已存活6年，并于2017年1月5日正常產(chǎn)仔6只。該基因敲除克隆豬已繁殖3代。正常產(chǎn)仔并存活充分說(shuō)明克隆、基因敲除對(duì)該豬的健康和繁殖并無(wú)明顯的負(fù)面影響，并且基因敲除豬的器官壽命均超過(guò)6年，可達(dá)10～20年。在一定程度上淡化了對(duì)基因敲除克隆豬本身健康及移植物使用年限的擔(dān)憂。

2.3 豬內(nèi)源性病毒：目前尚未在接受豬細(xì)胞、組織或器官移植后的患者中發(fā)現(xiàn)PERV感染的直接報(bào)道，對(duì)接受豬皮膚移植、胰島細(xì)胞、腎、肝或脾灌注治療的患者中也未發(fā)現(xiàn)PERV感染的病例。已有證據(jù)表明，人血清在體外能通過(guò)經(jīng)典的補(bǔ)體途徑鈍化PERV［18］，人血清在SCID鼠中也具有鈍化PERV感染人細(xì)胞的能力［19］，而單獨(dú)純化的抗體則不能發(fā)揮鈍化作用，這表明血清中具有更復(fù)雜的抗PERV成分。此項(xiàng)研究也并未發(fā)現(xiàn)PERV在慢性免疫抑制狀態(tài)的靈長(zhǎng)類動(dòng)物中具有感染作用。盡管如此，PERV在何種情況下才會(huì)在體內(nèi)感染將成為日后持續(xù)監(jiān)控的重點(diǎn)［1］。

3 結(jié) 論

異種器官移植經(jīng)過(guò)缺乏免疫學(xué)知識(shí)、無(wú)有效免疫抑制劑的前提下盲目把其他動(dòng)物器官直接移植到人類的時(shí)代，現(xiàn)已進(jìn)入利用轉(zhuǎn)基因豬器官移植到靈長(zhǎng)類動(dòng)物的臨床前實(shí)驗(yàn)時(shí)代。隨著轉(zhuǎn)基因豬的不斷發(fā)展和免疫抑制方法的改進(jìn)，動(dòng)物異種器官移植已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，豬源異種器官移植面臨的主要障礙當(dāng)中免疫排斥反應(yīng)和豬內(nèi)源性反轉(zhuǎn)錄病毒的潛在感染風(fēng)險(xiǎn)性問(wèn)題的解決取得了很大的進(jìn)步。而且最近在心臟、腎臟、胰島和角膜異種移植方面的巨大進(jìn)展大大縮短了臨床試驗(yàn)階段的準(zhǔn)備。以豬為供體的異種移植研究對(duì)解決目前人體器官短缺具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，但進(jìn)入臨床階段尚有差距，尤其在急性細(xì)胞排斥反應(yīng)方面和異種移植后受體存活期等方面還有很多難題需要解決。隨著醫(yī)學(xué)科技發(fā)展，異種器官移植還有很長(zhǎng)的路要走，還有很多必須解決的問(wèn)題，但這確實(shí)是一個(gè)值得挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。而在不遠(yuǎn)的將來(lái)，異種器官移植也將真正進(jìn)入臨床應(yīng)用階段，并最終緩解供體短缺的嚴(yán)峻形勢(shì)，造福于人類。