中國每年有近150萬名患者等待接受器官移植手術，但最終能夠得到供體並接受移植的病人不足1萬人。巨大的器官缺口，讓許多患者不得不在等待供體的過程中耗盡生命。
現在，科學家找到了另外一種解決供體短缺的方法——從動物身上獲取健康的器官、組織或細胞，並將其移植到人體身上。這被稱為異種移植。
2012年5月24日，美國一家上市公司與南京市江寧高新園簽署協議，該公司將投資1億美元建設中國首家大型超潔淨豬飼養設施，把轉基因敲除豬 從實驗室擴展到養殖基地，並興建研發平台等配套設施。根據規劃，該基地將與明德醫院（由南京醫科大學與江寧區政府合建）合作，形成從分子克隆到基地飼養， 再到臨床移植的一體化產業鏈。
通過對豬敲除特定基因，人體將可以克服既往異種移植帶來的不良反應。人類器官移植可能打開一條新通道。
實際上，參與這一項目的南京醫科大學異種移植重點實驗室主任戴一凡及其團隊，已培育出適宜異種器官移植的動物供體轉基因敲除豬，並在狒狒等大動物身上獲得較好效果。
若這種轉基因敲除豬進行異種器官移植技術獲批臨床應用資格，就意味著器官移植告別單一人體供體時代。繁殖能力強、生長速度快、可在超潔淨環境下規模化養殖的轉基因敲除豬將為焦急等待器官移植手術的患者提供安全、有效的供體器官。
基因敲除豬
從全球範圍內看，器官移植的供體短缺導致業已成熟的器官移植手術無法讓更多患者受益。即便在建設有相對完善的「聯合器官共享網絡」的美國，仍有約三分之一的病人無法在死神到來前得到供體。
受傳統觀念所限，中國人對器官捐贈的接受度仍處於較低水平，器官供體的短缺，催生了地下器官交易產業鏈。
考慮到人造器官的高昂造價，從動物身上獲取健康器官進行異種移植，便成為世界科學家的主要研究方向。「肝臟移植之父」、美國匹茲堡大學教授托馬斯·斯特拉（Thomas Strarzl）就曾預測，器官移植的最終發展趨勢將是逐漸走向使用動物器官。
不過，異種移植首先要克服超急性排斥反應。20世紀初，各國科學家嘗試用兔子、豬、羊、猴等動物的腎臟、胰腺、肝臟等，為器官衰竭的病者進行移 植手術。然而，由於人體免疫系統對異種器官產生的超急性排斥反應，被移植的動物器官往往在幾分鐘至數小時內，出現血栓、水腫等現象，並最終壞死。
隨後的研究發現，移植豬器官時所出現的超急性排斥反應，主要源自豬體內的α1,3半乳糖分子（α-GAL）與人體體內抗體和補體聯合產生的劇烈排斥反應。而α-GAL的表達又受α 1,3半乳糖轉移酶 (α-GT)的控制。
因此，尋找一種不會產生超急性排斥反應的動物供體，成為異種器官移植研究的重要內容。為此，科學家使用了各種方式，如進行血漿置換、免疫吸附、注射α-GAL以中和抗體、使用轉基因技術抑制補體、修飾α-GAL等，但效果並不盡如人意。
轉機出現在1996年世界首隻克隆羊多莉誕生之後。克隆技術讓科學家看到敲除豬體內α-GT基因的可能性。
2000年，時任美國Revivicor公司分子生物實驗室主任的戴一凡及其團隊，在美國培育出世界首隻克隆豬。兩年後，在克隆豬的基礎上，戴一凡團隊利用分子生物學同源重組的方法，成功敲除豬體內的α-GT基因，培育出首批共五隻基因敲除豬。
第一代敲除豬因不再含有α-GT基因，從理論上看，在人體身上使用其體內的臟器進行器官移植時，將不再發生超急性排斥反應。
隨後的大動物實驗表明，接受基因敲除豬腎臟移植的狒狒可以存活兩個星期；而使用普通豬腎臟的狒狒只能存活不到兩個小時。基因敲除豬基本解決了異種移植的超急性排斥反應。
豬器官「人源化」
解決超急性排斥反應後，戴一凡團隊開始面對下一步的問題——其急慢性排斥反應。後者包括人體自身的免疫排斥反應、凝血不匹配引發的凝血反應、血管內皮細胞破壞等。
自基因敲除豬2002年誕生以來，戴一凡及其團隊又花了近十年時間解決後續排斥問題，目前已解決一部分問題。戴一凡介紹，在基因敲除豬的基礎上，研究團隊對豬基因組進行進一步修飾，如增加抗補體基因、抗凝血基因等，研發出第二代敲除豬——轉基因敲除豬。
「我們現在在敲除α-GT的基礎上，再增加一到兩個轉基因，馬上要做三個轉基因了。每個基因都有不同的功能，針對不同的反應。」戴一凡說。
從大動物試驗的反饋效果看，轉基因敲除豬的效果良好，在適量的免疫條件下，未發生排斥反應。
試驗結果顯示，在敲除α-GT的基礎上實現一個轉基因的豬心臟，可以在猴子體內存活半年，胰島可存活400天，腎臟可存活超過80天。大動物試驗的存活時間記錄，被不斷刷新。
戴一凡告訴財新記者：「好比O型血的人可以給所有人輸血一樣，排斥基因被敲除掉的豬器官可視為『O'型器官，可以移植給任何人，且基本不發生超急性排斥反應。」
不過，由於不同臟器的反應狀況不同，移植難度也有所差異，肝臟和腎臟的移植效果目前仍有待改進。
目前，轉基因敲除豬的肝臟在猴子身上的抗排斥反應效果比較好。但試驗發現，器官移植後，猴子的血小板被豬肝髒「全部吃掉」，猴子一直出血，最後死於出血。
戴一凡指出，肝臟的問題其實並不難解決，只要找出問題的原因，對相應的基因進行修飾即可。
「如果順利，胰島和肝臟很快就可以結束實驗室階段，進入人體臨床試驗階段。」戴一凡說。
隨著研究的進一步深入，第三代敲除豬將有可能向「人源化」「個體化」方向發展。
所謂「人源化」，就是將幹細胞技術與克隆技術結合起來，在豬的體內生長出特定的人體器官。
在日本，這項技術已在小鼠身上實驗成功。研究人員將大鼠幹細胞注入已被敲除PDX-1基因的小鼠早期胚胎，在小鼠發育過程中，大鼠幹細胞內的PDX-1基因發揮作用，發育出完全由大鼠細胞形成的胰腺。類似的方法，也可以在豬身上實現。
在實現「人源化」的基礎上，轉基因敲除豬將有可能實現「個體化」。利用技術相對成熟的誘導性多功能幹細胞（iPS）技術，可以把一個人的皮膚細胞製作成誘導性多功能幹細胞打到豬體內，定向生長出與幹細胞提供者完全匹配的人體器官。
不可忽視的風險
雖然日臻成熟的異種器官移植技術在大動物試驗和臨床試驗上的表現令人欣喜，但當人們評價這些治療的安全性和有效性時，答案依舊是模糊的。而且，除「超急性排斥反應」等免疫排斥問題之外，異種器官移植還面臨著跨物種感染的風險。
據統計，人類歷史上造成嚴重影響的傳染病中，近七成起源於動物。無論是曾在中世紀毀滅數千萬歐洲人的黑死病、2003年肆虐中國的SARS病 毒，還是世紀災難艾滋病，都是由動物傳染給人的。通常情況下，這些動物體內攜帶的病毒並不具備跨物種傳染的條件，但異種移植無疑增加了病毒傳播的風險。
基於倫理和安全考慮，與人類最為接近的靈長類動物已被禁止作為異種器官移植的供體，與人體器官形狀、大小相似，繁殖能力強，生長週期短的豬因之成為首選。
目前已知豬體內攜帶的人獸互傳的微生物達18種，此外還有一些其它的細菌和寄生蟲。雖然在豬的培育過程中，上述病原體可通過一定技術流程加以控制並排除，但豬體內的內源性逆轉錄病毒（PERV）依舊給異種移植造成不小的安全風險。
現在，人們已知豬身上存在有至少三種PERV，它們對豬無害，但相關研究表明，至少有兩種PERV的變體可以在體外感染人的細胞和細胞系。由於 PERV存在於每一隻豬的每一個細胞中，並散佈在豬的諸多基因之中，目前的技術還無法做到像處理α-GAL一樣將之從豬體內完全去除。
2004年，美國疾病控制中心組織專家組對160名接受豬活細胞移植的患者進行檢查，確認無一人感染PERV。儘管過去多年的大動物實驗及其他 人體試驗均未發現受體感染PERV病毒的案例，一些研究者認為PERV不會對人體產生影響。不過，考慮到病毒感染的潛伏期和體內突變的可能性，仍有研究者 建議對異種移植持謹慎態度。
衛生部醫學倫理專家委員會委員邱仁宗告訴財新記者，考慮到異種移植潛在風險未排除，應對異種移植持「有罪推定」原則。在證明異種移植「無辜」以前，人體臨床試驗應該暫時停止。
2008年11月，世界衛生組織在中國長沙召開針對異種移植臨床試驗管理的全球首次協商會議，來自全球近20個國家的醫學專家對異種移植臨床研究規範進行研討，並於會後發布《長沙公報》，為世界衛生組織成員國進行異種移植臨床研究的倫理規範和指導標準。
《長沙公報》明確指出：「異種移植是一個複雜的程序，它有風險，包括排斥移植物、移植物功能不全，傳播疾病給受體。有發展嚴重的或新的感染的風險，不僅感染受體，而且感染密切接觸者或更廣泛的人群或動物群。」
《長沙公報》要求，有關機構應儲存試驗參與者治療前後的相關樣本，並對病人及其密切接觸者進行終身隨訪。由於可能對社會有傳染風險，必須有異種 移植警戒和偶發事件監測系統，以便遏制和對付傳染的暴發。此外，必須建立對異種移植物進行監督、管理的全球系統，為國家提供支持，協調異種移植警戒，對疑 似傳染進行監測和應對。
進入臨床至少還要四年
國際上已在異種器官移植領域摸索多年，國內的研究卻幾近空白。
2006年以來，天津醫科大學第二醫院、華中科技大學附屬同濟醫院、四川大學華西醫院及中南大學湘雅醫學院陸續進行了一些異種移植實驗。這些實驗多以野生豬的胰島移植為主，而胰島本身缺乏α-Gal抗原，免疫排斥較弱。儘管如此，手術效果並不是十分理想。
由於國內此前缺少對異種移植臨床研究的相關規範，其中一些手術還越過大動物實驗、跨越審批流程，使用野生豬胰島進行人體臨床試驗，在國內外引發倫理討論。
2011年，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所宣佈獲得GGTA 1基因（即α-GT）敲除的豬胎兒，「為培育適於人類器官移植的GGTA 1基因敲除豬提供了可能。」
這是國內此前惟一進行基因敲除豬研究的團隊。也在2011年，在戴一凡的牽線搭橋下，南京醫科大學與相關專利持有公司簽訂使用協議，將國際領先的「轉基因敲除豬」引入國內。2011年8月，首批共八隻轉基因敲除豬，在國內培育成功。
當時，戴一凡已從美國回到南京，並在南京醫科大學建立了異種移植重點實驗室。同他一道回國的，還有美國匹茲堡大學的另外四名教授。
目前，戴一凡與其美國團隊已研究出至少六七種不同的轉基因敲除豬，其中幾種也將引入國內。戴一凡估計，至少需要做出帶有數個基因的轉基因敲除豬，才能為不同的移植器官培育出具有特定功能的轉基因敲除豬。
不過，戴一凡和團隊在國內也遇到了不少困難。由於國內沒有符合美國食品和藥品管理局（FDA）要求的無指定病原體的超潔淨豬舍，暫時無法培育出 符合臨床試驗要求的供體豬，導致諸如胰島移植這樣技術已比較成熟的異種移植手術，遲遲無法進入臨床試驗。此外，由於國內此前沒有做過異種移植的大動物實 驗，找不到試驗所需的受體狒狒，大動物實驗也只得暫時擱淺。
戴一凡表示，南京的異種器官移植中心最終建成至少還需三年時間，培育出符合臨床試驗要求的轉基因敲除豬還需要兩年時間。即便在批文、審核都順利 通過的理想條件下，在國內開展人體臨床試驗也要在四年之後。不過，在此期間，新的轉基因敲除豬、免疫抑制劑以及異種免疫調控研究也將有所突破。
「國家現在已經把異種移植放入未來十年的再生醫學發展規劃。異種移植要發展，也必須得到國家層面的支持。」戴一凡說。■
“豬的角膜剛剛研制成功了，國內已經有幾十例移植於人體的案例了。” 近日，國家重點基礎研究計劃(973計劃)首席科學家蔡誌明告訴第一財經記者。
由於人體移植器官嚴重短缺，而豬的器官大小和功能與人類似，被認為是最有可能成為能移植到人的異種器官。但是，異種間存在跨物種病毒感染的隱患等問題，也使得異種器官移植長期停步不前。
不過，隨著去年來一些關鍵技術的突破，異種器官移植正在掀起新的風暴。陜西艾爾膚企業集團是我國最早一批專業從事研發異種供體材料的企業，並從2002年起定位於以豬為供體。目前正聯合國內一些三甲醫院，推廣豬角膜。該公司副總裁張光晟說，“賣的很火”。
90%等待器官移植的患者死去
在9月22日深圳發改委舉辦的“異種器官移植”研討會上，深圳市第二人民醫院研究員牟麗莎介紹，對晚期疾病，比如說器官功能衰竭以及癌癥來說，更換器官是上上之選，但是目前器官非常短缺。
她引用了一組數據：對於腎臟來說，國內每年需求有30萬人，但是實際獲得移植的人不過5500人。肝臟實際需求達30萬人，移植的只有2000人。90%的病人在等待中死亡。
從2015年1月1日起，中國全面停止使用死囚器官作為移植供體來源，供體來源更加緊張，異種器官移植因而更為行業關註。
由於豬與人的器官非常相近，並且與人類有90%的相同基因，且豬的飼料成本低，基因改造比較容易，因而成為器官移植的優質供體來源。
在國內，豬的器官在臨床上的應用已經有非常久的歷史，比如說豬的心臟瓣膜應用於風濕性心臟病已經幾十年了。
不過，供體安全性問題一直為外界擔憂。上世紀90年代，豬器官移植項目一度在全球受到追捧，但是後來發現豬的基因組里面有內源性逆轉錄病毒存在。最終，世界衛生組織和美國政府明令，在找到解決辦法之前，停止一切異種器官移植的臨床試驗。
豬角膜應用前景廣闊
不過近年來，隨著科學家對對豬進行基因修飾和生產質量的控制等，提高了安全性，政策導向也越來越傾向於用動物作為器官的來源。牟麗莎介紹，日本開始允許向人體移植動物的臟器和細胞，美國最近也解除了自主人獸混合胚胎的禁令。
蔡誌明曾經組織完成了國內首例異種動脈瓣移植手術。他告訴第一財經記者，豬角膜研制成功後，應用前景將十分廣闊。
角膜病是主要致盲眼病之一。就拿我國來說，角膜盲患者約有400萬名，每年新增需要角膜移植的患者超過10萬，但是能夠得到移植的不到3000人。
技術難題解決後，企業也迎來了市場拓展的春天。陜西艾爾膚企業集團是我國最早一批專業從事研發異種供體材料的企業，並從2002年起，定位於以豬作為供體。該公司副總裁張光晟在當天的研討會上介紹，他們研發的人工角膜具有與正常角膜相似的拉伸強度、屈光度，植入患處後可阻止病變發展及角膜溶解，並於去年4月獲得了國家的註冊證。“我們已經建立了第一株人類角膜緣細胞株，和人捐獻的角膜基本無異了。”
現在，張光晟正聯合國內一些三甲醫院，推廣豬角膜。他說：“賣的很火”。
仍有技術難題有待破解
除了豬角膜，豬的其他器官移植研究也將邁上新臺階。2015年，據英國在線雜誌官網報道，29歲的中國女留學生楊璐菡作為異種器官移植課題帶頭人，在哈佛和eGenesis利用CRISPR-Cas9的“基因剪刀”技術，剔除了豬基因組中可能有害的內源性逆轉錄病毒基因，從而攻克了豬器官用於人體移植的重大難關。
受益的顯然不僅僅是某一個器官的移植。美國匹茲堡大學Starzl器官移植研究所副教授戴一凡說：“豬全身都是寶，豬的皮膚、骨骼等處理後都可以使用，在整個醫療界很多東西已經用在臨床上。如果能做到免疫反應很低，移植後的器官壽命持續時間會更長。”
以豬的瓣膜為例，戴一凡說，移植後使用壽命一般是7-10年，年紀越輕的人心臟瓣膜的壽命越短，一般在7年後就鈣化了，而60歲以上的人可以維持10年以上。
他解釋道：“因為年輕人免疫系統比較強，對瓣膜有排斥反應，導致鈣化。所以，如果用豬的心臟瓣膜，又能控制好免疫反應的話，就會大大延長人的壽命，這也是研究的一個新思路。”
蔡誌明告訴記者，除了移植之後器官的排異和使用壽命問題，仍有一些技術難題有待破解，比如說器官質量如何保證。
“目前，胰島、腎臟和肝臟的器官移植還在研究中，還需要時間。”胰島是蔡誌明和他所在的深圳市第二人民醫院異種器官移植團隊主要研究的方向。他們的團隊目前已經開展了國內首例豬-猴動脈瓣移植，並建立了胰島分離技術平臺，以及豬的胰島移植到老鼠的平臺。