Nature：乔治·丘奇团队创造猪器官异种移植新纪录，69处基因编辑，异种移植后存活超2年

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

2015年11月27日，George Church、杨璐菡等人在Science期刊发表论文【1】，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，敲除了猪基因组中的内源性逆转录病毒基因，从而扫清猪器官用于人体移植的重大难关，重新燃起了大家对异种器官移植的信心。

同年，George Church、杨璐菡等人创立了异种器官移植公司eGenesis，旨在解决全球器官移植短缺的问题。

George Church（左）、杨璐菡（右）

2017年9月22日，George Church、杨璐菡等人在Science期刊发表论文【2】，成功克隆世界首批内源性逆转录病毒活性灭活猪，意味着异种器官移植研究迈出关键一步。之 后，杨璐菡回国，在杭州创立了启函生物，致力于通过高通量基因编辑技术和移植免疫的受体兼容改造技术，革新细胞和器官治疗。

2022年1月10日和2023年9月20日，马里兰大学医学院完成了两例基因编辑的猪心脏人体器官移植，前者在移植后两个月患者死亡，后者在移植后情况良好。这两例移植均基于FDA的“同情使用”计划，患者移植了经过10处基因编辑的猪的心脏。

2023年10月11日，eGenesis公司的研究人员在Nature上发表了题为：Design and testing of a humanized porcine donor for xenotransplantation（人源化猪异种移植供体的设计与试验）的研究论文。

该研究报道了将基因工程猪肾脏移植到非人灵长类动物（NHP）体内的手术设计和成功过程。研究团队对猪进行了多达69处基因编辑，包括敲除与超急性排异反应有关的聚糖抗原的合成有关的3个基因，敲入了参与调控排异反应反应的多个通路（炎症、先天免疫、凝血和补体）的7个人类基因，还敲除了猪基因组中的存在的内源性逆转录病毒。

结合免疫移植疗法，这种基因工程猪肾脏在移植后让食蟹猴存活了超过两年时间（758天），该研究显示了猪器官用于人类异种移植的前景，或进一步推动基因修饰的猪器官用于人类临床试验。

1954年12月23日，美国成功进行了世界第一例人体器官移植。此后，器官移植技术快速发展，20世纪70年代以来，器官移植已经成为肾功能衰竭和其他器官疾病患者的切实选择。

据世界卫生组织（WHO）统计，全世界每年大约有200万人需要器官移植，然而，阻碍这些患者的最大难题不是技术问题，而是器官供体的严重短缺，全球平均器官供需比不足1：20。以美国为例，现在有114000人在等待器官移植手术，但每年只有3万人等到了器官进行手术，平均每天有20多人在等待中去世。

全世界的科研人员尝试通过多种途径解决器官移植短缺问题，其中比较具有应用前景的是异种器官移植。异种器官移植，是使用其他物种的器官进行人体器官移植。

早期的异种器官移植研究，主要集中在从灵长类动物身上获取的器官，例如，1984年，心脏学家Leonard L. Bailey博士首次将狒狒的心脏移植给了一个名为Fae的新生儿，Fae出生时就患有严重的心脏发育不全，在垂死之际，Bailey 博士为她进行了这项轰动世界的异种器官移植手术，然而这并未能拯救Fae，她在手术后第21天死于机体排斥和器官衰竭。

而近年来，科学家们开始异种器官移植的来源放到了猪的身上，猪本身是作为人类的食物而被大量养殖，因此用于器官移植所产生的的伦理问题较少，此外，猪的产仔数量大，妊娠期短，且器官大小与人类接近。因此，猪成为人类理想的器官移植来源。

但是把猪的器官移植给人类，还需要克服几个障碍，这些障碍包括器官排异和人畜共患病风险（猪体内的病毒传播给人类）。之前的研究确定了猪体内表达的能被人类抗体识别和攻击的三个聚糖抗原，这会导致器官排异。此外，猪的内源性逆转录病毒也被发现是人体移植面临的一大风险。

尤卡坦迷你猪

在这项最新研究中，研究团队使用尤卡坦迷你猪作为供体猪，对其进行了多达69处基因编辑，敲除了会引起排异反应的表达聚糖抗原的3个基因 （GGTA1、CMAH和B4GALNT2L） ，敲入了7个人类基因以减少灵长类免疫系统的对抗 ，这7个人类基因包括补体相关的CD46和CD55、凝血相关的THBD和PROCR、先天免疫相关的CD47，抑制缺血再灌注损伤、细胞凋亡和炎症的TNFAIP3和HMOX1。 另外59处基因编辑是让猪逆转录病毒基因的所有拷贝失活。

经过上述基因修饰的猪肾脏在移植给食蟹猴猴存活时间显著延长，可达176天，而只敲除表达聚糖抗原的3个基因的猪的肾脏移植后只存活了24天。这说明，敲入的人类基因能在一定程度上预防排异反应。通过结合免疫抑制疗法，猪肾脏能够提供长达758天的食蟹猴的长期存活时间。

体外功能分析显示，编辑过的猪肾脏的内皮细胞以一种反映人内皮细胞的方式调节炎症，这表明编辑过的细胞获得了高水平的人体免疫相容性。此外，对稳定移植接受者肾脏功能生物标志物的评估显示，单个移植的猪肾脏提供了足够的代谢物过滤，以补偿缺少两个天然肾脏。

这项异种器官移植的里程碑式临床前数据，证明了基因修饰的猪肾脏可以在异种移植后长期存活，在移植到非人灵长类动物（NHP）后能够维持器官功能并存活超过两年时间。 这些结果显示出今后猪器官移植到人体的前景，并推动该技术向临床测试更进一步。

eGenesis 公司首席执行官Mike Curtis博士表示， 我们成功的将异种移植后的生存时间从几个月提高到了几年，我们开发的人类兼容器官（HuCo™） 将为数十万需要救命器官移植的患者提供新的捐赠来源的希望。

这项研究数据也将支持 eGenesis 公司的主要研发管线——猪肾脏异种移植（EGEN-2784）的临床开发，此外，该公司在推进体外肝脏灌注和心脏移植项目，以及胰岛细胞移植项目。

论文链接：

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aad1191

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aan4187

3. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06594-4

4. https://egenesisbio.com/our-pipeline/