據(jù)說，早在 300 多年前，一位名為 Job Janszoon van Meekeren 的阿姆斯特丹外科醫(yī)生在修補一名士兵的頭骨時，就使用了一塊狗骨頭。這之后，科學(xué)家們也在兔子、黑猩猩、豬、老鼠身上做過嘗試。

2017 年，被譽為是「基因剪刀手」的哈佛大學(xué)和美國 eGenesis 公司異種器官移植課題帶頭人楊璐菡領(lǐng)銜其團隊，克隆出世界首批 PERV 活性滅活豬。當(dāng)時，其研究成果登上 Science 封面。?

時隔 3 年，楊璐菡再次領(lǐng)銜團隊，將 CRISPR-Cas9 和轉(zhuǎn)座子技術(shù)相結(jié)合，做出了有望用于臨床的異種器官移植的雛形，實現(xiàn)了異種器官移植的又一重大突破。

器官移植的概念大家已經(jīng)不陌生了，但何謂「異種器官移植」？

其實，異種器官移植是指向人體移植非人類器官，這種技術(shù)目的在于緩解人體移植器官的短缺問題。

由于部分豬體內(nèi)器官的大小、功能與人類相似，因此科學(xué)家們將關(guān)注點放在豬器官上面，但潛在的挑戰(zhàn)有以下兩個。

一方面，豬基因組中攜帶有豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（Porcine Endogenous Retroviruses，PERV），這些病毒可能會傳播給人類，并可能造成破壞性后果。

如下圖所示，楊璐菡團隊對感染 PERV 的細胞 i-HEK293T-GFP 的種群和克隆中的 PERV 拷貝數(shù)進行為期長達 4 個多月的觀察后，發(fā)現(xiàn) PERV 拷貝數(shù)會隨時間增加。?

如下圖所示，楊璐菡團隊甚至檢測到，即便是沒有與豬細胞的接觸史，HEK293T 細胞中也有 PERV 元素的存在。

如果說第一張圖證明了“豬傳人”的可能性，那么第二張圖就意味著這種病毒還可以“人傳人”。

另一方面，豬移植器官與人體之間會出現(xiàn)免疫和生理分子不相容的情況。

也就是說，要想推進異種器官移植技術(shù)的發(fā)展，最起碼要解決這兩大難題。

2017 年 9 月 22 日，楊璐菡團隊的論文發(fā)表于 Science，宣布解決了第一項難題——豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）跨物種傳播。

具體來講，團隊使用 CRISPR-Cas9 技術(shù)，滅活了豬原代細胞系中的所有 PERV 病毒，又通過體細胞核轉(zhuǎn)移培育出了世界首批 PERV 活性滅活豬，也就是「豬 1.0」。

下圖 A 部分為出生兩天后的 PERV 滅活小豬的照片。

B 部分展示了在基因組 DNA 水平上 PERV 的失活。團隊對不同年齡（最大 100 天）的 PERV 滅活豬進行了基因分型，所有接受檢查的豬均表現(xiàn)出約 100％ 的 PERV 滅活率。

C 部分展示的是，在 mRNA 水平，所有豬均表現(xiàn)出約 100％ 的 PERV 根除率。

正如楊璐菡團隊所說：

「豬 1.0」不僅有利于提升對 PERV 的認識，也為豬到人的異種移植提供了更為安全的器官和組織來源。

2018 年 10 月的一次研討會上，楊璐菡團隊的「豬 2.0」重磅公布，此次該團隊解決了第二項難題——器官移植免疫排斥問題。

楊璐菡團隊利用 CRISPR，首先敲除了部分免疫反應(yīng)的基因，再插入抗免疫反應(yīng)基因，并對部分調(diào)節(jié)凝血反應(yīng)的基因進行編輯，從而解決了免疫排除問題。

當(dāng)時，該團隊表示希望將免疫反應(yīng)進一步減小，最終實現(xiàn)免疫反應(yīng)的完全消除。

解決了兩大難題之后，「豬 3.0」也誕生了。

2020 年 9 月 21 日，楊璐菡團隊題為 Extensive germline genome engineering in pigs（大規(guī)模的豬種系基因組工程）的研究成果發(fā)表于《自然》子刊《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》。

在這一論文正式發(fā)布之前（2019 年 12 月），該團隊曾在預(yù)印本網(wǎng)站 bioRxiv 發(fā)布了未經(jīng)同行審議的版本，提前展示了兩只 5 天大的豬 3.0 的照片。

這一次，團隊是將 CRISPR-Cas9 和轉(zhuǎn)座子（transposon）技術(shù)結(jié)合，證明所有 PERV 失活小豬都可通過基因工程來消除 3 種異種抗原、表達 9 種人類轉(zhuǎn)基因，從而增強豬器官和人類受體之間的免疫相容性、凝血相容性。

團隊表示，他們所編輯的 13 個基因和 42 個等位基因在 豬 3.0 的生理、生育和種系遺傳上均表現(xiàn)正常。通過體外試驗，來自豬 3.0 的細胞對人類體液排斥反應(yīng)、細胞介導(dǎo)的損傷和與凝血失調(diào)相關(guān)的發(fā)病機制具有抗性。

因此團隊認為：

為提高豬與人免疫系統(tǒng)相容性而進行的大規(guī)模豬基因組工程，最終使實現(xiàn)安全有效的豬異種移植成為可能。

楊璐菡的經(jīng)歷，可以說是非常亮眼。

2004 年，楊璐菡參加國際生物學(xué)奧林匹克競賽，榮獲金獎，從而被保送至北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。

2008 年，獲得了北京大學(xué)生物學(xué)和心理學(xué)雙學(xué)士學(xué)位的楊璐菡，在讀博期間師從“合成生物學(xué)之父”、哈佛醫(yī)學(xué)院基因組研究中心主任、著名遺傳學(xué)家 George Church，并獲得哈佛大學(xué)生物和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。

2014 年，楊璐菡入選福布斯“30 歲以下 30 個科學(xué)醫(yī)療領(lǐng)域領(lǐng)軍人物”。

2015 年，楊璐菡和 George Church 共同創(chuàng)辦了名為 eGenesis 的生物技術(shù)公司，致力于推動異種器官移植臨床應(yīng)用，她也是 eGenesis 的首席科學(xué)執(zhí)行員。

2017 年，楊璐菡和老師 George Church 又共同創(chuàng)立了杭州啟函生物科技有限公司，希望解決人體移植器官嚴(yán)重短缺的問題。

同年，楊璐菡入選世界經(jīng)濟論壇（World Economic Forum）評出的 2017 年度“全球青年領(lǐng)袖”。值得一提的是，2017 年度該榜單上的中國名字只有兩個，一是楊璐菡，另一個則是騰訊公司總裁劉熾平。

楊璐菡曾表示：

每一天，我們都在推進科技的極限。我們希望盡快讓醫(yī)學(xué)界了解到異種移植的可行性。

期待楊璐菡團隊未來在該領(lǐng)域的更多突破。

引用來源：

• https://www.nature.com/articles/s41551-020-00613-9

• https://science.sciencemag.org/content/357/6357/1303.full

• https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2019.12.17.876862v3.full.pdf

• https://mp.weixin.qq.com/s/zPTVx9hONiba9gdiq2XVuw

作者 | 付靜

來源：雷鋒網(wǎng)