风口上的猪器官移植—《自然-生物科技》长文
原文以When pig organs will fly为标题
发布在2017年12月8日的《自然-生物技术》上
原文作者：Emily Waltz
监管人员、科研人员和外科医生正在为经基因改造的猪器官的人体移植试验进行基础准备工作。工业界也开始关注该领域相关科学进展。
2017年9月，第14届国际异种移植协会大会在美国巴尔的摩召开。在此次会议上，美国食品药品监督管理局（FDA）与参会研究人员反复推敲在怎样的临床前证据的支持下才能进行将基因改造过的猪器官移植人体的试验。
小鼠胚胎中正在发育分化的大鼠多能干细胞（红色部分）。小鼠胚胎中的大鼠细胞在小鼠出生前一天分化成不同器官和组织的部分。成年大鼠/小鼠嵌合体的衰老速度正常。
图片提供：Juan Carlos Izpisua
同样在此次大会上，来自亚特兰大埃默里大学的团队宣布他们实验室的一只猕猴接受了基因改造过的猪肾脏的移植后400多天才发生排斥反应——这超出了之前的记录好几个月。在其他实验室也有类似的突破。德国慕尼黑大学团队在狒狒身上进行了猪心脏移植，移植物坚持了90天，较以前延长了1倍。同时，小部分生物工程公司进一步利用基因编辑技术，通过敲除部分猪的基因和插入人类基因以提高异种器官与人体的免疫相容性并降低动物内源性病毒的传染风险。
去年4月份，美国弗吉尼亚的史密斯菲德食品公司也宣布将拓展其在这方面的业务。他们将成立生物科学部以进一步为异种器官移植及其他医学实验提供猪的组织器官。
尽管科学家能够借助基因编辑工具，例如CRISPR内切核酸酶等，对动物基因组进行多种修饰，但预防异种器官移植受体出现排斥到底需要何种程度的基因改造和免疫抑制治疗仍不明朗。
带着这个问题，科学家和明尼苏达州的生物技术公司Recombinetics试图探索反向移植的可能性——将人类细胞移植到动物体内，希望能够在大型动物中“制造”出人类器官。将异种器官移植这一概念转化为临床操作极可能需要多种不同的生物工程技术。
随着产业投资增加，昂贵的大型动物研究或许是可行的。但是利益相关者必须直面整个社会对动物福利的关注以及对如何定义人类这一伦理问题的讨论。
前景及治疗需求
根据美国器官获取和移植网络的数据，目前美国约有11.7万人正在等待移植器官，其中很多人在还没有等到器官移植就死亡了。尽管美国超过半数的成人都注册成为器官捐献者，但2016年只有3.3万多人接受了器官移植。
器官供不应求促使科学家在很久之前就开始探索将动物作为器官来源。早在20世纪60年代，外科医生就企图将猩猩的器官移植到人类身上。但这些探索的结果都很不理想。受者的免疫系统很快对移植物产生排斥，导致移植器官在数天到数周内就发生功能衰竭。反复失败的结果，再加上对于动物源性病毒传播的担忧使医药公司在过去很长时间都不敢踏入这一领域。
但异种器官移植领域的研究人员表示情形已经发生了改变。基因编辑技术的重大进步使科学家们培育出了基因工程动物，主要是猪。科学家认为它们的器官更容易被人体免疫系统接受。“人们再次认为异种器官移植可能在短期内被应用于临床。”纽约哥伦比亚大学医学中心的移植外科医生David Sachs说。猪肾移植的人体试验最快可能在2年内开始，阿拉巴马大学的异种器官移植专家、外科医生David Cooper补充道。
相比同种器官移植，也就是人类对人类的器官移植，异种器官移植具有其优势。异种器官移植的器官来源充足，且都来自健康的壮年动物，而同种移植的器官可能来自疾病终末期的病人，器官也可能因此受到损伤。此外，基因工程技术甚至有可能改造动物器官，使之比人类器官更适合人类。“我们能够对造成排斥的基因进行有针对的敲除，从而减少移植手术后免疫抑制剂的使用。” 马里兰大学的Muhammad Mohiuddin说，他是心脏移植外科医生兼研究人员。
猪是理想的器官来源，一方面因为猪器官结构和人类接近，另一方面猪的繁殖周期远短于灵长类动物。研究人员已经总结出猪体内与人类不相容的成分并找到了编码这些成分的基因，“找到我们需要和能够敲除的基因是一个重大进步。”明尼苏达大学舒尔茨糖尿病研究所的项目负责人Christopher Burlak说。
免疫原性最强的是一种叫做α-1,3-半乳糖的糖类分子。这种分子在猪的上皮细胞表面表达，由α 1,3半乳糖基转移酶这一基因编码。α-1,3半乳糖的抗原性是Cooper在20世纪80年代后期发现的，他当时在俄克拉荷马器官移植研究所工作。
此外还有两个抗原也被证实在排斥反应中发挥了重要作用，它们分别是CMAH基因编码的N-羟乙酰神经氨酸（Neu5GC）和由B4GALNT2编码的酶产生的Sda血型抗原。研究人员已经成功敲除了猪胚胎里编码这三个抗原的基因，并且这些胚胎成功存活了下来。
同时研究人员也向猪体内添加人类转基因，这些基因产生能够让猪器官在移植到人类体内之后正常运作的蛋白质。其中一个是人血栓调节蛋白，它能够抑制血液凝固；另一个是CD46，它能够使器官免受宿主抗体的免疫应答的攻击。这些靶点和需要敲除的基因帮助科研人员勾画出了理想中的猪供体，但在移植前还需要对受者的免疫系统进行修饰（见：改造人类受者）。
改造人类受者
许多科研团队专注于通过基因工程改造供体猪以提高它们器官与人类免疫系统的相容性。但是还有一些团队正试图改造受者的免疫生物学。David Sachs（当时在麻省总医院工作）团队率先提出一个概念，通过嵌合体骨髓移植来改造器官受者的免疫系统。这个概念主要涉及通过移植经修饰的骨髓来诱导器官受者的免疫耐受。移植到受者体内的除了供体器官，还有供体的部分骨髓细胞。Sachs在动物间器官移植实验中发现这种骨髓移植能够减少免疫抑制剂的使用并延长移植后器官的存活时间。
除了通过嵌合体骨髓移植改变免疫系统，免疫抑制药物很早就吸引了研究人员的注意力，例如使用激素对抗超急性和慢性排斥反应。免疫检查点抑制剂和大量具有靶向能力的免疫抑制剂的出现带来了新机会。Mohiuddin、Cooper和其他研究人员开始研究抗CD40的单克隆抗体，这种抗体能够通过结合抗原呈递细胞表面来阻断免疫细胞之间的信息传递。Mohiuddin和他的团队在狒狒身上进行猪心脏移植试验，其中存活时间最长的一颗猪心脏坚持了2年半，远远超出了之前的记录。但是一旦停止抗CD40抗体治疗，狒狒立即对移植心脏做出排斥反应。
延缓排斥反应出现
科研人员在改造供体器官和下调受者免疫应答方面的努力初见成效。2016年，Mohiuddin团队宣布，通过敲除猪心脏中的α-1,3半乳糖并转入人血栓调节蛋白和CD46蛋白，移植到狒狒体内的猪心脏可维持2年半，打破了之前的记录。在这个试验中，猪心脏被移植到了狒狒腹部，并与大血管相连。
Mohiuddin的下一步计划是将这个移植心脏变为真正能够泵血并维持狒狒生命的心脏。为此供体猪将接受进一步基因工程改造（具体情况尚未披露）。这些供体猪由马里兰州的United Therapeutics公司提供。United Therapeutics是异种器官移植领域最大的经费投资者之一，其创始人是卫星广播业先锋人物Martine Rothblatt。
Rothblatt的女儿罹患肺动脉高压，这是一种危及生命的疾病，因此Rothblatt希望能够找到治疗疾病的新方法。United Therapeutics在2011年收购了弗吉尼亚州的再生医药公司Revivicor，从而获得了Revivicor在克隆猪和基因编辑方面的专业技术。随后United Therapeutics又和加州的Synthetic Genomics公司合作以便根据Revivicor的要求更有针对性地对猪进行基因改造。 Rothblatt表示她的团队正在对与免疫系统和血液系统相关的“十几个”基因进行研究。
United Therapeutics要求Revivicor在10年内使猪-人肺移植达到同种移植的水平。“耐心对于医学领域的变革性突破非常重要。”Rothblatt说。然而肺是异种器官移植中最具挑战性的器官之一，因此10年这个期限与其说是耐心，不如说是雄心。目前公司尚不能让移植肺在灵长类受体体内维持超过2周。“肺血管丰富，因此更容易因为免疫导致的血管炎症而发生功能衰竭。”Rothblatt说（见：异种器官不能一概而论）。
异种器官不能一概而论
血管丰富的复杂器官，例如肺，对异种器官移植来说是一个巨大的挑战。更为简单的、血管较少的组织，例如心脏瓣膜等则相对容易。事实上，来自牛或猪的脱细胞人工生物心脏瓣膜已经在临床上使用了几十年。尽管目前临床使用的移植瓣膜是经过脱细胞的，但研究人员仍在探索使用活细胞进行异体器官移植的可能性。
因为缺乏同种人类胰岛组织供体，研究人员试图使用猪的胰岛细胞来缓解I型糖尿病患者的病情。一种方法是直接静脉注射无包裹的猪胰岛，同时使用免疫抑制剂。Burlak是一名猪-人胰岛移植的研究人员，他说移植物将随血流进入肝血窦，并逐渐在肝内稳定下来并发挥作用。但即便如此门静脉内抗体也常常在胰岛定植下来前对它造成破坏，从而导致移植失败。因此人们便尝试用生物材料，例如藻朊酸盐，包裹在猪胰岛外面，以防止CD4/CD8 T淋巴细胞等免疫细胞对其造成破坏。
Living Cell Technologies是新西兰的一家生物技术公司。这家公司在2014年宣布他们已经将藻朊酸盐包裹的猪胰岛安全地注入14个病人体内并且未在人体内发现猪病毒传播迹象。亚洲方面，韩国政府正在商讨是否批准异种胰岛移植，但是官方结果尚未宣布。
对肾、心脏、肝脏等富血管器官的移植研究也在进行中。前年6月，研究人员报告一只狒狒在接受经基因改造的猪肝脏移植后存活了一个月，这也是一个新纪录。去年3月份，Cooper领导的团队宣布一颗修改过6个基因的猪肾脏（由United Therapeutics提供）在免疫抑制治疗的配合下，成功使一只狒狒存活超过8个月。
FDA审查人员到底需要怎样的临床前试验证据才能批准异种器官移植临床试验目前仍不得而知。Cooper表示他认为猪器官在4-5只狒狒体内维持半年并无排异现象发生足以让他们开展人体临床试验，“但FDA是否和我想法相同就不清楚了。”他说。移植器官在受体体内的理想维持时间取决于器官和临床情况两方面。如果移植肾脏能够使一个患者免于透析，即便它只能正常工作1年时间，移植仍是有价值的，Cooper表示。并且有的病人可能只是需要猪器官做一个短暂过渡，直到他们能够获得匹配的人类器官。
随着经验的积累和技术的进步，异种移植物的寿命会进一步延长，Cooper说，“但我们不能期待异种移植在短时间内达到同种移植的水平。20世纪50年代，当同种移植刚刚开始开展，移植物的寿命也只有几周甚至几天。即便在60、70年代，只有还不到一半的移植肾或移植心脏能维持1年。”
监管人员也意识到了这一点。在前年9月召开的国际异种移植协会大会上，FDA工作人员与异种器官移植领域的研究人员讨论怎样在该领域开展临床试验。Mohiuddin是这次大会的组织者之一，他说“这次大会非常成功，我们看到了各方面对于异种器官移植的热情，临床试验的开展是大势所趋。”Xenotransplantion期刊的主编Leo Bühler也出席了此次大会，他补充说此次大会“取得积极成果”，FDA表示将会根据每个临床试验的具体情况对异种移植进行评估，并不会与其他医学研究区别对待。
如何应对猪内源性逆转录病毒？
一直以来，安全性是监管机构最重视的问题之一。就异种器官移植来说，潜在的病毒传播是安全性方面的一大担忧。其中猪内源性逆转录病毒（PERV）引起了广泛关注。尽管PERV常见于猪的基因组，但研究人员认为因为移植而造成的猪-人病毒传播仅仅是理论上的。
新西兰的Living Cell Technologies公司在2014年将猪胰岛移植到14名病人身上后，并未发现逆转录病毒感染的证据。“目前没有关于PERV在人体内致病的相关报道。”Mohiuddin说，“但PERV仍然是全球监管机构的主要担忧之一，因此我们会尽力打消他们的忧虑。”研究人员将开发专门的检验手段监测移植受体是否发生PERV感染，同时他们还会制定相应的治疗措施以应对可能发生的感染。
许多团队花了数年的时间研究如何清除供体猪体内的PERV或者阻断其传播，他们有的采用传统繁殖方式，有的采用基因工程。2015年哈佛大学医学院的George Church团队宣布他们的实验敲除猪基因组中62个PERV片段，使人类培养细胞的被感染率下降至原来的千分之一。这一实验在技术绝对是一次突破，打破了之前同时敲除的基因数目的记录。但是仍有一些研究人员质疑在传染风险未被证实的情况下，敲除所有PERV基因片段是否有意义。
“George Church团队的基因编辑技术让人赞叹，但是我并不确定如此敲除PERV片段是否有意义。”Mohiuddin说。他还表示，如果目前存在消除PERV的手段，那监管机构会要求科研人员利用这种手段进一步预防病毒的传播，而这恰恰会拖延异种移植临床试验的开展。
Church团队目前通过他在马萨诸塞州的初创公司eGenesis进行猪供体的研究。eGenesis的另一个创始人杨璐菡是Church的学生，目前担任公司的首席战略官。2017年8月，eGenesis在《科学》上发文宣布他们已成功繁殖了一批携带25个基因变化的可独立存活的小猪，其基因改造旨在消除所有的PERV。文章发表时这批小猪中最大的已经4个月了。
在9月的异种器官移植大会上，eGenesis再次宣布他们繁殖了一批新的小猪，这些小猪体内的PERV序列已经全部失活，并且公司还对这些小猪的免疫功能进行了基因改造。杨璐菡承认目前对于PERV是否有传播风险仍存在争议，但她坚持这是一个必须解决的问题。“对于病毒的感染风险及严重程度，我们必须时刻保持警惕。”她说。
随着CRISPR基因修饰技术的普及，大家很容易过度使用基因工程以制造出完美的猪供体。但Burlak认为有另一种方法能够加速临床试验的开展——关注少数几个关键基因，然后为其寻找合适的配对，这和现在同种器官移植的做法是一样的。“也就是说我们要尽可能在少做基因修饰的基础上选出和供体猪匹配的器官移植等待者。”他说。
Burlak进一步说：“对猪和人类血液的交叉匹配实验主要观察在共同培养状态下抗体结合及免疫反应的情况。基于此类实验，研究人员发现有的人即便对野生型猪也不会有免疫反应，而有的人却会对任何猪器官都产生排斥，无论器官做了怎样的基因修饰。人类的免疫系统具有多样性，这就决定了有的人的免疫反应就是比其他人更强烈。”
Burlak还说，临床试验准备工作的另一个方面是物资供应——如何为试验甚至以后广泛的临床应用制造并养殖足够的动物。因此需要建造专门的设施饲养供体猪，并且要在不同时间段繁育供体猪以应对不同大小器官的需求。Cooper说：“猪的寿命可达20年，而猪在1岁的时候其器官大小就足以为体型最大的人类提供移植器官了。”因此还需要年龄更小的猪为小体型移植受体提供器官。比如“你是一个体重50千克的女性，那合适的供体可能是一只4个月大的小猪。”Burlak说。
Sachs团队繁育了一批迷你猪，它们的器官大小更适合人类。他们也同样敲除了这种小猪的抗原基因并导入人类免疫相容性基因。Cooper补充说，无论是小型猪还是正常体型的猪，它们从出生到稍微长大些都能够提供供体器官。
更广泛地利用猪产品
多家猪肉公司注意到了猪作为器官移植供体可能带来的商机。世界最大的猪肉生产商史密斯菲德食品公司在去年4月宣布将成立生物科技部来提高公司为医疗健康领域（包括异体器官移植）提供猪组织的能力。这意味着未来公司里的科研人员关注的目标除了如何生产最好的培根，还有如何为移植和科研提供最好的猪器官。
史密斯菲德生物科技部副主席Courtney Stanton表示，异种器官移植领域的迅速发展，尤其是利用猪作为主要移植供体，是公司成立新部门的关键原因。她说：“这方面的技术发展尚未成熟，我们希望能够提供必要的支持为它们保驾护航。我们想让科学界看到我们是认真的，并非小打小闹。”
过去几十年，Smithfield售卖的的猪产品中有一小部分用于药品（如肝素）及医学产品（如生物瓣膜）。但是Smithfield的管理层并未对猪产品应用于医药行业有充分的认识。“猪肉生产行业和药物研发行业始终存在沟通壁垒。”Stanton说。但她认为两者之间加强沟通有助于医学产品的研发。“猪的居住环境、养殖方式、饲料，当然还有基因——它们都会影响最终产品，但目前为止，供应链终端的用户并没有意识到这种联系。”她强调。
史密斯菲德是万洲国际旗下的子公司，虽然公司在短期内并不会生产转基因猪，但这种可能性未被排除，Stanton说。用于医学领域的猪将和用于食物制作的猪分开养殖。此外史密斯菲德在异种器官领域的初次尝试可能还是围绕脱细胞化的方法，但公司仍然对各种方法保持开放的态度。
将人类细胞植入供体猪
尽管便捷的基因编辑工具为制造与人体免疫系统相容的动物器官提供了新方法，但我们仍不清楚究竟何种程度的改造是必需的，以及动物可耐受的最大基因改造程度。此外，一些受者在接受异种器官移植后需要接受大剂量的免疫抑制剂，长期使用可能对患者造成危害。这些问题促使研究人员尝试了一种新的方法——将动物作为人类器官的“孵育器”。少数研究异种嵌合的科学家正在实验这种获取器官的途径。
研究人员首先从基因层面敲除动物的某一个器官，比如一个肾脏，从而制造了一个“空档”。接着他们在动物发育的早期在该“空档”导入人类的多能干细胞，随后动物正常发育，只不过有一个人类的肾脏。发育成熟后这个肾脏将被移植到受者体内。这个方法的亮点在于，理论上可以使用受者自己的人类干细胞，这意味着移植到他体内的不仅是一个人类肾脏，而且是他自己的肾脏。
研究人员已经成功实现了敲除动物体内多个器官，包括胰腺、肝脏、心脏、肺和肾脏。比如，他们只需要修饰与转录因子PDX1相关的遗传因素就能实现胰腺敲除。
器官敲除是这种方法里相对简单的一步。难点在于如何用人类细胞填补这个“空档”。近亲动物之间的干细胞导入实验的结果喜人。斯坦福大学的遗传学家中内启光在2017年1月报告他的团队通过移植从大鼠-小鼠嵌合体中获得的胰腺细胞成功治愈了小鼠的糖尿病。他的团队在过去还成功在小鼠体内培育了功能正常的大鼠胰岛细胞，但是因为数量过少而无法治愈大鼠的糖尿病。
在这个概念验证试验中，中内启光首先从小鼠中获得诱导性多能干细胞，然后将这些细胞注入被敲除与胰腺发育相关的遗传因素的大鼠囊胚中。这些大鼠带着小鼠胰腺（99%相似度）正常发育。研究人员随后将这些大鼠的胰岛注射到糖尿病小鼠体内。移植后糖尿病小鼠的血糖恢复至正常水平，并且维持时间超过1年，这意味着它们的糖尿病被治愈了。更重要的是小鼠获得的胰岛实际是由它们自己的多能干细胞发育而来的。
但这个实验中涉及的大鼠和小鼠是近亲物种，并且人们对它们的整个胚胎发育过程有详细了解。但将进化学中亲缘关系疏远的两个物种（例如猪和人）进行嵌合处理则要困难得多。在动物胚胎中繁殖人类干细胞就好比在干沙地里种水稻，基本活不了。
大多数人类-小鼠嵌合体实验不出意外地以失败告终。美国罗切斯特大学和丹麦哥本哈根大学的神经学家Steven Goldman说：“因为人类器官发育速度相比小鼠非常缓慢，因此还没有人能够在实验早期实现任何重大突破。”但他也说：“我觉得这些实验本身设计很棒，结果也很有意义，它告诉我们在这类实验中必须注意匹配供体和受体的发育速度。”
将目光投向大型动物
为了解决上面提到的问题，科学家将目光转向了体型更大的动物，包括猪、牛、羊等。这些动物的细胞和胚胎发育速度与人类的更接近。但是即便如此，构成嵌合体仍然非常困难。Juan Carlos Izpisua Belmonte是加州萨克生物研究学院的一名干细胞及发育生物学家。2017年1月，他的团队宣布他们在猪和牛体内对不同种类的原始及中间态人类多能干细胞进行可嵌合水平测试，这是首次人类-猪嵌合体实验，并引起了媒体的广泛关注。
但是这些实验失败的地方更引人注目。“在最好的情况下，中间态干细胞能达到的嵌合状态也不过是100000个猪细胞中嵌入1个人类细胞。”Belmonte说，“我们发现某些种类的细胞实验结果比另一些更好，但是即使是这些细胞，嵌合率也仍然非常低。”
每种动物细胞发育分化的速度都不相同，因此找到与人类细胞相匹配的动物胚胎非常困难。人们对于人类早期发育仍知之甚少，这使找到合适匹配难上加难。科研人员试图通过原始多能干细胞了解人类早期发育过程，但事实上连什么是人类干细胞的原始多能状态仍尚无定论。相比之下我们对小鼠的了解就详尽很多。“无论是对哪个人类细胞系我们都认识有限。” 哈佛大学医学院院长George Daley说，他目前正在研究人-动物嵌合体里的造血干细胞。
所以科学家们正在对各种细胞进行实验。比如在试验中加入各种化学药物诱导出不同的细胞种类。北京大学的生物学家邓宏魁与Belmonte前年4月报告，他们合作培育出了一种新的人类多能干细胞，这种干细胞能够在小鼠体内以1%的速度增殖。目前他们正在尝试将这种细胞导入猪体内。
为了让动物胚胎更好地接受人类细胞，适度的基因修饰是必要的，比如异种器官移植研究人员所做的那些。“我们可能需要将一些猪或羊的细胞‘人类化’，就像George Church的团队所做的那样。所以以后我们可能会合作。” 中内启光说。即便嵌合体研究人员真的成功在动物体内培育出了人类器官，但这个器官的脉管系统可能仍然是由供体动物发育而来的。
尽管目前仍面临各种挑战， Recombinetics仍试图将在动物体内培育人体器官这一概念商业化。这无疑是一个长期的过程。“只有失去理智的人才会现在就在这个领域里展开商业活动。” Recombinetics的创始人Scott Fahrenkrug说。“实在不行就去生产培根。”
当然他是在开玩笑。让FDA批准基因工程猪作为食物原料可能和培育嵌合体器官一样困难。这些猪只是Recombinetics商业计划的一部分。Recombinetics还有另外两个子公司专门负责人类疾病的猪模型基因编辑解决方案以及农业、水产业动物的精准养殖。
在Recombinetics的嵌合体研究项目中，公司试图解决动物体内的人类器官的脉管系统仍是由供体动物发育而来的这个问题。他们首先敲除猪体内整个脉管系统，然后恢复除了靶器官以外其他组织器官的血供。他们希望人类干细胞能够填补这一“空档”，为动物的靶器官提供人类血管。到目前为止，公司已经实现了敲除全部血管以及其他十几个靶向细胞、组织及器官，但随后的嵌合实验中，人类细胞填补了不到1%的“空档”。
谨慎推进
随着科学人员进行器官嵌合的能力不断提升，以及基因编辑技术的长足进步，关于动物福利及人类尊严的质疑纷至沓来。异种器官移植专家可能需要考虑基因编辑的最大限度在哪里？以及为了获得器官而将动物圈禁在无菌设备中是否人道？
而嵌合体研究专家面对的伦理质疑可能更加棘手，尤其是那些对大脑进行嵌合的科学家。人们会不自主地想到一个问题：如果动物大脑内有了足够多的人类细胞，那么这些动物是否会具有某种程度上的意识或者说某些人类特性呢？（见：“人类化”的猪大脑）
“人类化”的猪大脑
将人体干细胞导入动物体内以诱导人类器官形成的相关实验似乎进展不大，但研究人-动物嵌合大脑的科学家们的运气则好得多。人类神经细胞及神经祖细胞能够在动物出生前的后期甚至是出生后导入动物体内，并且大脑中人类细胞的嵌合率相比其他实体器官高很多。“不同物种的发育速度差别很大，这种差别在发育早期更为明显，此时对移植物的危害也更大。”罗切斯特大学医学中心的Goldman说，“器官或组织移植越晚，此时发育速度的差别越小，因此移植的成功率也越高。”
Goldman主要致力于将人类神经胶质细胞嵌入小鼠体内，胶质细胞能够为神经元提供支持和保护。Goldman团队能够将患有亨廷顿舞蹈病及精神分裂的患者的神经胶质细胞分离出来，将它们导入小鼠体内，从而获得具有患者特异性的嵌合小鼠模型，就好比为每一个患者制造了一个对应的小鼠疾病模型。Goldman计划利用这些小鼠研究胶质细胞在疾病中的作用，并进行相关药物试验。“这个模型很有帮助。” Goldman说。
在实验过程中，Goldman发现移植了人类胶质祖细胞的小鼠似乎更加“聪明”。“移植改变了神经放电及神经网络的运行特性。在多项认知实验中，移植后小鼠都表现得更加出色。”Goldman说。
这一发现让很多人心里一沉。倘若人类细胞，哪怕是不具备神经放电功能的细胞，都能够让小鼠变得更加聪明，那把人类神经细胞移植到猪的大脑里呢？又或者移植到猩猩大脑里？这种移植是否能让动物在一定程度上具备人的认知或者智能呢？美国国家健康研究所（NIH）提议修改其嵌合研究政策之后收到了约20000份反馈，其中表达这种忧虑的占到绝大部分。许多人慨叹“人类尊严”即将不复存在，同时也为实验动物遭受的痛苦表示同情。
宾夕法尼亚大学的生物伦理学家Adam Shriver写道“……我们对意识究竟是如何产生的知之甚少，在这种情况下，我对将不同物种的神经组织混合可能带来的痛苦表示非常担忧。”价值和哲学研究理事会的另一名生物伦理学家James Loiacono同样在意见中写道：“一旦我们让动物具有了自我意识，那它们就将变成‘谁’，而不再是‘什么’。”他向NIH询问科研人员应该如何对待这些动物，“是不是在难以控制这些动物的时候就杀了它们呢？”
嵌合体技术可能带来巨大的隐患，因此国际干细胞研究协会（ISSCR）及NIH都为研究限度制定了严格标准。其中一个标准就是针对人-动物嵌合体繁殖的。ISSCR和NIH都明令禁止培育可能产生人类卵子或精子的动物。“一旦培育出这种动物，那理论上就有可能在这些动物身上发生人类受精。”ISSCR指南的执笔者之一Daley表示。
在发育极早期进行人-灵长类动物嵌合是一个非常危险的举动。“因为灵长类动物在生物学上与人类非常接近，因此可能引起的伦理问题将更加严重。”NIH科研政策部副主任Carrie Wolinetz说。NIH还表示，人类多能干细胞不应当被引入到非人灵长类动物的早期胚胎中，因为研究者无法完全准确预测这些干细胞在该阶段会怎样发育。“因此人们对大脑嵌合表示担忧。” Wolinetz说。
ISSCR对这类实验的控制相对较松，协会表示这类研究可能 “引起特别的担忧”，但可以通过阻止这些动物继续发育来减轻这种“担忧”，并且对于这类实验应当 “具体案例具体分析”。
中内启光在斯坦福大学主要研究将人类多能干细胞导入绵羊胚胎中。他表示不让人类细胞嵌合入大脑其实并非难事。“有许多方法都能避免动物大脑中混入人类细胞。”他说。其中一种方法是构建一个能够编码蛋白杀死这类细胞的自杀基因。“这并不困难。”他说。更困难的是让人类细胞在动物体内增殖。只有实现这一点，“我们才需要关注安全和伦理问题。”他说。
而胰岛异体移植专家Burlak则反对这种“先试试再说”的观点。“这并不是进行科研探索的恰当方法。”他说。他认为嵌合体研究人员应该首先通过体外实验及小鼠实验了解人类细胞是否进入、如何进入动物大脑，以及如何和动物的中枢神经系统进行交互作用。“在开展大型动物实验前首先应该解决这些问题。”他说。
因为日本对嵌合实验管控更加严格，中内启光离开日本来到美国继续他的研究。日本禁止研究人员将人-动物嵌合胚胎移植到子宫内。这阻止了日本研究人员在动物体内培育任何功能正常的人类器官。
2013年，日本科学技术委员会生物伦理专家组建议修改此项政策，改为对研究进行个体化评估。研究项目必须保证不存在实验动物发育成侵犯人类身份或者损害“人类尊严”的生物的风险才有可能通过审核。但是由于各种政府审核流程，这些建议尚未生效，因此日本仍禁止此类实验，中内启光说。因此他在东京大学的团队只能将猩猩的多能干细胞，而非人类的干细胞导入猪胚胎内。
NIH禁止人类嵌合体实验
考虑到生物伦理方面的问题，NIH从2015年9月起停止资助了部分人-动物嵌合研究。停止资助的实验主要是将人类多能干细胞导入发育极早期的脊椎动物胚胎内——也就是早于原肠胚形成，这时胚胎将从单胚层发育为多胚层。
当NIH启动这项禁令的时候并没有这类实验正在接受NIH资助。“所以这是一个很好的时机让我们回顾到目前为止的科学进程，并考虑我们是否需要额外的政策和监管。”Wolinetz说。但这项禁令却对Belmonte造成了影响，当时他正在申请NIH先锋奖以资助他在猪体内培育人体器官的研究。最终NIH仍然授予了他该项资助，前提是他导入猪体内的只能是非人灵长类动物的多能干细胞。
2016年8月，NIH提出解除这项禁令，条件是将人类多能干细胞导入发育极早期（早于原肠胚形成）的脊椎动物胚胎内的研究需要接受内部联邦委员会的特别监管。而非人灵长类动物的细胞导入只能在胚泡期之后阶段开展。“多一重监管意味着一旦我们开始接近那些可能引起伦理争议的领域，就会有专门人员关注实验进行并提供额外的监管。”Wolinetz说。
NIH的提案还基于目前技术发展调整了它对于灵长类动物胚胎和繁殖相关研究的禁令。Wolinetz表示NIH收到了超过2万份公众对提案的意见，目前正在对这些意见进行梳理以决定最终政策，“与此同时，NIH管理层也在进行调整，因此这项政策短时间内不会出台。”她说。在最终政策出台之前，对相关研究的禁令仍然有效。
公众对于NIH提案的反对意见主要集中在从人类胚胎干细胞中获取多能干细胞。虽然这类多能干细胞已经被用于嵌合体实验，但是许多研究器官培育的研究人员表示其他细胞也能达到一样的效果，因此人体胚胎干细胞并不是必须的。“从啮齿类动物实验中，我们并没有看到诱导多能干细胞和胚胎干细胞有任何区别。” 中内启光说。
不止一份意见中指出在伦理方面，为了实现更好的异种器官移植而进行基因微调和在动物体内培育人体器官是有严格界限的。Stephen Smart是伊利诺伊州过敏及哮喘研究所的一名医生，他认为“异种器官移植、重组DNA以及动物和人类之间适当的遗传材料或基因产品的传递是可接受的”，而“将人类多能干细胞引入动物胚胎体内则是不能接受的。”一旦将人类细胞导入动物胚胎内，动物“可能会拥有过多的人类特性”而这也损害了“人类的尊严”，他写道。
而其他一些评论者的意见则像是滑坡谬误——将人类或动物的细胞或遗传材料混合将把人类引上一条危险的道路。“一旦你越过某条界，你就会落在滑坡上，下滑无法再被中止。”西密歇根大学心理学家Ron Van Houton写道。他还提到，随着科技的进步，人们将习惯这些变化，最终将会导致“人类尊严的损害”。还有一些评论称，这最终会导致人猩的诞生——人类和猩猩的混合体。
人猩和“恶心”
神经生物学家Michael Gazzaniga在他的书中反驳了滑坡谬误。“通过强调滑坡的极端结果，伦理学家利用公众的恐惧心理，暗示倘若我们给科学家一英寸的距离，他们会夺取一英里。”他写道，“你提出人猩是一种可能性，突然每个人都开始害怕让科学家将人类干细胞导入老鼠体内——即便这些实验可能最终得到治疗帕金森病、阿兹海默等疾病的治疗方法。”
他认为社会不会让极端事件发生。“在历史上每当极端事件发生的时候，人们总能设法摆脱它们——无论是极端独裁者、极端风潮还是极端药物。无论从道德、政治还是社会的角度，我们都不会让对极端的恐惧阻碍良性事物的发展。”他写道。
美国立法者为了回应“人猩恐惧”每隔几年就会立法禁止人-动物嵌合体研究，从某种程度上这也是“人猩恐惧”持续不消退的原因之一。最近的相关立法是“2016年禁止人-动物嵌合体法案”，它从六个角度定义了“人-动物嵌合体”，其中包括“将非人类卵子用人类精子受精后产生的胚胎”，“包含来自人类和非人类的单倍体染色体组的胚胎”等。
该提案的发起人Chris Smith是一名来自新泽西州的共和党，他并未应《自然-生物技术》的请求就该法案发表评论。一旦立法，该提案的用词将会被如何解读尚不清晰。“过于宽泛地定义嵌合体会无意间阻碍一些对于医学发展至关重要的实验，这是非常危险的。” Wolinetz说。
在恐惧背后，有另一种情感——“恶心”，它甚至在那些认识到研究重要性的人身上也起作用。我们和动物不一样，我们不可避免想要保持这种距离。“我能够理解这种感受。”Recombinetics的Fahrenkrug说，“当然有的人会觉得恶心，但我们在讨论拯救人类的生命。如果它拯救的是你的孩子，那你就不会再觉得恶心了。”Fahrenkrug说目前公司尚未让任何一个猪胚胎发育超过30天——此时猪的前脑即将开始发育。他希望在继续推进之前得到科研团体和利益相关人的支持。
公众可能最终会接受用猪作为移植器官供体，毕竟很长一段时间人类都在饲养和屠杀猪用来制造食物。但我们有理由相信公众能够接受的对动物所做的改造是有限度的，即便是为了治病救人。这是一场不可避免的讨论，并且很多人认为越早开始越好。ⓝ
Nature Biotechnology|doi:10.1038/nbt.4027
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