2015年10月初,世界顶级科学刊物《科学》的新一期发表了一篇重要的研究论文。论文作者----美国哈佛大学科学家乔治。彻奇(George Church)通过使用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功抑制了猪体内猪内源性逆转录病毒(PERV)的基因,使猪来源异种器官移植的研究进程大大推进。
广大人民群众纷纷表示,这新闻生词有点多啊,能说人话么?
好,咱们一个一个掰开说,先来看看比较容易理解的“异种器官移植”。
什么是异种器官移植?
异种移植,是将某一种属个体的器官或组织移植到另一种属个体的某一部位。众所周知,人类来源的器官供应处于严重的“供不应求”状态,因传统观念影响,我国器官捐献率在主要大国中更是出了名的低,使得移植器官短缺的问题雪上加霜,并进一步导致了器官黑市买卖等各种社会问题。但是,目前,器官移植依然是很多恶性疾病的最终解决方案。
面对这种困境,有聪明人出了个好主意:既然人的器官不好找,能否用其它动物的器官替代一下?
这并非天方夜谭。
须知,地球所有生物在进化上都本出一家,在很多基本生理、生化和遗传机制上都有着不同程度的一致性。而在人类所属的哺乳纲内部,不同物种间很多器官的功能和结构并无本质差异,基本运行方式大同小异。这样一来,跨物种器官移植从生理学和解剖学上看似乎并无不可。
但器官的具体性能和尺寸还是需要考虑的。灵长类同胞虽然和人类最为接近,但大多数成员体型太小,器官根本无法承担人体代谢的需要。而黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩、红毛猩猩等大型类人猿又都是濒危的稀有动物,地位尊贵根本动不得。
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。
图1 猪的全身都是宝,不但能吃,还可能救命
虽然在分类上,猪和人一个是偶蹄目一个是灵长目,相差挺远,但从体型、食性、代谢水平这些外在指标看,却和人类大体接近,猪的一些器官从“性能参数”上看和人类基本处于同一档次。加之猪便于定向育种和大规模繁殖,显然是不错的潜在器官移植来源。
然而,到目前为止,也依然只是“潜在”来源,问题出在哪里呢?
“潜在”的器官移植,为何还未“转正”?

图2 最简单的器官移植抗原配型----交叉配血试验
答案就在更加微观的细胞和分子层面。
即便对器官移植了解仅限于电视剧里白血病“换血”的人也知道,器官移植最大的门槛就是“抗原配型”。
抗原配型的本质,就是机体免疫系统对外来异物的排斥作用。在平时,这种机能是捍卫机体健康的钢铁长城;但在器官移植时,免疫系统的排斥攻击可以让外来器官在几分钟内就丧失功能。而决定免疫系统判断“亲疏远近”的主要标准,则是外来细胞表面抗原的种类,和机体本身表面抗原相似度越高越安全。
实际上,大家熟悉的输血时的“血型配对”就是一种极其简单的抗原配型,一般只用考虑ABO和Rh等少数几种红细胞表面抗原即可。而移植大型器官时,因为涉及细胞种类繁多,配型会变得极其复杂,想在茫茫人海中找到符合条件的捐献者,无异于大海捞针。
当然,这些问题可以通过专门的免疫抑制剂在一定程度上进行缓解,但猪和人的差异毕竟不是人与人之间可比的,单靠免疫抑制剂难以直接完成这样的跨物种移植。
到现在为止,异种器官移植的免疫排斥都是个很棘手的课题。通过基因工程,培育没有免疫识别障碍、可以随意向任何免疫背景患者提供器官的“万能猪”一直是生命科学和医学界的一大梦想。
内源性逆转录病毒,培育“万能猪”的阻碍

图3 病毒感染侵袭细胞过程
而在研究过程中,科学家还发现了另一个更头疼的难点,就是上文提到的猪内源性逆转录病毒(PERV)。
什么是内源性逆转录病毒呢?
所有病毒,其拿手绝活都是感染宿主细胞,用各种方式将自己的基因片段插入到宿主细胞的基因中,再以自己的基因为蓝本、利用宿主细胞来复制自己感染更多细胞,如此循环。
大家熟知的感冒病毒,就是这样折腾上呼吸道的,中招者自然难免涕泪横流。
但有些病毒在感冒病毒代表的“粗放式”扩增感染方式之外开辟了一条更加“温和”的新路子。
它们将自己的基因插入宿主细胞后就不再轻举妄动,而是低调地搭着宿主细胞分裂时基因复制的“顺风车”连带复制,只在一些必要时刻才以完整病毒颗粒的状态出现。显然,这种方式对宿主危害更小,虽然不如粗放式那样爆发迅速,但胜在细水长流,属于更加稳定的“长线投资”。
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