動物供應人體器官：“邪路”中或有黎明？
圖片來源：pixabay
這是賽先生2017科普創(chuàng)作協(xié)同行動的第2篇文章。
撰文：唐騁
如果你家的車有個零件出問題了怎么辦？換一個唄。那么，要是你身體的零件出問題了呢？要知道車零件好找，人的零件可是大大的供不應求呢。
雖然現(xiàn)在的年輕人沒事就愛調(diào)侃，要賣腎買某水果手機，不過你可得知道，器官不是你想賣，想賣就能賣的。年紀太大的不行，太小的也不行，有傳染病的不行，身子骨弱的也不行，就算你身強體壯樣樣都好，還得通過配型找到對你器官不發(fā)生免疫排斥的接受對象。更何況，像腎臟之類有備份的器官還好說，要遇到像心臟之類獨一無二的器官，真要移植起來豈不是一命抵一命，這樣強行續(xù)命簡直是把醫(yī)生都逼成平一指（注：金庸小說《笑傲江湖》中的“殺人名醫(yī)”，奉行每救一人必殺一人的原則）了。所以，科學家為人體零件的供應問題可是操碎了心。
約瑟夫·默里（Joseph Edward Murray），器官移植之父，他對排斥反應作了深入研究，完成了人類歷史上第一例腎臟移植手術，并因此分享了1990年的諾貝爾生理或醫(yī)學獎。（圖片來源：nobelprize.org）
于是乎，自然有人想到，豬狗牛羊之畜相比于人自然命賤一些，與其把它們的器官做成爆肚、炒腰花，拿來裝配到病人身上豈不是更有價值？
這腦洞倒也不算太突破天際。畢竟歷史上也曾有過把羊血輸給人救命的例子[1]，血可以用得，器官理應也不在話下。在眾多牲畜之中，豬是最有潛力的對象，最起碼人家跟人長得差不多大，器官尺寸是配得上的。
可惜，事情并沒有這么簡單。
人體畢竟不比機器，數(shù)億年的演化并沒有給最近幾十年才有的器官移植留下多少操作空間?？梢韵胍?，人和人之間的器官移植尚且需要滿足各種煩死人的配型條件，要把動物的器官移植給人，麻煩恐怕只會更多。比如，動物器官內(nèi)部有大量人體沒有的蛋白質(zhì)，而人體的免疫系統(tǒng)向來對“非我族類”不會手軟，一言不合就把移植來的動物器官給干掉了；動物的體內(nèi)環(huán)境與人并不完全相同，它們的器官挪到人身上，難免水土不服；動物往往都有些特殊的疾病，這些疾病對動物而言可能沒什么存在感，但要是搭乘著器官來到人身上，就不能保證它們會不會突然翻臉了……
人類的很多疾病都來自于動物，比如流感來自于禽類和豬，天花來自于牛，狂犬病來自于狗等等，圖中所示為迄今為止所知對人類致死性最強的埃博拉病毒，來源被認為是非洲的果蝠。將動物器官移植給人無疑會大大增加將某些動物疾病傳染給人類的可能，這也是異種器官移植必須解決的問題之一。（圖片來源：Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library）
不過，雖然面對這么多麻煩，大部分科學家還是老老實實地一件一件著手解決。不過這些老實科學家的工作咱們下次再說，這回先來講講另一撥比較取巧的科學家。他們覺得這么做下去真不知何年何月才能見分曉，于是轉(zhuǎn)而腦洞一開，嘿，如果我直接讓豬長出人的器官不就一舉繞開了諸多麻煩了嗎？
聽起來似乎很有道理，不過這究竟要怎么做呢？這里就要介紹一種很“邪門”的技術，叫做“嵌合體”。
大家知道，所有哺乳動物都是由一個叫做“受精卵”的細胞發(fā)育來的。顯然，大家都是多細胞動物，一個細胞是不可能構成生物體的，所以發(fā)育的第一步，就是受精卵不斷分裂，一個變兩個，兩個變四個……一開始，這些細胞不會急著變成神經(jīng)肌肉骨骼之類具體的細胞或組織，只是一股腦兒地復制、復制再復制，畢竟有了一定的數(shù)量才能圖進一步的發(fā)展嘛。所以，在胚胎發(fā)育較早的一段時間里，一個胚胎當中絕大多數(shù)細胞都是一模一樣的，我們把這些細胞叫做“胚胎干細胞”。
想想看，一大團個個都一樣的細胞，也沒有形成什么結構，這期間的胚胎主體差不多就相當于是一個飯團，一個個胚胎干細胞就像是飯團里的米粒。那么，如果我把兩個飯團混到一起，捏一捏，會變成什么呢？嗯，它們會被揉成一個大一些的飯團。早期的胚胎也有這樣的特點，如果把兩個早期胚胎，或者說兩團胚胎干細胞放到一塊捏捏，它們也有可能融合成一個胚胎。當然，如果這個過程反過來，一個胚胎不知怎的被“吧唧”掰成了兩半，那就會變成兩個胚胎，這也是同卵雙胞胎的形成原因。
由此，如果我們在實驗室里人為把兩團來自不同動物的胚胎干細胞也這么捏捏，理論上就可以制造出不同動物的嵌合體了。（現(xiàn)實中嵌合體技術比這個要復雜很多，不過基本原理差不多就是這樣。）
雖說在許多人的眼中，天下老鼠一個樣，都能引起某些人士一樣的尖叫。不過實際上，老鼠也有不同的種類，比如大鼠和小鼠是兩種不同的動物，差別大致相當于人和黑猩猩。在本世紀初，就有科學家把大鼠和小鼠的胚胎揉到一塊，制造出了“大小鼠”，他們希望可以在這種“大小鼠”身上找到完全來自于小鼠或大鼠細胞的臟器，從而給器官移植開一扇方便法門。
不知道“大小鼠”在大鼠或小鼠眼中是啥樣的，也許像《猩球黎明》中有文明的猩猩那樣？不過其實在人類看來，“大小鼠”的外貌要么和大鼠一模一樣，要么和小鼠一模一樣，只有借助于特殊的檢測手段才能發(fā)現(xiàn)它們異種嵌合的特征。
《猩球黎明》海報（圖片來源：Flickr）
不過嘛，就算是旁門左道也沒那么容易走通。“大小鼠”來自于兩種動物細胞的混合，可以想見，你把兩個飯團捏到一塊，你能保證這個大飯團中的某一塊區(qū)域的米粒完全來自之前的某個飯團嗎？同樣的，“大小鼠”體內(nèi)分別來自小鼠和大鼠的細胞就像是混勻的紅豆和綠豆，彼此彌散，可謂是你中有我、我中有你，任何一個臟器都既不完全屬于小鼠，也不完全屬于大鼠，如果拿來當器官供體的話，誰見了都會嫌棄。
嵌合體器官供體1.0版本，失敗。
按說利用異種嵌合體創(chuàng)造器官的想法到這里也就山窮水盡了，不過嘛，世界上本沒有路，走的人多了也就有了路。幾年前，愣是有一幫科學家在這本來就有點歪的科技樹上開辟出了一條邪路。他們想著，既然大鼠和小鼠的細胞會不可避免地混在一起，那么假如大鼠的胚胎來自于某種先天就長不出某種臟器的大鼠，那么豈不就可以確保某個臟器的細胞完全來自于小鼠了么？
最后，這些研究人員成功培養(yǎng)出了一種天然就沒有胰腺的大鼠品種，然后將這種大鼠的胚胎與正常小鼠的胚胎干細胞混合到一塊變成“大小鼠”。果不其然，利用這種“妖術”倒騰出來的“大小鼠”長著完全屬于小鼠的“胰腺”（雖然其大小和形狀不一定跟小鼠一樣）[2]。
科學家培育的沒有胰腺的大鼠，一般的大鼠長著乳白色的胰腺（左圖虛線部分），而這種大鼠在同樣的位置則看不到胰腺（右圖）。圖片來自參考資料［3］
那么來自這種“大小鼠”的胰腺可以給小鼠用嗎？
不能。
原來，雖然胰腺本體的細胞全部都和小鼠一模一樣，但是胰腺里面還有各種血管、神經(jīng)、粘膜之類的附屬結構，這些結構當中依舊含有巨量的大鼠細胞。這種胰腺在小鼠體的免疫系統(tǒng)眼中，基本就是個念叨著“皇軍托我給您帶個話”的二五仔，一槍崩了沒商量。
嵌合體器官供體2.0版本，失敗。
科學家哪里會死心，又花了幾年仔細研究。結果他們發(fā)現(xiàn)，雖然胰腺當中摻雜大鼠細胞太多，基本沒有移植的可能性，但是深藏在胰腺當中的胰島似乎沒這么多麻煩。胰島是胰腺當中的一小團細胞，平時的作用就是分泌胰島素和胰高血糖素來調(diào)節(jié)動物的血糖，如果這些細胞的功能出了故障，動物就會出現(xiàn)諸如糖尿病之類的問題。
對呀，東邊不亮西邊亮，胰腺不行胰島上嘛，雖說在現(xiàn)實的臨床醫(yī)學當中，胰島移植不算多見（絕大多數(shù)糖尿病患者是因為其它原因，并非胰島有問題），但好歹算個突破。于是他們把胰島分離出來，并且利用一種叫做“流式細胞儀”的高科技儀器小心揀除了其中摻雜的少量大鼠細胞[3]。
那這樣的胰島小鼠能不能用呢？呃……能用，但是不太好用。
原來，雖說細胞都被篩過，但是畢竟大鼠和小鼠的細胞都長差不多，難免有點漏網(wǎng)之魚。除此以外，在這種胰島當中多少還殘留著一些屬于大鼠的非細胞成分，比如說組織外膜什么的，這些成分也很容易招來小鼠的免疫系統(tǒng)的干擾，這就好比警察雖然沒直接擊斃你，但老覺得你賊眉鼠眼不像好人，隔三差五請你去局子里喝茶，你也沒法安心工作呀。所以，接受這種胰島的小鼠必須先用上大量的免疫抑制藥物，使其免疫系統(tǒng)消極怠工一段時間才能令這個胰島正常工作。
嵌合體器官供體3.0版本，勉強勝利。
雖說動物實驗還處在磕磕巴巴的階段，但那廂人體實驗已經(jīng)在著手準備了，畢竟科學家之間也有競爭，先在這里準備齊全，萬事俱備，只等動物實驗取得突破的東風一來，不就搶得先機了么。
不過這事也不算太順，比如在最近一項由美國科學家領導的研究[4]中，他們試著讓小鼠和豬形成異種嵌合體，但是并沒有取得成功。嗯，失敗的原因肯定不是因為兩者體型的差異，而是在不同物種間形成嵌合體的機制還有許多人類并不了解的地方。
不過好消息是，他們似乎成功制造出了人和豬的嵌合體。
等等，先別急著腦補豬八戒的形象。由于實驗倫理和技術條件的限制，他們并沒有真的制造出活的“豬人”來，確切地說，他們制造出的是混有少量人類細胞的豬胚胎，并且讓這個胚胎生存了大半個月?？紤]到這個階段的胚胎還看不出個體形態(tài)，所以我們既不知道這樣生出來的生物會是什么樣，甚至也不知道如果讓它活到出生，其體內(nèi)是否還依舊有人類的細胞?？紤]到小鼠和豬的嵌合體無法成功，這個“豬人嵌合體”的前景依舊還籠罩在重重迷霧之中。
科學家制作的帶有人類細胞的豬胚胎，從外形看真的沒有什么特殊之處。圖片來自參考資料［4］
總體來說，利用動物給人體供應器官，嵌合體不失為一條“邪路”，雖說有那么一丁點希望，不過就現(xiàn)在而言，此路的前景尚且虛無縹緲，更何況只靠這類技術，對人畜共患病之類的問題也沒什么好的解決之道。而在另一邊，沒那么心存僥幸的科學家也正在一步一個腳印地用另一種踏實而艱巨的技術探索著，那可就是個雄關漫道真如鐵的求索故事了，就讓我們留到下一篇再說吧。
參考資料：
[1] 李清晨.《心外傳奇》. 北京：清華大學出版社. 第6章。
[2] Kobayashi, T. et al. Generation of rat pancreas in mouse by interspecific blastocyst injection of pluripotent stem cells. Cell (2010).
[3] Tomoyuki Yamaguchi,et al. Interspecies organogenesis generates autologous functional islets. Nature (2017).
[4] Jun Wu,et al. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells. Cell (2017).
《賽先生》第二輪選題發(fā)布，期待你來創(chuàng)作！
數(shù)學里的自然底數(shù)為什么用e表示？
為什么說吃維生素片可能有害健康？
VR設備為什么會讓人產(chǎn)生眩暈感？
人類如何清除太空垃圾？
溫度可以改變動物性別，真的嗎？
我們?nèi)绾未_定宇宙大爆炸真的發(fā)生過？
科學家打算如何應對抗生素耐藥性？
“平行宇宙”究竟是怎么一回事兒？
如何科學地預測一份愛情能否長久？
科學家剛剛發(fā)現(xiàn)的“白矮脈沖星”究竟是什么星？
如果以上有你感興趣的選題，請迅速跟“小賽”（微信id：saixiansheng2017）微信聯(lián)系，也歡迎發(fā)郵件至 saixiansheng@zhishifenzi.com 與我們進一步溝通！
本頁刊發(fā)內(nèi)容未經(jīng)書面許可禁止轉(zhuǎn)載及使用。
投稿、授權等請聯(lián)系：saixiansheng@zhishifenzi.com
您可回復"年份+月份"（如201701），獲取指定年月文章，或返回主頁點擊子菜單獲取或搜索往期文章。
賽先生為知識分子公司旗下機構。國際著名科學家文小剛、劉克峰擔任《賽先生》主編。
我們相信，每個人都可以成為“賽先生”。
微信號：iscientists
▲長按圖片識別二維碼，關注我們
點擊“閱讀原文”，加入科學隊長
