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异种移植:世界医学的又一次革命

异种移植:世界医学的又一次革命

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  • 发布时间:2012-09-25 17:54
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【概要描述】2011年10月,国际著名医学期刊《柳叶刀》发表了美国研究者的一篇综述文章《临床异种移植,会是下一个医学革命吗》,在世界医学界引起不小的震动。

异种移植:世界医学的又一次革命

【概要描述】2011年10月,国际著名医学期刊《柳叶刀》发表了美国研究者的一篇综述文章《临床异种移植,会是下一个医学革命吗》,在世界医学界引起不小的震动。

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  2011年10月,国际著名医学期刊《柳叶刀》发表了美国研究者的一篇综述文章《临床异种移植,会是下一个医学革命吗》,在世界医学界引起不小的震动。文章在深入分析全球异种移植领域的工作基础、存在的问题和进入临床的可行性之后,给出了肯定的回答:异种移植在过去十年内进展迅速,在很大程度上解决了免疫排斥等难题,并大胆预测:猪的组织和细胞临床异种移植将很快成为现实。

 

  美国研究者之所以得出上述结论,一个重要依据来自对中南大学湘雅三医院王维团队多年研究的观察。文章主要作者、美国匹兹堡大学Startze中心副主任David Copper教授和王维教授是“老相识”,后者在猪胰岛移植治疗Ⅰ型糖尿病这一领域的进展,吸引了包括David Copper在内的国际同行持续和密切的关注。为这一天的到来,王维团队经过十余年的潜心攻关,诸多疑团正逐步变得明朗。用王维的话说,“异种移植已处在‘突破的前夜’”。

  种种迹象表明,中国将率先掀起异种移植这场“医学革命”,并在其中扮演重要角色。

 

  国际大协作

  近年来,异种移植领域的任何进展,都颇令世界卫生组织(WHO)关注。不仅每两年组织一次会议讨论可行性和相关进展,在WHO官方网站的“移植医学”页面上,“异种移植”栏目也被放在醒目位置。在该栏目主题下为数不多的几则文本里,“Changsha Communiqué”这一代表长沙这座中国城市在异种移植领域重要地位的文件赫然在列。

  异种移植,通俗地说,指的是将某一动物的器官、组织或细胞移植到另一物种体内并保持其生理功能,以帮助后者存活,某种程度上类似于植物“嫁接”。相对于同种移植而言,异种移植最大优势在于可保证供体的供应,缺点则在于由物种的差异性导致难以“兼容”而引发一系列移植效果的不确定性。

  对那些常规方法无力救治的病人而言,器官移植几乎都会成为最后的“救命稻草”。不过,很少人能拥有这样的幸运——由于难以寻觅到既合法又合适的供体,加之高昂的治疗费用,令不少普通家庭在最后一线希望面前遗憾止步,眼睁睁看着亲人逝去或在痛苦中度过余生。

 

  异种移植医学的诞生,为无数这样的家庭重新燃起了希望。

  2008年10月,世界上首个异种移植临床研究规范在湖南长沙诞生。这是人类异种移植历史上一次具有里程碑意义的事件,由中南大学湘雅三医院主导、王维教授主持的中国版规范草案成为该文本出台的重要参考。次年,《中国异种移植临床研究规范草案》通过卫生部委托的专家组审定,使我国成为亚洲第一个形成国家级异种移植临床研究规范的国家。当时,全世界范围内也只有美国、英国和新西兰等少数国家基本成型。

  《长沙宣言》大大推动了异种移植临床研究和产业化进程。世界卫生组织据此评价称,目前异种移植临床研究的关键要素已经明确,猪胰岛移植治疗糖尿病的临床研究前提条件已经成熟。

 

  地处中国中部的长沙一时成了世界异种移植医学领域的重镇之一。在湘雅的学生眼里,众多只在学术期刊上或者在老师课堂上听说过的“重量级”学术明星,包括诺贝尔生理学或医学奖评委会前主席卡尔·葛罗斯教授,国际异种移植协会原主席罗宾·皮尔逊教授在内,竞相造访位于长沙岳麓区的湘雅三医院。而这一切都与王维的科学探索有关。

  “轻松地活着多好,你知道病人这句话对我有多大的震撼吗?”问及科研的初衷,出身于湘雅三代行医世家的王维如是说。在研究初期,他和很多国际同行一样,依然是进行同种胰岛移植研究。然而,同种胰岛移植虽具有抗免疫等诸多优势,但供体严重匮乏,人源供体不足1%,这成了一个无法解开的“死结”。

 

  1995年,王维毅然决定转向异种移植研究。

  对人类而言,异种移植最理想的供体来源并非灵长类动物,而是与人类打交道更为密切的猪。2006年,美国学者Hering和加拿大学者Larsen研究小组在Nature Medicine上公布的关于恒河猴糖尿病模型的独立研究证明:猪胰岛细胞移植可以成功治疗糖尿病,引起了轰动。

  此时,王维在这一领域的“临床前”研究已潜心耕耘了十年之久。

 

  攻克糖尿病

  这是一个激动人心的领域,众多诺贝尔奖得主的名字在其间闪耀:

  1921年,加拿大科学家Banting等首次发现并提纯胰岛素,荣获诺贝尔奖;

  1922年,胰岛素被首次用于人类糖尿病的治疗;

  1955年,英国生物化学家桑格首次揭示出牛胰岛素的化学结构,荣获诺贝尔奖;

  1965年,中国科学家首次人工合成结晶牛胰岛素;

  1969年,诺贝尔奖获得者、英国科学家霍奇金首次测定出猪胰岛素晶体的全部结构;

  1973年,中国科学家以1.8埃的高分辨率,测定出了猪胰岛素的晶体结构。

  ……

 

  这些人类科学史上具有重要意义的研究成果,均指向一个共同的实用靶标:通过注射胰岛素治疗糖尿病。

  90年过去了,牛胰岛素、猪胰岛素、人胰岛素的化学和晶体结构被科学家逐一揭示,并以此为基础合成了各种不同类型的胰岛素制剂。随着胰岛素分离、纯化、制剂、抗排斥反应等方面的不断改进,胰岛素持续不断地挽救了无数人的生命,大部分糖尿病患者已不再需要依靠胰岛素,可使用口服降糖药物来控制血糖,这种糖尿病被称为非胰岛素依赖糖尿病。

  然而,另一部分被称为Ⅰ型糖尿病(又称“胰岛素依赖型糖尿病”)的患者,仍然生活在痛苦之中。由于这类患者被破坏的胰岛β细胞往往高达80%以上,胰腺自身已不能分泌胰岛素,必须终身依赖外来注射,加之该类型糖尿病发病年龄通常较早,给患者带来了极大的痛苦。

  已年逾90岁的Gladis Dull是千千万万未摆脱糖尿病困扰的Ⅰ型糖尿病患者之一。他在接受媒体采访时说,“1924年我开始应用胰岛素,80多年来从未错过一次注射”。不仅如此,据复旦大学2003年的一项调查显示,糖尿病一旦出现并发症,医疗费用将增加10倍以上。

  胰岛素面世90多年后,糖尿病的根治难题仍未被人类“攻克”,依然是威胁人类健康的重大杀手。这一事实挑战着全球众多杰出医学和生物学家的智慧和良心。

  据世界卫生组织2006年前的调查,世界上糖尿病患者多达2亿人,每年约有20%的病人死亡。中国糖尿病患者约有4000万人,每年用于糖尿病的治疗费用高达2500亿元。而中日友好医院2010年发表的一项调查结果则显示,中国成年糖尿病患者超过9200万人,其中Ⅰ型糖尿病与合并胰岛损伤的Ⅱ型糖尿病患者超过4000万人。

  业内专家认为,人类供体移植胰岛是最可能治愈糖尿病的手段之一。然而,人供体的极度短缺令这一可能变得越来越渺茫,世界各国医学科学家逐渐将焦点转移到动物特别是猪的身上。研究表明,猪胰岛素分子中仅有一个氨基酸与人胰岛素不同,这使得猪胰岛异种移植成了目前国际公认的最有可能治愈糖尿病且能大规模推广应用的希望所在。

  如果说异种移植已处在突破的“前夜”,那么猪胰岛移植治疗Ⅰ型糖尿病已成为实实在在的突破“前哨”。这一次,中国科学家走在了世界的前列。

 

  先行者王维

  穿行过放置各种放射影像设备的窄小空间之后,记者在湘雅三医院的一间办公室里见到了王维教授。这位医院影像科主任说话并不多,但极有条理。他吐字清晰,当说到有意思的地方,会偶尔突然冒出来一阵顽童般的笑声。这种平静之下内含的激情,令人印象深刻。

  1995年,对王维来说是一个至关重要的年份。这一年,湘雅三医院支持王维10万元的科研经费,启动胰岛移植的前期研究,并支持他建立胰岛移植实验室。从此,王维开始潜心于猪胰岛移植治疗糖尿病的研究,并一发不可收拾。王维课题组也由此跻身于国际上最先开展相关研究的学术团队之一。当时,全世界对异种胰岛移植的研究尚处于起步阶段。

  1998年,王维获得了第一个国家自然科学基金课题“经肝动脉肝内移植异种生物人工胰腺的实验研究”。这是湖南省放射学领域拿到的第一个国字号科研课题,得知科学基金项目申请获得批准的那一天,王维的心情久久不能平静。

  4年之后,王维取得了进军异种移植后的第一个重要突破:猪胰岛细胞经肝动脉移植治疗糖尿病在动物试验中首先获得成功。当时,国际上普遍采用的是将胰岛通过肝脏的门静脉植入,但这种方法有时可能造成肝脏坏死,王维创立的新方法使得手术安全性大大增加。1999年10月,在澳大利亚悉尼举行的第七届国际胰腺胰岛移植协会年会上,王维首次公布了动物实验的初步成果,他的名字从此被国际移植医学界所熟知。

  动物实验成功后,王维随即启动了猪胰岛移植的临床前研究。这是国内外最先利用介入放射学方法经肝动脉进行肝内移植胰岛细胞的尝试。在此期间,王维先后两次获得国家自然科学基金支持,并获准卫生部的科研基金立项。

  经卫生部批准,2000年至2004年的4年间,王维团队共完成了22例“猪—人”胰岛移植的糖尿病患者临床试验,取得了明显的治疗效果。结果显示:其中20例患者的胰岛素使用量减少了30%以上,属“有效”;20例中的6例减少了50%以上,达“显著疗效”;其中1人脱离胰岛素达一周之久,为“暂时治愈”。

  2005年5月,第九届国际胰腺胰岛移植协会年会在瑞士日内瓦召开。王维宣读了猪胰岛细胞移植治疗Ⅰ型糖尿病的临床研究报告,证明新生猪胰岛经肝内移植治疗Ⅰ型糖尿病安全、有效。该研究成果引起了强烈反响。

  诺贝尔生理学或医学奖评委会原主席卡尔·葛罗斯教授称赞王维在异种移植领域作出了“具有开创性的工作”(“Pioneering Work”),这位瑞典卡罗琳斯卡医学院的资深教授曾多次造访长沙,与王维教授进行深入探讨。

  国际异种移植协会主席、美国明尼苏达大学糖尿病研究中心主任Bernhard J.Hering教授称王维为“异种移植的先驱者”。 明尼苏达大学在异种移植领域积累深厚,1977年,该校在世界上第一次将人的胰岛从胰腺里分离出来,移植给切除了胰腺的糖尿病患者。

  第一期临床试验研究取得突破后,王维又花了极大精力完成了猪胰岛移植到恒河猴的试验。当时很多人不理解:猪胰岛临床移植都成功了,再做猴子试验有无意义?更何况灵长类动物移植对实验设备和人员的要求很高,即使在美国也只有少数实验室可做。王维认为,初步临床研究虽已显成效,但有些参数只能在灵长类动物试验中才能取得,否则,科研探索就存在“未知的死角”。他带领课题组克服诸多困难,在国内率先完成一次性大规模猴群试验,取得了宝贵的试验数据。

  中国王维,成了国际异种移植领域名副其实的先行者。

 

  破解安全性难题

  临床前试验研究取得初步成功后,王维将部分精力逐渐转移到《规范》的制订,几乎全部的注意力集中在异种移植中最难“啃”的骨头——全面提高生物安全性水平上。

  在2008年《长沙宣言》确立的异种移植临床规范中,生物安全性是一个至关重要的原则,其中确保供体质量居于首要地位。据了解,成年猪体携带着120多种病毒,一旦其中对人类有害的病毒通过移植侵入人体,将导致无法预见和控制的风险。特别是一种名为PERV-C的猪内源性逆转录病毒,对异种移植成败将有“不能忽视”的影响。各国专家经反复讨论,最终确定了15种病毒,要求“绝对禁止存在”。

  寻找合适的供体动物品种,成了确保供体质量安全的首要环节。这一次,王维再次走在了前面。早在2000年前后,王维注意到国际上一篇介绍PERV-C病毒的论文。凭借敏锐的科研直觉,他当即意识到这一病毒可能是阻碍异种移植走向临床的关键问题。他带领科研人员在全国范围内不同猪种胰岛中反复筛选,以确定不携带这种病毒的猪种。到2008年“长沙会议”召开之际,王维寻找医用供体猪的工作基本完成。

  “世界上大部分猪的生物安全性是有问题的,如果是杂交猪,杂交代数越多,生物安全背景就越复杂,所以必须要寻找和外界没有‘接触’的纯种土猪。”王维介绍说。

  这是一项相当耗费精力的工作。为寻找最合适的“土猪”,王维用了两年时间,带领学生北上青藏高原,南下海南岛,到十几个省区的偏远山村共筛查了几十类猪源,将血样拿回长沙的实验室检测。王维亲自跳进猪圈给猪抽血,“一脚踩在烂泥和猪粪里,鞋都是臭味,又冷又臭”,2007年9月在青海某养猪场的这一幕令王维记忆犹新。

  直到发现4个具有生物安全性的猪种和2个胰岛质量非常好的猪种,王维接下来的工作是把这几种纯种猪进行杂交,将它们的优势进行组合,以培育“生物安全性高、胰岛收获率高”的供体动物。

  确保供体质量后,克服移植过程中的免疫排斥反应成了最关键的一环,这也是目前困扰全世界研究者的头号难题。为此,王维团队对抗免疫排斥方案进行了反复优化和调整,至少制定出4套方案,每一次改进都离降低风险更近了一步。

  早在2000年至2004年间,王维团队就在临床前试验中发现了一条“特异性”很强的规律:中国人对于现行胰岛移植抗免疫排斥反应治疗方案的反应规律和欧美人不一样,“欧美人百分之百出现口腔溃疡,中国人就没有;中国人有很多出现拉肚子和白细胞下降的情况,欧美人就很少”。这一发现为制订适合中国人的抗免疫排斥方案起到了关键作用。

  通常,为保证移植患者的安全,病人须终生服用抗免疫排斥药物。近年来,王维探索了一种创新的细胞移植技术,可在不增加免疫排斥药物的前提下,有效达到抗排斥治疗的目的。目前,这一全新的抗免疫排斥方案已在肾移植病人中取得成功。王维告诉记者,对3例病人的治疗,效果都非常好。他们将把这一最新成果运用到胰岛移植上,对抗排斥方案作进一步改进。

  最近,王维团队又取得了一项新的进展,在细胞移植中巧妙运用了一种免疫隔离技术,使免疫排斥攻击不能通过,以达到保护该细胞的目的。试验表明,采用该方法 “可以不使用任何的免疫抑制剂,对胰岛细胞和神经营养细胞同样有效”。2012年7月下旬,王维在德国举行的学术会议上报告了利用这一最新成果治疗帕金森氏症的研究结果,再度引起国际同行的密切关注。

  与此同时,为评估猪胰岛移植临床试验的远期效果,2011年年底,王维课题组对2000年至2004年间接受移植的22例患者进行了复查,没有出现一例严重不良反应和明显并发症。更重要的是,患者的糖代谢水平均保持了稳定。这一评测结果充分表明:临床前试验的远期目标已基本达到,这表明生物安全是可控的。

  这一切的努力,始终瞄准同一个目标:确保生物安全性。这是王维为之花费最多心血的工作。目前,吸收了上述各项成果并借鉴了国外研究进展的最新抗免疫排斥方案已经制定完毕。可以预见,这将成为又一项令世人瞩目的成果。

 

  “异种1号”的诞生

  这不是一头普通的小猪。它的诞生与克隆羊多莉一样新奇。王维教授为其命名 “异种1号”。

  “异种1号”是王维从全国各地挑选出的纯种猪杂交后获得的第二代,出生在长沙近郊的宁乡金州开发区。这里四面拥有自然丘陵屏障,供体培育区相对隔离,是全世界第二个医用级移植供体猪培育基地。

  为达到《长沙宣言》提出的“无指定病原体猪”标准,仅有优良品种是不够的,必须保证动物的安全存活,要防止外来微生物的侵入,还要具备一定的经济可行性。这需要科学的设计、高洁净度的环境和先进的培育工艺。对王维来说,同样没有经验可循,这不啻于又一次“冒险”。他们从试验开始,摸索指标,独立设计,反复论证。

  “整个操作线都是我们自己设计的,没有外来完整设计资料。”王维回忆说,有一年他与卡尔·葛罗斯教授一道前往美国明尼苏达,造访全球第一个医用供体猪培育基地。美国同行对这两位不一般的来访者表示了敬意,但在涉及具体细节时仍显得十分小心,只让两位客人隔着窗户看了看,没让客人进入现场。

  “好在我们中国人还是会动脑筋,从一些很小的细节,可以得到很多信息,通过与国际专家的交流,根据WHO的规范原则,完善了我们的设计。”王维自豪地说。

  医用级供体猪培育与平常的养猪完全不是一个概念,世界卫生组织对其有严格的定义。“最难的是如何使有致病菌动物变成无致病菌动物这个环节。”王维介绍说,喂养区的洁净度要求1立方米空气里颗粒不超过1万个,仅为日常空气颗粒数的数百分之一,这是摆在他们面前的一大难题。还有怎样防止微生物、寄生虫侵入,防止蟑螂和老鼠等动物侵入,怎样处理动物废弃物等问题。善于思考和动手的王维,结合动物实验开展了探索。这项工作还得到了国外合作伙伴和中国科学院武汉病毒学国家重点实验室的支持,中国同行共同承担起了病毒学检测和监控的工作。

  多年来,王维团队不断改进供体分离和纯化技术,以求得到高质量的胰岛,同时对移植技术以及手术后的排斥反应处理等开展了多项技术创新,终于确立了从移植供体培育、胰岛获取和制备、病人选择、移植手术、抗免疫排斥到术后监控等在内的全新系列诊疗方案。

  2012年8月18日,世界第二家医用级供体猪培育基地即将在湖南长沙正式投入使用,这标志着我国异种移植产业开发在生物安全性保障方面又迈出了关键的一步。这表明随着治疗效果和生物安全性的进一步明确,高质量供体猪的培育技术和提供能力已经具备,一旦通过卫生主管部门的技术认证和伦理审查,我国将有望成为世界上“猪—人”胰岛移植治疗糖尿病的首个受惠国,给全国4000万Ⅰ型糖尿病患者带来福音。

 

  结语

  王维教授和同行在异种移植领域探索的成果得到了国际社会的广泛认可。世界卫生组织在一份报告中指出:异种移植细胞、组织和器官供体可能将作为终末期疾病的最终治疗的生物产品。

  王维表示,虽然中国是异种移植的先行者之一,但已感受到必须大力加强临床研发力度的紧迫性。在美国,就有14个临床异种移植申请提交给了该国食品药品管理局。“如果国外异种移植产品首先占领我国市场,我们将很难继续开发具有自主知识产权的产品。”

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