猪肺存活了九天,但也引发了免疫反应。人们希望猪器官有朝一日能够缓解器官捐赠短缺的问题。
经过大量改造的猪肺在脑死亡的人类受体体内存活了216小时。据《自然医学》报道,这是首次在人类身上进行跨物种肺移植的试验。
人们希望,这种被称为异种移植的方法有朝一日能够解决当今器官捐赠短缺的问题。猪器官的大小与人类器官差不多,但它们富含引发免疫排斥的蛋白质。多年来,科学家们精心识别了这些蛋白质及其基因,并在此过程中不断调整策略,通过基因编辑使猪器官更适合人类移植。
这些努力开始取得成效。感谢勇敢的志愿者们,人们已经接受了基因改造的猪心、猪肝和猪肾。现在,来自广州医科大学第一附属医院的中国团队及其同事证明,肺异种移植也是可行的——但有一些限制条件。
尽管该器官存活了九天多,但它也引发了炎症,损害了移植器官,即使使用了大量药物来抑制免疫系统。
然而,研究团队写道,这项研究“为该领域的进一步创新铺平了道路”。
为什么是猪?
每天大约有13人死于器官移植的等待。原因简单得令人心碎:可用的捐赠器官不足。
为了使移植手术顺利进行,器官必须与接受者的血型和其他免疫标记进行仔细匹配,以降低排斥反应的几率。这导致等待的时间极其漫长。截至2024年9月底,近9万人在等待肾脏移植,超过3000人在等待新的心脏。
猪器官可以作为替代品,但如果不进行改变,它们对人体是有毒的。
这些器官通常携带一种名为猪内源性逆转录病毒(PERV)的病毒,这种病毒嵌入其基因中。这些病毒对宿主无害,但可以感染人类。此外,将供体器官整合到新体内会触发宿主的免疫系统。供体器官的细胞,无论是来自人还是猪,都带有蛋白质标记,就像指纹一样。当身体无法识别指纹时,就会发起全面的免疫攻击。杀伤性T细胞、B细胞以及一系列被称为细胞因子的毒性分子会攻击新器官。
诀窍在于让猪的器官更像我们的器官,这样它们就能逃脱免疫监视。
多年来,科学家们煞费苦心地寻找免疫触发蛋白背后的猪基因,并使用基因编辑工具 CRISPR-Cas9 将其剪掉。但这些基因被简化的器官还存在其他问题。由于缺乏将其标记为正常细胞或器官的蛋白质信号,它们在游走的免疫细胞眼中仍然显得可疑。因此,科学家们添加了三个人类免疫调节基因,作为一种免疫伪装。
经过多年的改进,中国科学家培育出了一种巴马香猪(一种生活在中国南方的小型猪),其中有六个经过编辑的基因,使其器官更适合人类。
至少理论上如此。
吸入
在这项新试验中,研究人员从一头完全成年、基因编辑的巴马香猪体内取出左肺,并将其移植到一名脑死亡受体体内。这名39岁的受体不符合器官捐献的资格,其家人完全同意了这项手术。
移植前,研究小组仔细筛查了该器官的病原体。检测结果呈阴性。移植过程与人肺移植类似,但为了更好地适应,需要修剪猪的一些气管和血管。
与心脏和肾脏等实体器官相比,肺脏柔软,特别容易受到损伤。当组织缺血时,它们会进入一种分子休克模式。移植过程中快速回输血液可以恢复器官活力,但也会造成广泛的损伤。一些肺细胞对这种损伤特别敏感。
出乎意料的是,移植肺的状况在一天之内就有所好转。输送氧气进出肺部的血管之间的压力稳定了下来。换句话说,移植的肺已经恢复了功能。
并非全是好消息。一天后,移植肺的部分区域因免疫细胞和细胞因子的猛烈攻击而出现危险肿胀,表明出现了剧烈的免疫反应。移植后三到六天,检测显示抗体激增。尽管这种活动最终逐渐消退,但该团队写道,这表明发生了“二次免疫激活”。
尽管免疫海啸损伤了移植肺,但到第九天,肺似乎已部分愈合。它已与宿主整合,并稳定地支持血液中的氧气交换。医学影像也显示移植肺正在愈合。然而,应接受者家属的要求,团队当天就结束了实验。
在整个研究过程中,肺部对猪病毒的检测结果呈阴性,即使使用免疫抑制药物治疗,宿主也没有出现任何常见感染。
前路漫漫
与以前的心脏和肾脏等异种移植不同,肺的移植由于其解剖结构和作用而特别棘手。
就像水管一样,当心脏将大量血液泵入器官进行氧合时,肺必须承受高压。与心脏或肾脏不同,肺也暴露于环境病原体,因此特别容易受到感染。而且,肺内壁的血管含有大量蛋白质,这些蛋白质很容易引发排斥反应。
尽管从植入的肺部移除了触发免疫的基因,它们仍然遭受了多种类型的免疫攻击。研究团队写道,与之前在狒狒身上进行的实验相比,此次免疫反应更加严重,发生的时间也更早。这凸显了我们需要更好的策略来预防免疫攻击,或者对猪的基因组进行更多调整。
最后,接受者的右肺(当时仍在运作)可能改变了移植肺的功能和免疫系统。这使得我们很难预测全肺移植的长期效果。
目前,该团队正在研究已经用于支持人类肺移植的药物,以便将来更彻底地阻止免疫系统。
他们写道,“针对肺部免疫力的更精细的方法”,例如添加血液稀释剂或抗炎药物,可以更好地控制免疫反应。
文章“科学家首次将经过改造的猪肺移植到人体”最先出现在SingularityHub上。