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关键词:猪、CRISPR、器官移植



2017年8月10日,著名学术期刊Science在线发表了杨璐菡等人题为”Inactivationof porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9” 的文章。


杨璐菡博士,80后科学家,2017年全球青年领袖。本科毕业于北京大学,获哈佛大学博士学位,师从有“合成生物学之父”美誉的美国科学院与工程学院双料院士George Church教授,研究CRISPR-Cas9基因编辑系统。

 

Article Highlights:

1. 首次证实了猪逆转录病毒可以在人细胞间转移;

2. 应用CRISPR-Cas9技术,成功失活了猪FFF3细胞中的23个位点基因,并利用CRISPR-Cas9技术结合优化的筛选技术(细胞凋亡抑制剂等),得到后代为100% PERV失活的细胞系;

3. 利用体细胞核移植技术和胚胎移植技术首次得到PERV完全失活的小猪,到目前为止最大的已经存活四个月。


  1只猪可以拯救8个人的生命  

 

201511日起,中国全面停止使用死囚器官作为器官移植的供体,公民逝世之后自愿器官捐献成为器官移植的唯一来源。


但每年器官捐献登记的人数明显少于需要器官移植的人数。

中国器官移植现状(数据来源于网络)


据报道,2015年美国注册需要进行器官移植的人数为117,000人,然而进行器官移植的只有30,970例,这表明平均每天有22人由于未等到器官移植而死亡。

 

人类器官和组织的捐献数量较少,是器官和组织移植的最主要限制之一。于是科学家尝试着将与人类亲缘关系相近物种的器官移植到人体内,替代受损的器官,因此灵长类动物成为最先考虑的替代者。


但由于灵长类动物难于人工饲养、且本身数量少、繁殖率低、成本高、且存在伦理道德等等的缺点,使得人们重新将目光集中到猪身上。



虽然猪的亲缘关系不如灵长类动物,但是猪的器官大小和功能与人体及其相似,而且易于人工饲养、成本低、繁殖率高等优点,使得猪器官成为异种移植最佳来源。一只猪的器官可以分别移植到8个人体内,相当于拯救8个人的生命,可谓功德无量。


然而,这些美好的设想面前横亘着一个巨大的障碍:排异反应,比如PERV病毒所导致的潜在风险。

 

 何方妖孽阻碍二师兄拯救人类---PERV那点事 

 

PERVs是一种γ逆转录病毒,以前病毒DNA形式整合进宿主细胞基因组中,并随细胞染色体复制而复制。在所有猪品种的基因组中都有发现。


目前为止,临床上还没有报道猪的PERV可以转移到人中,但有实验证明,PERVs可以感染人的细胞系,并且可以整合到基因组中。


然而,由于异种之间的免疫不兼容性和猪的逆转录病毒潜在的激活转移,使猪器官移植在临床上面临着极大的挑战。


杨璐菡文章中所有猪的PREVs在mRNA水平上显示出100%的扫除效率


虽然PERV病毒对猪本身的生长影响不大,但是PERV病毒对人是否有影响还不得而知。之前有文章报道,猪的PERV病毒可以从猪细胞转移到人细胞内,但是PERV是否可以通过人类细胞之间相互转移还不得而知。


在杨璐菡的这篇文章中作者证实了猪内源性PERV病毒可以转移到人类细胞中,并且可以在人细胞之间转移。


通过长达四个月对感染了PERV病毒的HEK293T-GFP细胞PERV拷贝数的观察,发现PERV-A 和PERV-B 亚型都存在于HEK293T-GFP中。这表明PERV病毒可以感染人细胞。


Map of PERV integration sites on human chromosomes


为了进一步观察PERV病毒是否可以在人细胞之间进行转移,作者将感染了PERV病毒的HEK293T-GFP细胞和野生型的HEK293T细胞共培养两周,随后检测了野生型HEK293T细胞中PERV的表达情况。作者发现在野生型的HEK293T细胞中有不同程度的PERV感染。


当然,PERV并不是猪器官异种移植的唯一挑战,还有其他引起免疫排斥的原因。

 

  CRISPR:“Edit ? NO,I am saving lives”  

 

CRISPR-Cas9编辑技术近年来发展迅速,由于其周期短、效率高、成本低、易上手等优点使得其成为最主流的基因编辑工具。

去年11月份,川大华西医院卢铀教授领衔的科研团队开展了全球首例针对转移性非小细胞肺癌的CRISPR–Cas9基因编辑人体临床试验。另外,其他基于CRISPR/Cas9技术的应用也不断涌现,例如快速检测寨卡病毒、在体内切除HIV DNA片段、构建细胞疾病模型等等,无一不展示了巨大的应用前景。


在这篇文章中,作者通过CRISPR-Cas9技术结合优化的筛选技术,成功的在猪的原代成纤维细胞中敲除了全部23个拷贝的PERV。通过一系列的实验检测,证实PERV活性完全丧失。将这种细胞通过体细胞核移植技术和胚胎移植技术培育出有史以来完全清除了PERV的37只健康猪仔,目前存活15只,最大的已四个月。


这项突破大大缩短了猪器官异体移植的进程。或许对在苦苦等待器官移植的人来说,这将是他们重生的希望。


    器官异种移植,行在路上   


在这里不得不说说eGenesis公司。

eGenesis公司由杨璐菡博士与她在哈佛读博士期间的导师George M. Church在2015年联合创立,今天3月份刚刚宣布获得3800万美元A轮融资,自创立至今,已经累计融资4000 万美元。

eGenesis从成立之初开始就着力于研究器官的异种移植。通过CRISPR-Cas9等技术,排除猪不适合作为异种移植的因素,降低人体对它的免疫排斥,为解决器官供需失调提供了一种潜在的解决方案。



简而言之,科学家们期望在动物身体上培育出新的器官,形成源源不断的器官来源,然后通过手术移植到人体,从而有效解决人体器官短缺的现状。


这篇文章展示了巨大的应用前景,足以震撼,但是我们还是要清楚的意识到,还有好多难题在等待着科研工作者,比如最让人头疼的免疫排异反应。


人体内的免疫系统在接受到外来器官时会引发免疫反应,在很短的时间内将这种异物清除。虽然现在有很多人在器官移植的过程中会服用降低免疫反应的药物,但是这种药物会大大降低人体的免疫系统功能。这意味着其他的微生物、病毒等很容易对人体造成入侵。



在技术层面,进行异种移植时,如何克服免疫排异反应,提高与人类的免疫兼容性,仍然是最重要的问题。新的技术和解决方案也层出不穷,例如3D打印器官移植,利用自身的成体干细胞经体外诱导分化而来的活细胞为原料,在体外或体内直接打印活体器官或组织;


制约这种技术为人类造福的,不是技术本身,而是技术之外的东西。


在技术之外,器官移植的伦理问题、效用与公平问题、法律问题等等都考验着它的临床实际应用程度。等待,仍然发生在中国每一家从事器官移植的医院里;希望,也依然发生在每一个器官衰竭等待移植的病人那里。


行在路上,更多美好在发生。

 



 

【完】


作者原创作品,未经授权禁止转载!


部分图片来自网络

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回复文字:好好学习,收听喜马拉雅FM电台栏目《一分钟听懂NGS基础概念》,让生信分析不再遥不可及。


回复文字:果然科学,给你看一篇好玩的科普文章。

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