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《Nature | 人源化猪异种移植供体的设计与试验》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2023-10-12

  • 2023年10月11日，来自eGenesis的Wenning Qin和Michele E. Youd团队在Nature杂志上合作发表了一篇题为Design and testing of a humanized porcine donor for xenotransplantation 的文章。该研究对尤卡坦半岛小型猪供体进行69次基因编辑，以实现3种糖类抗原的消除、猪内源性逆转录病毒失活和7个人类转基因过表达，将供体猪肾移植到NHP体内并与临床相关免疫抑制方案相结合，可支持NHP长期存活达758天，这一研究成果使人们离基因工程猪肾脏移植的临床试验更近了一步。

    这项工作证明源自3KO.7TG?±?RI猪供体的肾移植物可支持食蟹猴生命长达758天。然而，除了敲除的3种糖类抗原外，在研究中仍观察到有异种抗原激活受体的免疫反应，因此，具有免疫耐受特征的基因工程猪模型可能是未来研究目标。

    本文内容转载自“ BioArt”微信公众号。

    原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/BcXtgYLDw0_VvL1_TSksiw

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06594-4
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  • 《猪器官移植给人再度成为可能！ Journal of Virology新进展：基因编辑猪或能避免异种器官移植的病毒感染！》
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    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2023-03-30
    • 器官移植的技术突破，让很多器官衰竭的病人有了延续生命的新希望，然而，用于移植的器官供体如此稀缺，长久以来都是无法跨越的难题。中国每年等待器官移植的患者数以十万计，而得到供源的少之又少，这不仅直接影响病患的生存情况，甚至还涉及到违法人体器官交易的社会伦理问题。那么，是否可以寻找替代资源？   2022年1月，马里兰大学医学中心的外科团队将一头基因修饰过的猪的心脏移植给了心衰患者大卫·贝内特，帮他延续了将近两个月的生命，后或因猪病毒感染而死。但对于异种移植器官技术而言，这8周具有划时代的意义，这个案例引起一时轰动，同时，猪作为理想的人类器官供源在移植学界也逐渐趋于共识。   除了器官移植中常见的免疫排斥外，科学家们同样担心猪自身携带的病毒感染的问题，当给予进行移植手术的病患必要的免疫抑制药物后，这个风险尤为值得重视。   近日，德国兰根保罗-埃利希研究所的Ralf R. Tönjes教授团队在Journal of Virology上发表最新研究，证明通过基因编辑从猪基因组中去除PERV-C逆转录病毒基因组是可能的，这将有助于异种移植的病毒学安全性。 猪体内存在的诸多病毒可能导致的跨物种感染风险，是进行异种器官移植必须考虑的问题，其中，猪内源性逆转录病毒（porcine endogenous retroviruses，PERVs）是对人体具有较高风险的RNA病毒，无法通过无菌培养和筛选等传统措施排除。三种类型的PERV感染能力不同，PERV-A和PERV-B可以克服物种障碍，在传播后可能感染人类，而PERV-C逆转录病毒主要感染猪细胞，而不是人类细胞，但PERV-C可以与PERV-A重组，产生PERV-A/C，进而感染人体细胞。   这也是为什么目前选择单倍型SLAD/D品种猪作为移植供体的原因，该品种猪没有完全功能的PERV-A和PERV-B基因组，但可能是PERV-C基因组携带者，因此，有必要对SLAD/D品种猪中所有的基因组PERV-C位点进行表征。   在这篇文章中，研究人员首先利用PERV-C阳性单倍型SLAD/D猪外周血单核细胞的基因组DNA构建噬菌体lambda文库，用特定的放射性标记探针对该库进行PERV-C筛选，从中分离出全长PERV-C前病毒克隆561号，并由此生成几个全长PERV-C前病毒，这里选择了PERV-C(5634)和PERV-C(5683)两个克隆。 接下来研究人员对PERV-C(561)的复制和感染能力进行了检测，并与已被鉴定具有复制能力的PERV-C(1312)进行比较。将PERV-C(5634)和PERV-C(5683)前病毒转染ST-IOWA细胞，在转染后9天检测到病毒逆转录酶(RT)活性，比PERV-C(1312)早4天，转染两周PERV-C(5634)达到最大值210 mU/mL, PERV-C(5683)达到最大值 256 mU/mL，比阳性对照PERV-C(1312)高5-10倍。在观察期结束时，PERV-C克隆的RT活性均在100至200 mU/mL范围内，表明其可以在细胞培养中稳定繁殖。   随后，在第20天收集转染细胞培养物的无病毒细胞上清，通过测量PERV-C克隆的RT活性以及定量包裹在病毒颗粒中的envC特异性病毒RNA (vRNA)来检测PERV-C克隆的感染性。qRT-PCR结果显示PERV RT活性和PERV RNA均可以被检测到，PERV vRNA从第7天到第56天复制不断增加，在此期间，通过巢式PCR检测感染ST-IOWA细胞中的前病毒envC DNA，证明PERV-C(5634)和PERV-C(5683)在体外具有较强的复制能力和感染性。 为了验证重组PERV-C的真实性，通过PCR产物测序证实了其结构，两个克隆都产生了功能性和感染性的逆转录病毒，说明该品种猪至少含有一个全长PERV-C前病毒，通过对重组克隆PERV-C(561)进行染色体定位，发现染色体位置与先前验证的PERV-C(1312)原病毒不同。   总的来说，单倍型SLAD/D猪的PERV-C在体外具有很强的复制能力和感染性，但这些PERV-C位点可以通过基因编辑敲除，降低异种器官移植时的病毒感染风险。   尽管从动物福利的立场来看，动物整体福利水平也许会受到损害，但异种器官移植是纾解病患苦难的人道主义措施，符合医学伦理中的有利原则。随着科技的进步，我们也期待着有朝一日它们能够成为安全的供体来挽救更多病患的生命。   参考文献： [1] Rodrigues Costa M, Fischer N, Gronewold A, Gulich B, Godehardt AW, Tönjes RR. Isolation of an Ecotropic Porcine Endogenous Retrovirus PERV-C from a Yucatan SLAD/D Inbred Miniature Swine. J Virol. 2023 Mar 8: e0006223. doi: 10.1128/jvi.00062-23. [2] Reardon S. Will pigs solve the organ crisis? The future of animal-to-human transplants. Nature. 2022 Nov;611(7937):654-656. doi: 10.1038/d41586-022-03794-2. [3]许艺红,肖义军.猪作为人类器官移植供体的研究进展[J].生物学通报,2022,57(11):1-4.
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  • 《Nature Medicine：世界首例！我国学者成功将基因编辑猪肺移植到人体内》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：朱晓琳
    • 发布时间：2025-08-27
    •     2025 年 8 月 25 日，广州医科大学附属第一医院徐鑫、刘小友、何建行等人在国际顶尖医学期刊 Nature Medicine 上发表了题为：Pig-to-human lung xenotransplantation into a brain-dead recipient 的研究论文。该论文报道了世界首个将基因编辑的猪肺成功移植到脑死亡的人类患者体内的案例，其能够存活 9 天并发挥功能。据悉，这是跨物种肺移植的首例记录，具有潜在的临床应用前景。     在这项最新研究中，研究团队报告了一例猪到人的肺异种移植案例，将一只经过六基因编辑的猪肺移植到了一名因脑出血而脑死亡的 39 岁男性受者体内。     和之前的基因编辑的猪肝脏异种移植一样，该基因编辑供体猪同样来自成都中科奥格生物科技有限公司，研究团队对供体猪（巴马小型猪）进行了六基因编辑改造：删除猪的三大“危险分子”基因：GTKO、CMAH 和 B4GALNT2，这三个猪基因会表达引起超急性排斥和急性体液性排斥的猪抗原；加入了三重“保护盾”基因：人类补体调节蛋白基因 hCD46、hCD55，人类凝血调节蛋白基因 hTBM，前两个人类基因能够抑制免疫攻击，第三个人类基因能够防止凝血紊乱。这三个人类基因通过 CRISPR 介导的 HDR 修复插入了猪基因组中的安全港位点。     在为期 216 小时（9天）的监测期内，移植的基因编辑猪肺保持了活力和功能，未出现超急性排斥反应或感染的迹象。     移植手术后 24 小时观察到了严重水肿，类似于原发性移植物功能障碍，可能是由于缺血再灌注损伤所致。术后第 3 天和第 6 天，抗体介导的排斥反应似乎导致了异种移植物受损，到第 9 天时部分恢复。免疫抑制方案包括抗胸腺细胞兔球蛋白、巴利昔单抗、利妥昔单抗、依库珠单抗、托法替尼、他克莫司、吗替麦考酚酯以及逐渐减量的糖皮质激素，术后根据免疫状态评估对方案进行调整。     该研究代表了猪肺人体移植的第一步，证明了猪到人的肺异种移植的可行性，该研究还表明，移植后的器官排斥和感染相关的重大挑战依然存在，因此，仍需通过改进优化对供体猪的基因编辑改造，并改良用于预防对移植肺的免疫介导排异和维持长期功能的免疫抑制药物。     该试验中的供体猪提供者、成都中科奥格生物科技有限公司创始人潘登科研究员对《生物世界》表示，对于肺移植而言，无论是同种移植还是异种移植，都面临着比其他实体器官移植大得多的障碍。这些挑战包括强烈的免疫排斥反应、对缺血再灌注损伤的高度敏感性、复杂的器官相容性问题以及因为直接暴露于外部环境从而增加感染风险。该案例表明，经过基因编辑改造的猪肺能够在没有超急性排斥反应的情况下保持活力和功能；然而，观察到的并发症——严重的肺损伤、快速水肿形成、抗体介导的损伤——在很大程度上是在已知生物学障碍范围内的预期结果。尽管这些结果为人类对异种肺的免疫反应提供了有价值的机制见解，但也表明肺异种移植走向临床应用的道路比其他器官（例如肾脏）要艰难得多。     这项研究强调，可能需要进一步的基因改造来改善结果。肺部广泛的毛细血管网络使其极易发生微血管血栓形成和凝血功能障碍。引入额外的人类转基因，例如内皮蛋白 C 受体（EPCR）和血管性血友病因子（vWF），可能有助于改善凝血失调并提高移植物存活率。此外，肺部含有大量的常驻巨噬细胞群，其在免疫识别和排斥反应中发挥着重要作用。引入人类 CD47 可能有助于减轻对异种细胞的吞噬清除，并降低先天免疫激活。针对免疫检查点通路或过表达抗炎分子（例如 HO-1）也可能有助于调节该案例中观察到的强烈炎症反应。     总的来说，尽管这项开创性研究在异种移植研究中意义重大，但它也清楚地表明，要在人体内实现肺异种移植的存活，还需要更多的基因工程改造和优化免疫抑制方案。距离临床应用仍有很长的路要走，持续严格的临床前研究——包括在已故人类受体和动物模型中的研究——对于克服这些障碍至关重要。这项工作奠定了重要的基础，但也令人清醒地意识到异种肺移植固有的复杂性。     在异种移植领域，中国科学家走在了世界前沿——在完成了世界首例基因编辑猪肝脏的人体移植，又完成了世界首例基因编辑猪肺的人体移植。同时，完成的基因编辑猪肾脏人体移植，患者已长期存活近 6 个月，且状态良好。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41591-025-03861-x
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