猪 3.0 来了！明星女科学家杨璐菡领衔 首个临床异种器官移植雏形诞生

人体移植器官严重短缺，那么是不是可以将动物器官移植到人体？

据说，早在 300 多年前，一位名为 Job Janszoon van Meekeren 的阿姆斯特丹外科医生在修补一名士兵的头骨时，就使用了一块狗骨头。这之后，科学家们也在兔子、黑猩猩、猪、老鼠身上做过尝试。

2017 年，被誉为是「基因剪刀手」的哈佛大学和美国 eGenesis 公司异种器官移植课题带头人杨璐菡领衔其团队，克隆出世界首批 PERV 活性灭活猪。当时，其研究成果登上 Science 封面。

时隔 3 年，杨璐菡再次领衔团队，将 CRISPR-Cas9 和转座子技术相结合，做出了有望用于临床的异种器官移植的雏形，实现了异种器官移植的又一重大突破。

异种器官移植：从 1.0 到 3.0

器官移植的概念大家已经不陌生了，但何谓「异种器官移植」？

其实，异种器官移植是指向人体移植非人类器官，这种技术目的在于缓解人体移植器官的短缺问题。

异种器官移植两大难题

由于部分猪体内器官的大小、功能与人类相似，因此科学家们将关注点放在猪器官上面，但潜在的挑战有以下两个。

一方面，猪基因组中携带有猪内源性逆转录病毒（Porcine Endogenous Retroviruses，PERV），这些病毒可能会传播给人类，并可能造成破坏性后果。

如下图所示，杨璐菡团队对感染 PERV 的细胞 i-HEK293T-GFP 的种群和克隆中的 PERV 拷贝数进行为期长达 4 个多月的观察后，发现 PERV 拷贝数会随时间增加。

如下图所示，杨璐菡团队甚至检测到，即便是没有与猪细胞的接触史，HEK293T 细胞中也有 PERV 元素的存在。

如果说第一张图证明了“猪传人”的可能性，那么第二张图就意味着这种病毒还可以“人传人”。

另一方面，猪移植器官与人体之间会出现免疫和生理分子不相容的情况。

也就是说，要想推进异种器官移植技术的发展，最起码要解决这两大难题。

猪 1.0 解决第一大难题

2017 年 9 月 22 日，杨璐菡团队的论文发表于 Science，宣布解决了第一项难题——猪内源性逆转录病毒（PERV）跨物种传播。

具体来讲，团队使用 CRISPR-Cas9 技术，灭活了猪原代细胞系中的所有 PERV 病毒，又通过体细胞核转移培育出了世界首批 PERV 活性灭活猪，也就是「猪 1.0」。

下图 A 部分为出生两天后的 PERV 灭活小猪的照片。

B 部分展示了在基因组 DNA 水平上 PERV 的失活。团队对不同年龄（最大 100 天）的 PERV 灭活猪进行了基因分型，所有接受检查的猪均表现出约 100％ 的 PERV 灭活率。

C 部分展示的是，在 mRNA 水平，所有猪均表现出约 100％ 的 PERV 根除率。

正如杨璐菡团队所说：

「猪 1.0」不仅有利于提升对 PERV 的认识，也为猪到人的异种移植提供了更为安全的器官和组织来源。

猪 2.0 解决第二大难题

2018 年 10 月的一次研讨会上，杨璐菡团队的「猪 2.0」重磅公布，此次该团队解决了第二项难题——器官移植免疫排斥问题。

杨璐菡团队利用 CRISPR，首先敲除了部分免疫反应的基因，再插入抗免疫反应基因，并对部分调节凝血反应的基因进行编辑，从而解决了免疫排除问题。

当时，该团队表示希望将免疫反应进一步减小，最终实现免疫反应的完全消除。

猪 3.0 实现重大突破

解决了两大难题之后，「猪 3.0」也诞生了。

2020 年 9 月 21 日，杨璐菡团队题为 Extensive germline genome engineering in pigs（大规模的猪种系基因组工程）的研究成果发表于《自然》子刊《自然·生物医学工程》。

在这一论文正式发布之前（2019 年 12 月），该团队曾在预印本网站 bioRxiv 发布了未经同行审议的版本，提前展示了两只 5 天大的猪 3.0 的照片。

这一次，团队是将 CRISPR-Cas9 和转座子（transposon）技术结合，证明所有 PERV 失活小猪都可通过基因工程来消除 3 种异种抗原、表达 9 种人类转基因，从而增强猪器官和人类受体之间的免疫相容性、凝血相容性。

团队表示，他们所编辑的 13 个基因和 42 个等位基因在 猪 3.0 的生理、生育和种系遗传上均表现正常。通过体外试验，来自猪 3.0 的细胞对人类体液排斥反应、细胞介导的损伤和与凝血失调相关的发病机制具有抗性。

因此团队认为：

为提高猪与人免疫系统相容性而进行的大规模猪基因组工程，最终使实现安全有效的猪异种移植成为可能。

杨璐菡，何人也？

杨璐菡的经历，可以说是非常亮眼。

2004 年，杨璐菡参加国际生物学奥林匹克竞赛，荣获金奖，从而被保送至北京大学生命科学学院。

2008 年，获得了北京大学生物学和心理学双学士学位的杨璐菡，在读博期间师从“合成生物学之父”、哈佛医学院基因组研究中心主任、著名遗传学家 George Church，并获得哈佛大学生物和转化医学博士学位。

2014 年，杨璐菡入选福布斯“30 岁以下 30 个科学医疗领域领军人物”。

2015 年，杨璐菡和 George Church 共同创办了名为 eGenesis 的生物技术公司，致力于推动异种器官移植临床应用，她也是 eGenesis 的首席科学执行员。

2017 年，杨璐菡和老师 George Church 又共同创立了杭州启函生物科技有限公司，希望解决人体移植器官严重短缺的问题。

同年，杨璐菡入选世界经济论坛（World Economic Forum）评出的 2017 年度“全球青年领袖”。值得一提的是，2017 年度该榜单上的中国名字只有两个，一是杨璐菡，另一个则是腾讯公司总裁刘炽平。

杨璐菡曾表示：

每一天，我们都在推进科技的极限。我们希望尽快让医学界了解到异种移植的可行性。

期待杨璐菡团队未来在该领域的更多突破。

引用来源：

https://www.nature.com/articles/s41551-020-00613-9

https://science.sciencemag.org/content/357/6357/1303.full

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2019.12.17.876862v3.full.pdf

https://mp.weixin.qq.com/s/zPTVx9hONiba9gdiq2XVuw

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