基因编辑猪器官走进临床 | 热点
今年，外科医生首次将基因编辑猪的心脏和肾脏移植到人体内，研究人员渴望开展更多的此类人体试验。
David Bennett的心脏正在衰竭，这位来自马里兰州的57岁杂务工仅剩下几周的生命，今年1月，Bennett的医生为他提供了一个接受猪心移植的机会。Bennett同意了手术，他在接受治疗的巴尔的摩马里兰大学医学中心的新闻发布会上表示，虽然希望渺茫，但这是他最后的机会。1月7日，医生为他移植了经过基因编辑以适应人体的猪心脏。
马里兰大学医学中心的团队首次将一颗猪心移植到一个鲜活的人体内
Bennett在身体机能停止前使用新的心脏存活了8周。在他死后，研究小组了解到移植的器官感染了一种猪疱疹病毒，而这种病毒在测试中并没有被发现。
但是即使仅存活了几个星期，对于一个被移植到人体内的动物脏器来说也是一段很长的时间，因为这是异种移植。鉴于人类免疫系统会在几分钟内就能够开始攻击非转基因猪的器官，其他异种移植的研究人员对这项试验印象将十分深刻。中国杭州启函生物科技有限公司（Qihan Biotech）的首席执行官、生物工程学家Luhan Yang表示，病人存活两个月这件事出乎了她的意料，她认为这是异种移植领域的胜利。
这只是今年新闻报道的一些异种移植案例之一。Bennett手术后几个月，两个研究小组独立地报告称首次将猪肾移植到3个因缺乏大脑功能而被宣布法律上死亡的人体内。试验发现，这些肾脏能够产生尿液，并且不会被人类免疫系统排斥，即使在手术后两到三天也是如此。外科医生在6月和7月又为脑死亡患者进行了两次猪心脏移植手术。
许多研究人员预计，这些早期的成果将促使在重病患者中进行异种移植的小型临床试验数量激增。支持者表示，这些努力如果成功，将有助于减少成千名单上需要器官移植的患者数量（仅在美国就有超过10万人），可以避免许多人在等待期间死亡。目前，研究人员表示，他们正在等待FDA等监管机构对已提交的几项申请进行评估。FDA发言人表示，机构不会对申请的进展或是否通过评估发表评论。
6月，FDA召开了一次会议，越来越多的美国研究团队希望开始开展异种移植的正式临床试验。数百只狒狒在接受猪的脏器或细胞（主要是心脏、肾脏和产生胰岛素的胰岛细胞）后存活了长达3年。有了这些数据，科学家试图说服FDA官员，异种移植已经准备好供人类使用。
研究人员认为，需要进行临床试验来回答一些问题，如使用哪种品系的猪最适合移植，以及如何确保这些动物没有携带感染。澳大利亚悉尼大学（University of Sydney）的移植外科医生Wayne Hawthorne表示，研究人员需要向前迈出这一步，使动物脏器走进诊临床。
Bennett的移植和随后的死亡让公众空前关注这个话题，但这也暴露了风险。研究人员认为有必要谨慎行事。Hawthorne表示，如果异种移植的技术出现一点问题，就可能面临整个领域的倒退。
1.动物来源
异种移植一直是移植外科医生的梦想，因为他们一直面临着合适器官的严重短缺的问题。20世纪60年代，研究人员开始在人类身上测试黑猩猩和狒狒的脏器，并取得了一定的成功，但饲养足够的动物进行移植是不切实际的。
猪可能是更合理的脏器来源。因为它们的脏器在尺寸和解剖学上更接近人类，而且猪的数量由于农业生产已非常庞大。猪的器官甚至可能比同种的人类器官更具优势，手术可以提前安排，器官可以新鲜使用，而无需要求当基因相容的捐赠者死亡时，病人和手术团队需要随时待命。
此外，外科医生可能不清楚人类捐赠者的病史或遗传倾向。波士顿马萨诸塞州总医院（Massachusetts General Hospital）的传染病专家Jay Fishman表示，他们只有一个小时来筛选捐献者，因为时间非常紧张。对于猪的器官而言，他们有机会进行在人类器官中无法进行的筛选检测。
直到20世纪90年代初，使用猪的器官还伴随着一个大问题：人类免疫系统对它们的排异反应。马萨诸塞州总医院的移植外科医生David Cooper发现，人类和其他灵长类动物的免疫系统主要对猪细胞表面的一种名为α-Gal的糖蛋白分子具有排异反应。编码突变有助于使制造糖蛋白的猪基因在细胞中停止产生α-Gal，从而利于非人灵长类动物在经历移植转基因动物的器官后能存活更长时间。
2010年代基因编辑技术CRISPR–Cas 9的出现为这一领域提供了催化剂，不仅可以更容易地编辑编码α-Gal产生的基因，还可以编辑许多其他可能有助于人体耐受猪器官的基因。几家公司正在开发经过不同改造的猪器官；到目前为止，除了有限的几项试验外，尚无一家公司被批准可用于异种移植。
Bennett移植手术中使用的猪由弗吉尼亚州布莱克斯堡的Revivicor公司生产，经过10次基因编辑。该公司改变了4个猪的基因，其中一个基因有助于将猪的器官培养成适合人体的尺寸，并添加了6种人类基因：4种用于抑制免疫反应，其余两种可防止血液因炎症而凝固。
其他团队使用的方法稍有不同。例如，总部位于佛罗里达州迈阿密的Makana Therapeutics公司只改变了猪的3个基因。公司创始人Joe Tector表示，这些基因的改变均可防止人类抗体攻击器官，并且它们提供了改善非人类灵长类动物器官存活率的有效证据。随着基因工程技术变得更加成熟，添加或交换DNA将变得更加直接和可行。
德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学（Ludwig Maximilian University of Munich）的分子生物学家Eckhard Wolf同意这一观点。他表示，研究人员的总体策略是尽可能保持简单。他的团队已经对来自新西兰的一种野生迷你猪进行了五次基因编辑。随后第一窝小猪于9月出生。这些新生的迷你猪不需要进行编辑来限制它们的生长，因为其器官与人类的器官在尺寸上相似。Wolf还提到，如果他的团队将迷你猪的心脏移植到狒狒体内时一切顺利，负责监管药物和医疗产品的欧洲药品管理局（European Medicines Agency）可能会在三年内批准心脏移植的小型人体试验。
2.试验计划
人类的异种移植研究正处于起始阶段，由于某些未知原因，每一项基因编辑都仅在非人类灵长类动物身上进行了测试和优化。一些物种倾向于产生比人类更多的针对猪器官的抗体。尚不清楚哪些基因编辑（如果存在）对于将异种器官移植到人类体内至关重要。
尽管存在差异，一些研究小组表示，FDA要求他们提供更多关于猪器官在非人类灵长类动物中表现的数据。Cooper表示，这就像要证明一种药物在人类身上有疗效，但对于猴子无作用，却仍然需要在猴子身上进行测试一样，这样做完全不合逻辑。FDA没有评论具体案例需要多少灵长类动物数据，但发布了指导意见，称灵长类动物模型不足以证明猪器官对人类是安全的。
移植到脑死亡的人体内可提供一个中间步骤。纽约大学（New York University）的外科医生Robert Montgomery今年组织了一个肾脏移植小组，他计划在申请涉及存活患者的临床试验之前，在脑死亡的人中进行更多的移植试验。他试验中使用的Revivicor公司生产的猪只编辑了一个涉及α-Gal的基因。FDA于2020年12月批准了这种基因编辑的猪用于人类消费和除移植以外的一些医疗用途。但Montgomery担心，复杂的修饰组合可能会产生不可预测的相互作用。
其他研究人员认为，在存活患者身上进行试验将是确定移植数月后人体是否排斥器官的最佳方法。伯明翰阿拉巴马大学（University of Alabama）的移植外科医生Jayme Locke表示，让脑死亡的人长时间维持生命是一种不道德的行为。他带领的另一个小组今年将一个肾脏移植给了一个脑死亡的人。Locke正致力于向FDA申请开始临床试验的许可，使用为Bennett提供心脏的Revivicor公司生产的猪肾脏。她的团队已经在联邦注册中列出了一个这样的试验，尽管此试验尚未获得批准，也尚未开始招募将接受肾脏移植的20名患者。
Hawthorne表示，其他组织，如产生胰岛素的胰岛细胞，可能不会引发过度的免疫反应，因此一组简单的基因修饰可能就已足够。他的团队已经设计了一系列用于生产胰岛细胞的猪，这种猪缺乏α-Gal，并含有两种抑制人类免疫反应的其他基因。6月，他的团队报告称，移植的胰岛已经治愈了5只狒狒的糖尿病，它们在不需要胰岛素或免疫抑制药物的情况下存活了近两年。
Hawthorne目前正计划对猪胰岛细胞进行临床试验，用于患有严重型1型糖尿病的患者。他表示，如果其团队能够获得资助和批准，试验可以在一年内启动。其他研究小组此前发现，猪的胰岛细胞对人体似乎是安全的。
3.移植没有病毒的猪器官
监管机构对这项技术最大的担忧之一是猪身上存在的传染性疾病。目前还不清楚这会造成多大的问题，但感染可以通过多种方式引起危害。
猪易感的疾病可以通过移植的器官传染给人类。这种担忧导致杭州启函生物科技有限公司在今年早些时候中国爆发非洲猪瘟后停止了异种移植尝试。这促使Yang等人希望通过基因工程培育出一种能抵抗非洲猪瘟的猪。记录他们工作的手稿目前正在审查中。
猪内源性逆转录病毒（porcine endogenous retroviruse, PERV），这是整合于猪基因组中的病毒成分。此病毒并非从环境中获得，而是通过遗传病毒的DNA片段。这些病毒对猪无害，但是研究对于PERV是否能从猪来源的器官进入人类细胞，以及是否对人或猪的器官有害尚存异议。Yang表示，现在判断这是未雨绸缪还是杞人忧天仍为时过早。
尽管如此，为了观察是否有可能使这些病毒成分失活，Yang和马萨诸塞州波士顿哈佛医学院（Harvard Medical School）的George Church使用CRISPR对猪基因组中所有已知的PERV进行了编码：在一个猪肾细胞系中共进行了62处基因编辑。
马萨诸塞州坎布里奇的生物技术公司eGenesis的首席执行官Michael Curtis表示，人们不相信可以进行这么多编辑并产生可行的捐赠供体。Church和Yang成立了eGenesis，将CRISPR技术用于商业化异种移植，其中一只猕猴移植了一个经过几十种PERV基因敲除的猪肾脏，并存活了近一年。该公司目前正在利用这项技术创建猪心、猪肾和猪肝，总共有多达80次编辑，具体取决于器官的预期用途。
Fishman表示，即使消灭了PERV并防范了已知的病原体，也不能阻止一种不熟悉的病毒造成严重破坏。仍然有未知的病原体可能来自猪，例如：一个经历猪肺脏异种移植的患者可能会感染一种只对猪易感的呼吸道病毒。
尽管Fishman表示这不太可能，但感染这两个物种的病毒可能会在人体内重组，产生一种新的病原体，就像流感病毒在鸟类、蝙蝠和猪身上的表现一样。
FDA建议，为了最大限度地降低公共卫生风险，猪的脏器只能移植给那些没有其他选择的患者，并且确保他们的生活质量会因手术而得到显著改善。FDA还表示，目前已有对患者进行长期监测的政策，并禁止携带猪脏器的人献血，防止疾病传播的风险。
Bennett的心脏被发现携带有猪巨细胞病毒（cytomegalovirus, CMV），这是一种通常只感染猪的疱疹病毒家族的成员，但尚不清楚是否是该病毒使Bennett死亡。马里兰大学医学中心的研究人员Muhammad Mohiuddin报告了Bennett手术的研究。Mohiuddin表示，没有证据表明病毒损害了Bennett的心脏，而且他确信病毒没有扩散到Bennett身体的其他部位。他怀疑患者的其它器官已经被其疾病或移植后的并发症（与猪病毒无关）所损害。
然而，Mohiuddin并不能排除因病毒造成了死亡。Revivicor公司已经对其生产的猪进行了CMV RNA和其它病原体检测，并已证明这些猪体内不存在这些病毒。Mohiuddin和其他人怀疑病毒潜伏在器官中，只有通过专门识别动物的抗体才能检测出来。Revivicor公司表示，已经开发了更灵敏的CMV测试技术，但拒绝透露该技术筛选了多少种病原体。
Mohiuddin的团队获得了FDA的紧急许可，可以为Bennett进行移植。一旦其确定未来用于移植的猪不携带病毒，Mohiuddin将计划进行更多的移植手术。Mohiuddin表示，医疗中心不断为他提供适合并愿意接受猪移植的患者，但他表示拒绝。因为在满足别人之前，必须先满足自己。
4.试验类型
Tector表示，尽管心脏异种移植引起了很多关注，但第一个进入临床试验的实体器官很可能是肾脏，因为它的功能和结构比许多其他器官更简单。
对于更复杂的器官，eGenesis正在计划一个过渡步骤。该公司希望在12到18个月内开始用一种类似于透析的装置对猪肝脏进行测试。3到6名濒死的参与者将被暂时连接到单独的猪肝脏上；他们的血液将通过猪肝脏排出，以清除肝衰竭期间积聚的有毒废物。Curtis表示，该公司还在研究幼年猪心脏，同样可以作为有心脏问题的儿童的桥梁，直到他们能够接受人类心脏移植。
在6月的会议上，FDA官员列出了对异种移植产品的一系列担忧，包括器官的质量以及如何确保它们不含病原体。
Tector表示，研究人员有很多问题需要回答。但是，在Makana公司的狒狒移植有功能的猪肾后，其中有60-70%的狒狒可以存活一年以上，所以该公司认为已经准备好可以开展临床试验。今年早些时候，该公司向FDA提交了申请。
Fishman表示，当试验开始时，最重要的事情将是从每个参与者那里收集尽可能多的数据。这是研究人员对病人负责，也是对社会负责。
来源：https://www.lifeomics.com
E.N.D
往期文章推荐：