世界首例！我国学者成功开展基因编辑猪肝脏的人体移植，迈出异种移植临床应用的关键一步

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

最近几年，异种移植的基础与临床研究取得里程碑式突破。2021年10月，纽约大学朗格尼医学中心首次将基因编辑的猪肾脏移植给了一位脑死亡女性。2022年1月，马里兰大学医学院进行了世界首例活人移植基因编辑猪心脏的手术，患者在移植后存活了约2个月时间。

这些突破在全世界范围内引发了广泛关注，让我们燃起了使用基因编辑猪作为供体进行异种移植来缓解人类器官移植短缺的希望。

而在异种移植领域，中国科学家也走在了世界前列。

2024年3月14日，空军军医大学西京医院宣布，在异种移植临床研究中取得重大突破，首次探索了“基因编辑猪-人类”肝脏异种移植的可行性，窦科峰院士、陶开山主任带领的团队成功将一只多基因编辑猪的全肝以辅助的方式移植到一位脑死亡患者体内。在这项于3月10日进行的手术中，移植的基因编辑猪肝脏恢复血流后即刻分泌胆汁，未见超急性排斥反应，已持续工作超96小时。

据悉，此次基因编辑猪肝脏向人体的异种移植，属世界首例。

窦科峰院士、陶开山主任等主刀手术

在这项研究中，移植受者是一例重型闭合性颅脑损伤后的脑死亡患者，其家属同意无偿参与异种肝移植科学研究，为人类医学进步做出贡献。而供体猪来自成都中科奥格生物科技有限公司，供体猪为O型血，体重为23公斤（其器官大小与人类更相似），并进行了6处基因编辑，包括敲除了3种会引起“超急性排斥和急性体液性排斥”的猪抗原（敲除三个猪基因：GTKO、CMAH和B4GALNT2）；转入了2种“人补体调节蛋白”（敲入两个人类基因：hCD46和hCD55）、1种“人凝血调节蛋白”（敲入1个人类基因：hTBM） 。

研究方案经过学术委员会、伦理委员会、器官移植委员会和动物委员会论证后进行。在经过9个小时的手术后，移植的猪肝脏开放血流后，色泽红润、质地良好，可见金黄色胆汁流出，说明猪肝在人体内发挥了生理功能。术后24小时，受体血流动力学平稳、移植肝脏胆汁分泌良好、B超显示移植肝脏血供良好、移植肝脏穿刺病理显示未见排斥反应。移植的基因编辑猪肝脏无论从胆汁、血供和病理结果来讲，情况良好，手术效果超出团队预想。

窦科峰院士表示，这是医学界第一次将基因编辑猪肝植入人体内，在目前观察的96小时内，移植的基因编辑猪肝脏，在人体内能够发挥生理功能，正常分泌胆汁，说明有可能替代人类肝脏。该项研究的顺利开展，是异种器官移植领域的重大突破，也是异种肝移植向临床迈进的关键一步，为下一步的临床应用提供了理论依据和数据支撑。

提供该研究中基因编辑供体猪的成都中科奥格生物科技有限公司由潘登科研究员于2018年创立，该公司 旨在打造 “未来器官工厂”，开发可供人体移植的异种器官、生物医用材料、疾病模型实验猪等等。

潘登科研究员

潘登科研究员对《生物世界》表示， 此次之所以进行肝脏异种移植，首先，我国是肝病大国，每年新增30万-50万肝衰竭患者，肝移植是他们唯一有效的根治方式，但实际能够等到匹配的人类供体肝脏的患者只是少数。而肝脏异种移植有望解决这一难题。

此外，中科奥格的医用猪 DPF （超洁净级）设施，为异种器官移植临床试验提供了生物安全的供体。 中科奥格培育了多种基因修饰的人源化供体猪，并在人源化猪组织器官 （肝脏、肾脏、胰岛、皮肤） 移植到非人灵长类取得了一系列重大进展，得到了空军军医大学西京医院异种移植团队等 医学专家的高度认可。

潘登科研究员还表示，中科奥格此次使用的六基因编辑猪 （敲除三个猪基因GTKO、CMAH和B4GALNT2，敲入三个人类基因hCD46和hCD55和hTBM） ，与美国 Revivicor 公司开发的十基因编辑猪采用的基因编辑方案有所不同，但表现效果都不错。值得一提的是，中科奥格使用的是巴马小型猪，其器官大小与人类更接近，因此无需额外敲除猪的生长激素基因。后续中科奥格也会继续探索更多的基因编辑方案及其移植后的长期观察效果。

中科奥格的基因编辑供体猪

猪是人类器官移植的理想来源

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。然而，但由于人体的免疫系统会攻击外来器官，因此异种器官移植非常具有挑战性。

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。

实际上，来自猪的心脏瓣膜、来自猪肠的肝素、以及猪皮移植物和猪角膜，已经被成功应用于人类的治疗。但是将猪的整个器官移植给人类，首先面临的问题就是免疫排斥，这主要是由于猪携带的基因产生的α-半乳糖苷寡糖所致。基于这一点，United Therapeutics 的子公司 Revivicor 开发出了敲除该基因的猪，并于2020年12月通过了美国FDA的批准，将这些猪用作人类的食物或药物。

用于给人类器官移植的基因编辑猪

将基因编辑后的猪器官移植给脑死亡人类

2021年10月，纽约大学朗格尼医学中心的Robert Montgomery医生首次将这种基因编辑后的猪的肾脏移植给了一位脑死亡的女性，她的家人同意医生在她停止生命迹象之前进行这项异种移植实验。研究团队将这种猪的肾脏连接到这位人类受体的一对大血管上，然后在呼吸机上观察了两天时间，移植后的猪肾脏能够正常过滤废物并产生尿液，而且没有引发排异反应。

Robert Montgomery医生

该研究的领导者Robert Montgomery医生表示，移植后的猪肾脏工作绝对是正常的，并没有像之前担心的那样立刻产生免疫排斥。

2023年7月24日，Robert Montgomery等人在Nature Medicine期刊发表论文，在这项研究中，他们使用编辑了10个基因的猪的心脏移植给了两名脑死亡的人类患者，并在66个小时的过程中监测异种移植心脏的功能、血流动力学和全身反应。结果显示，这两个异种移植心脏在移植后立即显示出良好的心脏功能，并在研究期间继续发挥功能，但有一例移植后心脏功能下降，原因是供体猪心脏和人类受体的大小不匹配。此外，研究团队没有发现排斥反应和人畜共患病的传播。

这项研究结果表明，猪到人类的心脏异种移植是可以成功地进行，而且不会出现超急性排斥反应或人畜共患病。

2023年7月，纽约大学朗格尼医学中心宣布，Robert Montgomery等人将基因编辑的猪肾脏一直到一名因脑肿瘤而脑死亡的患者体内，猪肾脏在患者体内运行了61天，这是异种器官移植运行时间的新记录。

首个活人接受猪心脏异种移植

2022年1月10日，马里兰大学医学院公布了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者David Bennett接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。

猪心脏移植手术后的David Bennett（右）

但不幸的是，同年3月8日，David Bennett因病情恶化而不幸去世。这颗基因编辑的猪心脏让他的寿命延长了2个月。虽然2个月的时间并不长，但这是异种器官移植领域的一个巨大成功和里程碑事件。

2023年6月29日，负责这项猪心脏移植手术的Bartley Griffith医生等人在国际顶尖医学期刊《柳叶刀》期刊发表论文。深入分析了这项世界首例猪心脏异种移植研究，揭示了第一次成功将转基因猪心脏移植到人类患者身上但最终导致心力衰竭的具体原因。

分析显示，在移植后的最初几周内，该患者的超声心动图显示移植心脏的功能良好，心血管和其他器官系统功能持续，没有出现急性排斥反应的迹象。然而，患者在术后第47天发生舒张性心力衰竭，术后第50天，心内膜活检显示毛细血管受损，伴有间质水肿、红细胞外渗、罕见的血栓性微血管病变和补体沉积。

研究团队分析，可能有好几个相互重叠的因素导致了患者的心力衰竭，其中包括他在移植前身体健康状况不佳，导致他的免疫功能严重受损。这也限制了在异种移植临床前研究中有效的抗排斥方案的使用，因此患者可能更容易受到免疫系统产生的抗体对器官的排斥。

此外，静脉注射免疫球蛋白也可能导致心肌细胞受损。在移植后的第二个月，该患者被注射了两次免疫球蛋白，以帮助预防感染，这也可能引发针对猪心脏的免疫反应。

最后，研究团队还调查了猪心脏中一种被称为猪巨细胞病毒（PCMV）的潜伏病毒的存在，这种病毒可能导致移植功能障碍。病毒的激活可能是在患者减少抗病毒治疗方案以解决其他健康问题之后发生的。这可能引发了引起细胞损伤的炎症反应。但没有证据表明病毒感染了病人或扩散到心脏以外的器官。对此，研究团队已经开发了改进的PCMV检测方案，用于灵敏地检测和排除潜伏病毒，以便将来进行异种器官移植 。

2023年9月22日，美国马里兰大学医学院发布声明，宣布 一名58岁男性成为世界第二位接受猪心脏器官移植的病人 ，该移植手术已于9月20日完成。该声明显示，患者在移植后猪心脏后，可以自主呼吸，新的心脏没有任何辅助设备的帮助，功能也很好。

这位名为Lawrence Faucette的58岁男性因为存在血管疾病和内出血并发症，无法接受捐赠的人类心脏进行移植。 他因出现心力衰竭正在于9月14日入院治疗。 FDA基于“同情使用”计划，批准了这项实验性猪心脏异种器官移植手术 。

而在10月31日，马里兰大学医学中心在其官网发布悼念文章，宣布这位58岁的异种器官移植患者于10月30日不幸去世。他在9月20日完成猪心脏移植移植手术后，存活了约40天，未超过首例猪心脏移植患者的存活时间。