风口上的小型猪，能飞起来吗？
2024年，异种器官移植进入了临床研究爆发的元年。
2024年1月，世界首例利用小型猪肝脏对脑死亡患者进行体外灌注手术完成。手术中用到的动物肝脏，来自eGenesis公司开发的基因编辑小型猪。这个猪肝脏在体外维持患者肝功能长达72小时，过程中没有观察到排斥反应的迹象，患者肝脏保持了稳定的血流、压力和pH值。同年3月，在取得FDA“同情使用”许可后，麻省总医院对一名患者进行了异种肾脏移植手术，他们所采用的肾脏，来自一头经过69处基因编辑的小型猪。尽管这名患者最终在5月份就不幸去世，但在异种移植术后的一段时间，患者曾恢复状态良好，这无疑给异种移植带来了希望。
在国内，2024年3月，西京医院专家团队首次将一颗基因编辑猪肝脏移植，到一名50岁的脑死亡男性体内。术后24小时，受体血流动力学平稳，移植肝脏胆汁分泌良好，B超显示移植肝脏血供良好，病理检查也没有发现排斥反应，手术本身宣告成功。
随着异种移植器官能够维持患者生命的时间越来越长，相关研究密集进入临床，作为异种器官重要供体的小型猪，也开始站上风口。
基因编辑技术把小型猪推向风口
一直以来，经过人工培育的小型猪，都是生命科学研究中重要的实验动物。
实验小型猪的器官大小、生理结构与人类相仿，是研究人类复杂、疑难疾病的很适宜模型。在生命科学实验中，小型猪模型主要被用于人类心血管疾病模型、药效学、免疫系统、药物耐受性、过敏反应、药物代谢、创伤修复等方面的研究。比如，小型猪解剖学、生理学特征与人类相似，可以被广泛用作疾病模型进行基础研究和药物筛选，这主要应用在糖尿病、心血管疾病、癌症等领域的新药研发中。再如，由于小型猪与人类在生理功能、酶活性上有较高的相似性，也常被用于开展经皮肤给药制剂的药代动力学研究。
不过，相比实验猴、实验大小鼠等应用更成熟的实验动物，实验小型猪的这些优点并不足以让它们在生命科学实验室中广泛流行起来。实验小型猪的真正爆发，是在基因编辑技术被引进来之后。通过基因编辑技术，针对性地改变小型猪，可以提高其作为模型动物的适用性和精确性。
比如，在糖尿病小型猪模型的构建中，如果只是采用高脂饮食，会诱发小型猪出现肥胖、糖耐量异常等表型，但一般不会导致糖尿病，需要联合应用其他手段破坏胰岛β细胞，比如链唑霉素、四氧嘧啶和基因修饰技术等。
更重要的是，由于猪器官大小、生理结构和功能与人体同类器官相似，在无法获得人体捐献器官的情况下，猪器官被认为是最接近的替代品。在异种器官移植中，免疫排异反应是最主要的挑战。由于供体和受体之间存在巨大的遗传差异，受体的免疫系统会将异种器官视为“非己”成分并进行攻击，从而引发强烈的排斥反应。
通过基因编辑，研究者能够对供体器官进行改造，从而降低或消除人体对其的免疫排斥反应。其中，比较主流的基因编辑技术是CRISPR-Cas9。具体而言，实验小型猪的研究者可以利用CRISPR-Cas9技术，来敲除引起排异反应的基因、引入人类基因以增强兼容性、消除内源性病毒、调节血小板凝血和抑制免疫反应。
比如，在前述麻省总医院进行的异种肾脏移植中，eGenesis对尤卡坦迷你猪进行了69处基因编辑，敲除与超急性排异反应有关的基因、内源性逆转录病毒（PERVs）基因的同时，添加了参与调控排异反应的人类基因。而在西京医院的异种移植手术中，合作方中科奥格通过基因编辑技术敲除了猪对人的三个主要异种抗原，并转入了两个补体调节蛋白和一个抗凝血蛋白，从而降低免疫排斥反应，使猪器官更适合作为人类移植的供体。
除此之外，通过基因编辑技术，科学家们还能够调节猪的血小板凝血功能，并引入新的基因来抑制免疫反应，从而降低移植后出现排斥反应的风险。除了CRISPR/Cas9技术，研究人员还通过自主建立的多基因精准编辑技术，成功获得了一些特定基因缺失的小型猪模型，如ApoE和LDLR双基因缺失猪，可以用于进一步研究和应用。
诚然，无论采用何种基因编辑技术，都还不足以解决异种器官移植中的全部复杂问题。但基因编辑技术在精准改造实验小型猪的应用中日趋成熟，无疑让异种器官移植这种大胆的医学创新，往临床落地迈开了一大步。
FDA已经批准4款基因编辑动物
近年来，在海外，将动物进行基因编辑，作为食品、药品的来源，或者直接作为食品、药品，已经成为大健康创新中不可忽视的趋势。一些通过基因编辑的动物已经取得了相关资质，正式进入常规市场进入市场。据统计，至今，FDA已经先后批准了4款与基因编辑动物相关的产品上市。
首先是作为生物反应器的基因编辑动物。2009年，FDA批准了一种遗传性抗凝血症药物Atryn上市，这是全球首个获批的抗凝血酶重组蛋白产品。Atryn由GTC Biotherapeutics公司开发，以基因编辑山羊作为生物反应器。通过基因编辑技术，GTC Biotherapeutics的研发人员将人抗凝血酶基因导入山羊的乳腺细胞，从而使得这些山羊能够生产出人抗凝血酶蛋白。这种在人体内可以作为天然的血液稀释剂，预防和治疗急慢性血栓，对抗凝血酶缺失症。
Atryn也是首款获批由基因编辑动物产生的药物，打开了基因编辑动物作为未来药物工厂的可能性。
此后，在2015年，又FDA批准了一种转基因鸡，用于生产罕见病药物Kanuma。Kanuma是溶酶体酸性脂肪酶缺乏症患者的第一种治疗药物，由Alexion公司开发。Kanuma从经过基因工程处理的鸡的蛋清中提取。它的功能，是取代人体中的一种错误的酶，让人体重新获得分解细胞中脂肪分子的能力。对于Kanuma的商业化前景，Alexion公司十分乐观。Alexion公司预计，Kanuma最终可能带来超过10亿美元的年销售额，这将有助于其在罕见病领域保持增长。
其次，基因编辑动物本身，也可以直接作为食物（未来也可能作为药物）获批上市。2015年，FDA批准AquAdvantage鲑鱼上市，成为历史上首个获批的基因编辑食品动物。在美国，转基因食品上市需要通过FDA批准。AquAdvantage鲑鱼由AquaBounty Technologies公司开发，在基因组中插入了来自奇努克鲑鱼（Chinook Salmon）的生长激素基因和来自大洋鳕鱼（Ocean pout）的抗冻蛋白基因。经过基因编辑后，AquAdvantage鲑鱼可以在较短时间内达到市场重量，不需要更多食物喂养，并且对环境的影响更轻。数据显示，AquAdvantage鲑鱼可以在18个月时达到市场大小，而传统非转基因鲑鱼则需要3年时间。
尽管FDA经过长达20年的严格审查后，确认了AquAdvantage鲑鱼与传统大西洋鲑鱼一样安全且营养相同， 加拿大卫生部也在2016年批准了其在加拿大销售，但AquAdvantage鲑鱼的商业化进展却并不顺利。由于公众舆论的反对，AquAdvantage鲑鱼在美国市场的推广受到了限制。2018年，AquaBounty公司亏损超过1亿美元，多次濒临破产。
到了2023年12月，FDA加大了对基因编辑动物的支持力度，批准一款基因编辑猪上市，可以同时用于人类食用和医疗用途。这款基因编辑猪名为GalSafe猪，由Revivicor公司研发。Revivicor公司上一次为人们熟知，是为全球首例猪心脏移植人体手术提供了基因编辑猪心脏。2022年1月，美国马里兰大学医学院团队为一名患者移植了一颗猪心脏，这是尽管患者只存活了60天，但术后，这颗猪心脏功能良好。
经过基因编辑，GalSafe猪体内缺少一种会引发过敏反应的α-半乳糖甘酵素（Alpha-Gal）分子。一方面，GalSafe猪本身可以直接作为食物，提供给患有α-半乳糖甘酵素综合征的患者，避免出现严重的过敏反应。另一方面，GalSafe猪还被作为生物反应器，来制造对α-半乳糖甘酵素综合征患者更安全的肝素。值得注意的是，由于α-半乳糖甘酵素可能会导致移植器官出现排异反应，敲掉了这种基因的GalSafe猪，在器官移植方面也颇有前景。
在异种器官移植中，基因编辑小型猪本质上也是目标器官的生物反应器，但基因编辑小型猪器官进入临床应用的过程会更复杂，除了基本的生物技术突破外，还涉及动物福利、医学伦理、临床技术等多方面的问题。但基因编辑动物相关产品的陆续上市，或许可以为异种移植器官的开发，提供了一种可资借鉴的监管方式。
国内小型猪资源丰富
在被发现并培育用作实验动物前，小型猪的种类、数量十分稀少，长期生活在交通不便的封闭自然环境中。与普通家猪相比较，小型猪遗传背景较一致、个体之间的遗传特性均、抗逆性较强。此前，小型猪的繁殖性能较好，饲养成本也相对低廉。
野生的小型猪，要经过人工饲养和培育，才可以作为实验小型猪，在医学、临床、制药等生命科学领域广泛应用。人工饲养的目的，是让群聚的小型猪具有明确的来源和遗传信息，并根据生命科学实验的需要，培养出纯系种群、封闭种群、突变型种群、无菌种群或者已知指定菌丛种群、无特定病原种群等实验种群。
20世纪40年代末，美国研究者开始探索小型猪的培育。明尼苏达小型猪是首个经过人工培育，可以用于生命科学实验的小型猪种群。此后，不断有新的小型猪品种加入实验动物的名单，包括后来应用更广泛、体型更小的米尔它小型猪。
在我国，小型猪的种质资源十分丰富。我国是家猪的主产国，有着得天独厚的品种多样性优势。在西藏、广西、云南等地广袤的山地、草原中，生活着大量各具特点的小型猪。具体而言，现阶段，国内培育、应用相对成熟的小型猪包括，西藏小型猪、五指山小型猪、巴马小型猪、贵州香猪、版纳小型猪等。
其中，在异种移植中应用比较广泛的，是巴马小型猪。在中科奥格与西京医院合作开展的猪肝脏移植中，就采用了巴马小型猪。这是一种在中国广西壮族自治区巴马县和东田县等地原产的特有猪种。研究显示，广西的巴马小型猪培育基地位于广西大学。1987年，广西大学动物遗传育种实验室的王爱德教授和郭亚芬教授从广西巴马瑶族自治县巴马香猪原产地引入了巴马香猪，并在广西大学畜牧试验站进行了封闭培育。
现阶段，无论是在国内还是海外，用基因编辑小型猪的器官来进行异种器官移植的探索，都还处于极早期阶段，仍受到大量技术、社会层面困难的制约。但通过基因编辑的方式可以减少异种器官带来的排异反应，已经基本得到证实，这项技术的临床应用跨过了最难的一道关卡。而器官移植作为许多重大疾病患者的人生最后一次尝试，供需缺口巨大。一旦在更常规的医疗场景中突破了异种器官移植的可能性，填补临床空白的价值不言而喻。
目前，基因编辑小型猪正在成为一级市场投资的热门标的。作为海外异种器官移植的头部企业，成立于2015年的eGenesis，已经完成了4轮融资，募集近4亿美元。eGenesis的最近一轮融资在9月刚刚完成，获得了由Lux Capital领投的1.91亿美元D轮融资，将用于推进核心在研产品EGEN-2784进入首个人体肾脏移植临床试验，并扩大生产规模。在国内，成立于2018年的中科奥格，也完成了近1亿元融资。中科奥格的最新一轮融资在今年完成，获得近千万美元A+轮融资。
在国内，已经由多家创新机构布局基因编辑小型猪。除了前文提到的中科奥格外，位于北京的盖兰德生物，基于农科院北京畜牧兽医所五指山小型猪近交系，开发出了角膜、皮肤、肝、肾、心脏、胰岛、多巴胺细胞、大血管等多种异种移植材料。而中国农业科学院深圳农业基因组研究所通过自主建立的多基因精准编辑技术，成功获得6头ApoE和LDLR双基因缺失猪，并历时6年多选育出3个小型猪疾病模型新品系。这些新品系病理特征明显，每个品系的种群都达到60头以上。
从某种意义上讲，国内外的基因编辑小型猪器官移植技术的产业化几乎站在了相同起跑线上。而国内丰富的种质资源，为风口上的基因编辑小型猪奠定了更坚实的基础。我们也期待，越来越多的异种移植器官被开发出来，为一些无药可救的患者带去生命的更多可能性。
写作参考：
1.自身不得糖尿病？小型猪糖尿病模型构建、验证看这里！
2.异种器官移植 离临床应用还有多远
