移植豬腎猴子成功存活兩年！Nature發(fā)布跨物種器官移植最新成果

克雷西 2023-10-12 13:14:38 來源：量子位

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跨物種器官移植，又有新進(jìn)展了！

最新一期的Nature刊載了一項(xiàng)關(guān)于基因編輯豬腎移植的研究。

植入這種改造腎臟的猴子，最長(zhǎng)存活時(shí)間達(dá)到了兩年。

這項(xiàng)研究由美國(guó)一家名為eGenesis的生物技術(shù)公司牽頭，多所高校和研究機(jī)構(gòu)共同參與。

研究團(tuán)隊(duì)敲除了會(huì)引起人類人類排異反應(yīng)的基因，并引入了人類的免疫調(diào)節(jié)蛋白，得到了“人類化”的腎臟供體。

這些腎臟被植入15只食蟹獼猴(Macaca fascicularis)體內(nèi)，其中有9只生存時(shí)間超過一年，最長(zhǎng)壽的一只活了兩年。

Nature介紹，在跨物種器官移植案例中，兩年的存活時(shí)間十分罕見。

那么，研究團(tuán)隊(duì)是如何做到的呢？

讓豬腎更適合人類

技術(shù)層面，解決跨物種器官移植的中心思想就是讓供體器官盡可能和受體相匹配。

我們將通過回答下面這三個(gè)問題來具體介紹這項(xiàng)研究：

• 為什么選擇豬和食蟹獼猴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
• 被編輯的基因有哪些
• 編輯和移植是如何操作的

為什么選擇豬和食蟹獼猴

之所以選用豬腎，當(dāng)然是因?yàn)橄啾绕渌w，豬在各方面的特征都與人類最為接近。

首先是體重和器官大小，成年豬的體重約100-200公斤，腎臟大小約10-13厘米，最符合成人腎移植的需求。

然后是免疫學(xué)特征，豬體內(nèi)沒有Neu5Gc等會(huì)引起人體排斥反應(yīng)的糖基化抗原，豬器官的血管內(nèi)皮細(xì)胞可以表達(dá)人源免疫調(diào)控蛋白。

事實(shí)上，豬是目前跨物種器官移植研究的首選供體動(dòng)物。

而在受體的選擇上，和人最接近的靈長(zhǎng)類動(dòng)物自然是當(dāng)仁不讓。

而具體選擇食蟹獼猴，也和體型及免疫特征有關(guān)，當(dāng)然也考慮了飼養(yǎng)成本和倫理等因素。

被編輯的基因有哪些

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員先后編輯了豬腎中的69處基因。

首先是刪除了α-Gal、Neu5Gc和Sd(a)3種會(huì)引起人類免疫反應(yīng)的抗原的相關(guān)基因。

血清抗原-抗體反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于人類和其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物，敲除豬的這三個(gè)基因后IgG和IgM抗體水平都明顯下降，說明排斥反應(yīng)大大降低。

然后是插入了7個(gè)與免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的人源基因，使豬腎獲得類似人體腎臟的免疫調(diào)節(jié)能力。

具體來看，這些基因涉及了細(xì)胞毒性、凝血、信號(hào)調(diào)節(jié)、炎癥和細(xì)胞凋亡等功能。

實(shí)驗(yàn)中存活兩年的食蟹獼猴正是加入了這7個(gè)基因，而在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，沒插入這種基因的食蟹獼猴只活了50天。

其余的59處編輯則是滅活了內(nèi)源性豬逆轉(zhuǎn)錄病毒(PERV)的功能，減少病毒對(duì)人體的潛在感染風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)過PCR和基因測(cè)序，研究人員確認(rèn)了有關(guān)基因均發(fā)生了敲除突變，且在接受移植的猴體內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)感染的情況。

△經(jīng)過基因編輯的豬腎（紫紅色：人類CD46蛋白；綠色：腎內(nèi)皮細(xì)胞；藍(lán)色：細(xì)胞核）

不過抗原水平的大幅降低并不意味著完全消失，因此實(shí)際過程中還是需要使用免疫抑制藥物來防止排異反應(yīng)的發(fā)生。

編輯和移植分別如何操作

具體的編輯過程，使用了CRISPR/Cas9技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)主要涉及Cas9酶和gRNA，前者可以切斷雙鏈DNA，后者則提供目標(biāo)序列指導(dǎo)。

操作中，研究人員會(huì)設(shè)計(jì)與目標(biāo)基因序列互補(bǔ)的特異性gRNA并與Cas9酶混合，形成能識(shí)別目標(biāo)序列并切割的RNP復(fù)合物。

切割完成后，細(xì)胞會(huì)試圖通過非同源末端接合修復(fù)雙鏈斷裂，利用這一特點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)基因敲除。

如果想加入新的基因片段，可以在 RNP 復(fù)合物中同時(shí)提供供體DNA，通過同源重組的方式敲入目的基因。

移植的過程通過手術(shù)來完成，在開始之前會(huì)使用免疫抑制藥物，移植完畢后會(huì)通過穿刺活檢來監(jiān)測(cè)其狀態(tài)。

那么，在猴子身上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是否意味著人類有希望用上這種腎臟呢？

要解決的不只是排異問題

對(duì)于這一問題，學(xué)界還沒有給出確切的結(jié)論。

馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院的異種移植外科醫(yī)生Muhammad Mohiuddin對(duì)此就持有樂觀態(tài)度，他表示：

對(duì)相關(guān)基因的操作是針對(duì)人類而非其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物設(shè)計(jì)的，因此在人類身上的表現(xiàn)可能比在猴子身上更好。

不同的觀點(diǎn)則認(rèn)為，排異反應(yīng)并非是跨物種器官移植需要解決的唯一問題。

阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校的移植外科醫(yī)生Jayme Locke表示，基因匹配只是一個(gè)方面，具體存活概率還要看豬腎能否承受人體的重量、血壓等環(huán)境。

而目前研究的進(jìn)展是，F(xiàn)DA正在評(píng)估是否批準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的人類活體實(shí)驗(yàn)，這次發(fā)表的成果將為其提供重要的數(shù)據(jù)支持。

此前曾經(jīng)有研究人員將經(jīng)基因編輯的豬心臟移植給需要靠ECMO維持生命的心臟疾病患者的案例，該患者在接受移植的前49天沒有任何異常，然后突然出現(xiàn)異常，在第60天因移植器官衰竭去世。

△該患者接受移植后第49天的心電圖和超聲圖像

那么對(duì)于豬腎移植的新進(jìn)展，你怎么看？

論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06594-4
參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-023-03176-2
[2]https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa2201422