论文部分内容阅读
“万能猪”是科学家们培育的一种克隆猪，其体内导致猪器官与人血不相容的猪DNA片段已被敲除，因此它们的器官可以移植到人体中。从理论上说，这种器官移植到人身上不会出现排斥反应，如果能够实现，将为深受供体短缺困扰的人类器官移植带来全新的希望。
关于器官移植，目前主要有两个分支：一个是同种异体器官移植，即接受器官移植的受体和供体是同一种类（例如都是人），但他们具有不完全相同的遗传基因，在他们之间进行器官或组织的移植；另一个是异种器官移植，是指将动物身体的器官，通过基因技术，移植到人体中，并长期有效存活。现在临床上进行的器官移植手术绝大多数是同种异体器官移植。这种手术受到供体缺乏的限制，造成许多患者的死亡。这是因为目前等待器官移植患者的数量远远大于可供移植器官的数量，很多人往往在等待器官移植的过程中死去。
自从1954年第一例肾移植手术后，器官移植手术已成为器官衰竭者的主要救命手术。但供体的短缺严重制约了器官移植技术的开展。人类来源的器官供应处于严重的“供不应求”状态，在中国，这个问题更突出。我国每年有100万～150万生命垂危的人亟须器官移植，最终能得到供体接受移植的病人不到1万人。
在其他国家，这个差距也是很大的。全世界需紧急器官移植手术的患者数量与所捐献人体器官的数量比为20∶1，这个数字还不包括那些靠药物维持可以等待但又必须接受器官移植手术的患者，因而供体器官的缺口相当大。
一方面供体短缺，另一方面需求量剧增，怎么才能解决这个矛盾呢？开展异种器官移植是世界公认的解决器官短缺的重要途径。面对这种困境，科学家们自然而然地想到：既然人的器官不好找，能否用其他动物的器官来替代一下？这的确是一个好主意。人们首先想到的供体是与人关系最密切的猴、猩猩和狒狒，这些动物与人一样属于灵长类动物，它们的器官结构、生理功能和新陈代谢与人非常相似，应该更适合移植到人体，但实际上存在很多问题。首先，要考虑到移植器官的性能和尺寸。灵长类动物虽然和人类最接近，但大多数成员（例如猴）的体型太小，它们的器官根本无法承担人体代谢的需要。而猩猩和狒狒等大型类人猿又都是濒危的稀有动物，是人类保护的动物。同时，灵长类动物的特点是世代间隙长，尤其是猩猩和狒狒，世代间隙长达10年以上，繁殖率低，一胎一仔，饲养成本也较高，很难满足人类器官移植的需求。最后一点是因为它们与人类是“近亲”，存在于它们体内的一些病毒，例如SIV（猴免疫缺陷病毒）、埃博拉病毒很容易传染给人类，它们的器官移植到人体上发生重组之后甚至会产生更有害的病毒。
既然孙猴子这个“大师兄”指望不上，那就只好烦劳“二师兄”猪八戒牺牲一下了。虽然在分类上，猪是偶蹄目，人是灵长目，相差挺远，但从体型、食性、代谢水平这些外在指标来看，猪和人类大体接近。猪的一些器官从“性能参数”上看和人类基本处于同一档次。例如，猪的心脏与人的心脏大小差不多，其管道分布和动力输出也相类似；人的体温为36～37℃，猪的体温也是36～37℃；人的心率为60～100次/分钟，猪为55～60次/分钟。
同时，它与人进化距离不远不近刚刚好，猪组织内的病毒不太会造成人类感染。此外，猪便于定向育种和大规模繁殖，显然是不错的潜在移植器官来源。科学家对猪情有独钟，到目前为止，在国际上，猪是异种器官移植的最佳选择对象已成为共识。
一头猪的器官可广泛用于人体角膜、皮肤、胰岛、关节、肌腱、韧带、肾脏、心脏、肝脏等器官的移植。在医学界，植入人体细胞的猪的心脏瓣膜已用在患者身上。美国有科学家已大胆尝试用野猪的肝脏为肝昏迷的患者过滤肝脏毒素，为他们争取时间，等待肝脏供体。而猪的韧带肌腱的移植技术也已经成熟。
要培育出用于人体器官移植的“万能猪”，必须解决以下几个难题。
1.超急性排斥反应
异体器官移植最大的障碍在哪里？是超急性排斥反應。人类自身的免疫系统犹如一支军队，护卫着身体不受外来细菌和病毒的侵略，也清除体内出现的“非己”成分。移植外来器官的同时，会带来别的身体细胞，自身免疫系统就会将这些“非己”成分视为侵略者，试图将其消灭，这就是“免疫排斥”。
猪体内有一种简称α—GAL基因，是狒狒与人等灵长类动物所没有的。当猪器官植入人体后，人体的免疫系统会将这种分子认作外来物而发起攻击，几分钟内即可将移植器官摧毁。科学家曾经试验过很多方法来解决超急性排斥问题，比如在猪器官移植给猴子的实验中，试图先去除供体的α-GAL糖分子，或者通过给猴子做血液透析以去掉它们体内的抗体等。但这些做法的持续时间和效果都十分有限。随着基因技术的发展，解决排斥反应最根本的办法，就是用某种办法“敲除”掉猪的α-GAL基因，再导入人的抗排斥反应基因。传统的基因敲除方式步骤复杂，效率也不够高。目前，采用的最好基因编辑技术是CRISPR/Cas9技术。简单说就是让拥有剪切DNA链条能力的Cas9内切酶，在导向RNA片段的指引下对特定位置的基因片段进行精确切割，从而人为制造基因的突变甚至失活，之后还能在空缺处加入新的基因片段，人为编辑修改基因序列。该方法操作简便快捷，成功率也更高，可以说是整个基因工程界的新锐技术。
异体器官移植的迫切性
关于器官移植，目前主要有两个分支：一个是同种异体器官移植，即接受器官移植的受体和供体是同一种类（例如都是人），但他们具有不完全相同的遗传基因，在他们之间进行器官或组织的移植；另一个是异种器官移植，是指将动物身体的器官，通过基因技术，移植到人体中，并长期有效存活。现在临床上进行的器官移植手术绝大多数是同种异体器官移植。这种手术受到供体缺乏的限制，造成许多患者的死亡。这是因为目前等待器官移植患者的数量远远大于可供移植器官的数量，很多人往往在等待器官移植的过程中死去。
自从1954年第一例肾移植手术后，器官移植手术已成为器官衰竭者的主要救命手术。但供体的短缺严重制约了器官移植技术的开展。人类来源的器官供应处于严重的“供不应求”状态，在中国，这个问题更突出。我国每年有100万～150万生命垂危的人亟须器官移植，最终能得到供体接受移植的病人不到1万人。
在其他国家，这个差距也是很大的。全世界需紧急器官移植手术的患者数量与所捐献人体器官的数量比为20∶1，这个数字还不包括那些靠药物维持可以等待但又必须接受器官移植手术的患者，因而供体器官的缺口相当大。
为什么猪是最佳供体对象
一方面供体短缺，另一方面需求量剧增，怎么才能解决这个矛盾呢？开展异种器官移植是世界公认的解决器官短缺的重要途径。面对这种困境，科学家们自然而然地想到：既然人的器官不好找，能否用其他动物的器官来替代一下？这的确是一个好主意。人们首先想到的供体是与人关系最密切的猴、猩猩和狒狒，这些动物与人一样属于灵长类动物，它们的器官结构、生理功能和新陈代谢与人非常相似，应该更适合移植到人体，但实际上存在很多问题。首先，要考虑到移植器官的性能和尺寸。灵长类动物虽然和人类最接近，但大多数成员（例如猴）的体型太小，它们的器官根本无法承担人体代谢的需要。而猩猩和狒狒等大型类人猿又都是濒危的稀有动物，是人类保护的动物。同时，灵长类动物的特点是世代间隙长，尤其是猩猩和狒狒，世代间隙长达10年以上，繁殖率低，一胎一仔，饲养成本也较高，很难满足人类器官移植的需求。最后一点是因为它们与人类是“近亲”，存在于它们体内的一些病毒，例如SIV（猴免疫缺陷病毒）、埃博拉病毒很容易传染给人类，它们的器官移植到人体上发生重组之后甚至会产生更有害的病毒。
既然孙猴子这个“大师兄”指望不上，那就只好烦劳“二师兄”猪八戒牺牲一下了。虽然在分类上，猪是偶蹄目，人是灵长目，相差挺远，但从体型、食性、代谢水平这些外在指标来看，猪和人类大体接近。猪的一些器官从“性能参数”上看和人类基本处于同一档次。例如，猪的心脏与人的心脏大小差不多，其管道分布和动力输出也相类似；人的体温为36～37℃，猪的体温也是36～37℃；人的心率为60～100次/分钟，猪为55～60次/分钟。
同时，它与人进化距离不远不近刚刚好，猪组织内的病毒不太会造成人类感染。此外，猪便于定向育种和大规模繁殖，显然是不错的潜在移植器官来源。科学家对猪情有独钟，到目前为止，在国际上，猪是异种器官移植的最佳选择对象已成为共识。
一头猪的器官可广泛用于人体角膜、皮肤、胰岛、关节、肌腱、韧带、肾脏、心脏、肝脏等器官的移植。在医学界，植入人体细胞的猪的心脏瓣膜已用在患者身上。美国有科学家已大胆尝试用野猪的肝脏为肝昏迷的患者过滤肝脏毒素，为他们争取时间，等待肝脏供体。而猪的韧带肌腱的移植技术也已经成熟。
需要解决的难题
要培育出用于人体器官移植的“万能猪”，必须解决以下几个难题。
1.超急性排斥反应
异体器官移植最大的障碍在哪里？是超急性排斥反應。人类自身的免疫系统犹如一支军队，护卫着身体不受外来细菌和病毒的侵略，也清除体内出现的“非己”成分。移植外来器官的同时，会带来别的身体细胞，自身免疫系统就会将这些“非己”成分视为侵略者，试图将其消灭，这就是“免疫排斥”。
猪体内有一种简称α—GAL基因，是狒狒与人等灵长类动物所没有的。当猪器官植入人体后，人体的免疫系统会将这种分子认作外来物而发起攻击，几分钟内即可将移植器官摧毁。科学家曾经试验过很多方法来解决超急性排斥问题，比如在猪器官移植给猴子的实验中，试图先去除供体的α-GAL糖分子，或者通过给猴子做血液透析以去掉它们体内的抗体等。但这些做法的持续时间和效果都十分有限。随着基因技术的发展，解决排斥反应最根本的办法，就是用某种办法“敲除”掉猪的α-GAL基因，再导入人的抗排斥反应基因。传统的基因敲除方式步骤复杂，效率也不够高。目前，采用的最好基因编辑技术是CRISPR/Cas9技术。简单说就是让拥有剪切DNA链条能力的Cas9内切酶，在导向RNA片段的指引下对特定位置的基因片段进行精确切割，从而人为制造基因的突变甚至失活，之后还能在空缺处加入新的基因片段，人为编辑修改基因序列。该方法操作简便快捷，成功率也更高，可以说是整个基因工程界的新锐技术。