Cell子刊：我国学者在异种移植领域取得重大进展——为猪肾人体移植后的长期存活奠定基础

编译丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

持续存在的全球器官短缺问题激发了研究人员对于移植医学领域的浓厚兴趣和创新，并促使人们探索异种移植（Xenotransplantation）作为一种潜在解决方案的可能性。

近年来，以CRISPR基因编辑为代表的生物技术领域突破为基因工程猪肾脏异种移植铺平了道路，其标志是8例移植手术成功地将猪器官移植到脑死亡遗体内（其中6例肾脏异种移植，2例心脏异种移植）。这些研究表明，靶向基因修饰可以有效克服猪-人异种移植中遇到的天然超急性排斥反应。

然而，脑死亡遗体模型虽然在临床相关性方面超越了非人灵长类动物（NHP）模型，但其在观察持续时间短，已报道的研究持续时间从54-74小时不等，最长也仅为7天，这可能导致无法充分研究急性异种移植排斥反应的病理生理变化。

2024年9月23日，海南医科大学第二附属医院王毅教授团队联合华中科技大学同济医学院附属同济医院陈忠华教授、陈刚教授、成都中科奥格生物科技有限公司潘登科博士及澳门科技大学张康教授，在 Cell 子刊Cell Reports Medicine上发表了题为：Pig-to-human kidney xenotransplants using genetically modified minipigs（使用基因修饰的小型猪进行肾脏异种移植）的研究论文，该论文还被选为当期的封面论文。

该研究在脑死亡遗体中使用来自基因编辑的小型猪的肾脏，进行了两例成功的猪肾脏异种移植，遗体的肾功能得到了完全恢复，在长达12天的观察中，研究团队描述了异种移植后的免疫学和病理生理学变化，以及猪巨细胞病毒（PCMV）再激活对移植器官存活的影响，突显了该模型将异种移植推向临床应用的潜力。

在这项最新研究中，研究团队在获得脑死亡捐献者的家属完全知情同意及书面授权后，通过维持血流动力学稳定，尽可能延长猪肾脏异种移植后的观察期，直至异种移植肾脏功能障碍或出现特定情况时终止。

这种更长的时间跨度研究，使团队能够全面地分析异体移植器官排斥和功能障碍的过程，尤其是超急性排斥阶段，为这一开创性手术的关键方面提供了新见解，尤其是移植免疫学，最终目标是实现移植猪肾长期的肾脏功能恢复。

具体来说，该研究开发了一种观察模型，用于评估肾脏异种移植后的肾脏功能恢复和异种免疫反应，重点关注基因编辑和免疫抑制效果。

两名脑死亡遗体接受了单侧肾脏异种移植，供体肾脏来自经过基因工程改造的小型猪，该供体猪由成都中科奥格生物科技有限公司开发，体重约为23公斤（器官大小与人类更相似）。

遗体1（Case1）接受移植的猪肾脏（供体猪为O型血）共有4处基因编辑——敲除了3种会引起“超急性排斥和急性体液性排斥”的猪抗原（敲除3个猪基因：GGTA1、CMAH和β4GalNT2），敲入了1种“人补体调节蛋白”（敲入1个人类基因：hCD55）。

遗体2（Case2）接受移植的猪肾脏（供体猪为A型血）共有5处基因编辑——敲除了3种会引起“超急性排斥和急性体液性排斥”的猪抗原（敲除3个猪基因：GGTA1、CMAH和β4GalNT2），敲入了1种“人补体调节蛋白”（敲入1个人类基因：hCD46）和1种“人凝血调节蛋白”（敲入1个人类基因：hTBM）。

观察结果显示，猪肾脏异种移植后早期肾脏功能得到了完全恢复。然而，在不阻断共刺激通路的情况下，免疫抑制在移植后第12天时无法有效预防急性排斥反应的发生。这种排斥反应表现为T细胞介导的排斥反应（TCMR）及抗体介导的排斥反应（AMR），在连续的异种移植肾穿刺活检中，自然杀伤细胞和巨噬细胞浸润证实了这种排斥反应的存在。

供体猪在移植前接受了全面的病原体筛查，除了猪内源逆转录病毒（PERV）外，其他所有病原体的检测结果均为阴性。但在观察期结束时，移植的猪肾脏以及和脑死亡遗体的器官（心脏、肝脏、脾脏和肺）中都检测到了猪巨细胞病毒/猪玫瑰病毒（PCMV/PRV）DNA的存在，这表明了猪器官中该病毒的重新激活，并导致显著的免疫病理变化。

该研究的亮点如下：

• 成功完成了两例脑死亡遗体的猪肾脏异种移植；

• 基因修饰的猪肾脏的异种移植能成功克服超急性排斥反应；

• 在未阻断共刺激通路的情况下，异种肾移植后会发生急性排斥反应；

• 猪巨细胞病毒 （PCMV） 的再激活导致移植受体发生显著的免疫病理改变；

• 猪血型抗原可能对移植物造成损害。

据悉，这是中国首次系统报道两个案例的猪器官到人体的亚临床研究；也是 美国之外的首次报道；是 中国具有自主知识产权的基因编辑猪在人体的首次尝试。

该研究的重要性及主要意义：

• 证实了在猪到非人灵长类临床前研究中发现的应用抗CD154抗体或抗CD40抗体的重要性；

• 首次在脑死亡遗体研究中系统展示了异种肾弱植物T细胞介导的排斥反应（TCMR）及抗体介导的排斥反应（AMR）的典型特征，为未来临床异种移植排斥反应的诊断标准制定提供了第一个亚临床研究证据；

• 脑死亡对遗体的病理生理改变影响较大，对免疫系统的影响尚无定论。脑亡遗体是否具有完善的免疫系统去排斥异种移植物尚未可知，而该研究首次明确证明：脑死亡遗体也是有足够的免疫应答去排斥异种移植物；

• 首次在人体明确证实供体猪的猪巨细胞病毒（PCMV）阳性的危害，明确强调了未来临床异种移植一定要使用PCMV阴性供体猪;

• 猪有OA血型两种，异种血型ABO不相容的危害尚不清楚，该研究的Case2明确证明A型血的肾移植物在人体内可诱导抗A型抗体的显著升高，可能对移植物造成损害，未来临床异种植必须采用血型相容供体猪，以避ABO血型不合的危害。

总之，该研究强调了延长观察期以及对亚临床脑死亡模型进行全面评估的重要性，以推进我们异种移植研究的深入， 从而成功实现异种移植物长期带功能存活。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(24)00474-9