最新研究：基因編輯豬有望成為人的器官來源｜專訪楊璐菡
? 萌態(tài)可掬的基因編輯小豬，或許是人類器官的來源，圖片來自eGenesis
整理 | 葉水送、應(yīng)可鈞
責(zé)編 | 徐 可
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人生如同一輛汽車，剛開始的時候，性能完好，即使遇到顛簸的道路也所向披靡。隨著時間的流逝，新車變舊車，停停補(bǔ)補(bǔ)已成為常態(tài)，如果疏于對零部件的更替，那么舊車就可能會變成壞車，再也不能在公路上馳騁了。
同樣的，人的“零部件”如果壞了，就需要進(jìn)行器官移植。事實(shí)上，器官移植并不是一個新鮮話題，隨著科技的進(jìn)步，器官移植的成功率已經(jīng)大為提高。
盡管如此，器官匱乏是當(dāng)下我們?nèi)悦媾R的一個嚴(yán)重問題。每年全球大概有200多萬人急需器官移植，而器官捐獻(xiàn)的數(shù)量遠(yuǎn)低于需要的人群，這也導(dǎo)致很多科學(xué)家從山羊、狒狒、兔子甚至狗身上打起主意。經(jīng)過無數(shù)次的嘗試以及失敗教訓(xùn)，人們才逐漸意識到，豬可能是更為理想的器官供體。在器官的功能、大小以及可及性上，豬都是人類理想的器官供體。
但豬作為供體，面臨著兩個主要問題：一是異種器官移植所造成的免疫排斥；二是豬自身攜帶有病毒，如果將其器官移植到人體，可能會造成危害。據(jù)資料顯示，上世紀(jì)90年代，醫(yī)學(xué)研究者曾嘗試用異種器官移植的方式解決人類供體器官短缺問題，由于存在上述原因，世界衛(wèi)生組織及美國政府均明確表示，在找到解決辦法之前，停止一切異種器官移植的臨床試驗(yàn)。
2017年8月10日，國際頂級學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》發(fā)表了eGenesis公司與哈佛醫(yī)學(xué)院華人學(xué)者楊璐菡及其研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重要工作：成功克隆一批內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒失活的豬（PERV-inactivated pigs）。這項(xiàng)工作消除了豬供體所攜帶的病毒，同時也展示出基因編輯技術(shù)對解決器官匱乏問題的推動作用。該項(xiàng)目是由美國eGenesis公司主導(dǎo)，哈佛醫(yī)學(xué)院George Church教授及云南農(nóng)業(yè)大學(xué)魏紅江教授課題組合作參與。
楊璐菡出生于四川，本科畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，后師從被譽(yù)為“合成生物學(xué)之父”的George Church教授，獲得哈佛大學(xué)博士學(xué)位。2015年，楊璐菡與Church教授聯(lián)合創(chuàng)建了生物技術(shù)公司eGenesis，并擔(dān)任首席科學(xué)官。該公司致力于利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)為患者提供安全、有效的可供移植的組織和器官，今年3月獲得3800萬美元的A輪融資。
在這項(xiàng)研究中，楊璐菡及論文的第一作者牛冬等人發(fā)現(xiàn)，PERVs病毒在體外不僅會從豬細(xì)胞感染人的細(xì)胞，還可在人細(xì)胞之間進(jìn)行傳播。該病毒一旦侵入到人體細(xì)胞中，有可能會引起免疫缺陷、腫瘤發(fā)生等健康隱患。因此，如果用豬作為器官供體，應(yīng)必須清除所有的PERVs病毒。
? 如何通過基因編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全的器官移植，圖片來自eGenesis.com
為了得到 PERVs失活的豬個體，研究人員首先通過 ddPCR 技術(shù)結(jié)合測序技術(shù)，在原代豬胎兒成纖維細(xì)胞系（FFF3）中共找到了25個 PERVs 基因拷貝，并根據(jù)PERVs病毒的pol基因的催化核心序列，設(shè)計(jì)了兩種gRNA。研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)敲除掉細(xì)胞中90%的病毒時，細(xì)胞無法生長，為了防止基因編輯造成的基因損傷誘發(fā)細(xì)胞凋亡，研究人員加入了p53 抑制劑（PFTα）和堿性成纖維細(xì)胞生長因子（bFGF），從而使100%的病毒失活的細(xì)胞，仍可生長。
這些經(jīng)過基因編輯技術(shù)高度修飾的原代豬胎兒成纖維細(xì)胞系（FFF3），再通過體細(xì)胞核移植技術(shù)（SCNT），即可讓誕生的豬完全不會攜帶PERVs病毒。4個月后，研究者再檢查豬的DNA以及RNA，均未發(fā)現(xiàn)病毒的存在。
? PERV 失活的基因編輯小豬，出生后，無論是DNA還是RNA均未檢測出病毒，圖片截自Niu et al. 2017
楊璐菡博士表示，“第一批內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒滅活豬的產(chǎn)生，是異種器官移植科學(xué)研究進(jìn)程的標(biāo)志性里程碑。我們的團(tuán)隊(duì)用新一代基因技術(shù)CRISPR/Cas9根除了豬細(xì)胞里面所有的內(nèi)源性病毒活性，再通過核移植克隆技術(shù)，成功得到了沒有病毒活性的豬。這批豬的產(chǎn)生和健康成長，讓我們第一次從根本上解決了異種器官病毒傳染的風(fēng)險(xiǎn)。在這批豬種的基礎(chǔ)上，我們將繼續(xù)改造基因組以解決免疫排斥問題。”
以下為楊璐菡博士接受《知識分子》的訪談內(nèi)容：
? eGenesis聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)官楊璐菡
《知識分子》：您能大致介紹這項(xiàng)工作的主要發(fā)現(xiàn)嗎？
楊璐菡：2015年，我們在豬的癌癥細(xì)胞系PK15上，證明了滅活所有的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的可能性。在過去的1-2年時間里， 我們用CRISPR 和小分子藥物在豬的原代纖維細(xì)胞實(shí)現(xiàn)了25個基因位點(diǎn)的同時打靶，之后像克隆羊多莉一樣，我們用了核移植的方法，用被基因修飾的豬纖維細(xì)胞克隆出了豬。這項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了世界首例內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒滅活小豬的創(chuàng)造。
從臨床應(yīng)用來說， 我們從根本上解決了異種器官移植關(guān)于異種病毒傳染的風(fēng)險(xiǎn)。這批豬將是奠基性的一批豬種，今后將被繼續(xù)改造，應(yīng)用到安全的異種移植臨床上。
這項(xiàng)工作的科學(xué)探索性也很高。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在包括人類在內(nèi)的所有哺乳類動物體內(nèi)都存在，該病毒元件對寄主有沒有必須的生理和發(fā)育的意義，科學(xué)界對其了解也甚少。這些豬的誕生和健康成長回答了科學(xué)上一個很大的疑問，在4個月時，我們沒有觀測到修飾的小豬和正常小豬有生理上的區(qū)別。對這些豬的長期觀察，我們將為科學(xué)領(lǐng)域提供前所未有的關(guān)于內(nèi)源性病毒可能作用的線索。
從技術(shù)創(chuàng)新上來講， 我們發(fā)明了CRISPR/Cas9 和小分子藥物結(jié)合處理，實(shí)現(xiàn)了有史以來最大規(guī)模的一次原代細(xì)胞系的基因組修飾。這個多位點(diǎn)基因打靶方法將在廣泛的生物制藥和醫(yī)療領(lǐng)域得到應(yīng)用。此次生產(chǎn)的豬是基因修飾最多的一個活體大動物，對它們的長期觀察，將會對基因修飾和基因治療領(lǐng)域很多未知的安全性問題，提供答案。
《知識分子》：這項(xiàng)研究有沒有考慮到器官移植過程中的免疫排斥反應(yīng)問題？
楊璐菡：內(nèi)源性病毒滅活小豬的誕生，讓我們從根本上解決了異種病毒傳染的問題，這只是萬里長征的第一步。與此同時，我們在努力嘗試不同的基因編輯方法，提高豬的器官和人體的免疫兼容性。希望不久的將來，我們可以通過數(shù)據(jù)和科學(xué)界以及臨床領(lǐng)域的研究者交流和分享免疫排斥方面的進(jìn)展，一起推動整個異種器官移植領(lǐng)域在臨床上的應(yīng)用。
《知識分子》：此次很多合作機(jī)構(gòu)來自中國，未來是否會考慮為中國患者提供器官來源？
楊璐菡：在豬身上進(jìn)行滅活內(nèi)源性病毒實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)和未知性很高，但我們有一個勇于創(chuàng)新和拼搏的團(tuán)隊(duì)，在過去1-2年的時間，我們完成了別人二十多年來一直探索、但沒法進(jìn)行的工作。我堅(jiān)信科技的力量和團(tuán)隊(duì)的力量，今后會穩(wěn)扎穩(wěn)打，繼續(xù)推動異種器官移植的研究。在此，借這個機(jī)會感謝eGenesis 科研團(tuán)隊(duì)和合作的中外機(jī)構(gòu)。
中國是一個人口大國，需要接受器官移植的患者數(shù)量眾多，我們希望能做好手頭的科研工作，為全世界乃至中國的千千萬萬患者提供器官的來源和生存的希望。
參考文章
1. Niu D et al. Inactivation of porcine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9. Science. 2017. 10.1126/science.aan4187.
2. She’s hellbent on solving the organ shortage with ‘designer pigs.’ Just don’t keep her waiting. APRIL 6, 2017. https://www.statnews.com/2017/04/06/crispr-pig-organs-transplant-luhan-yang/
制版編輯：常春藤丨
