走近器官異種移植新星楊璐菡博士的科研歷程

　　豬即將作為人類救生器官的供體來源！What？普通民眾表示驚掉了下巴，當然這不是肉眼凡胎能看到的，這不怪你們……，美女科學家楊璐菡的大腦回路吃瓜群眾看不懂。

　　當異種胰島移植治療Ⅰ型糖尿病臨床研究獲得重大突破，成功將醫用供體豬的胰島移植到I型糖尿病患者身上時，你看到的還只是豬肉嗎？是數以萬計的豬肝臟和豬腎，甚至可能是心臟和肺部。

　　但是豬器官向人移植的研究之路并不那么平坦。上世紀90年代，豬器官移植研究在歐美很熱，一些大藥廠也投入巨資，希望解決豬器官的人體排斥問題，但是沒想到的是，豬的基因組里存在內源性逆轉錄病毒，異種器官移植的臨床試驗被明令禁止，相關研究也停滯下來。這是一個被科學家擱置的領域。

　　楊璐菡曾坦言，剛開始對此也是持質疑態度的。但是，深入學習后了解和認可了異種器官的邏輯。她告訴STAT（生物醫藥資訊網站），在中國有200萬人需要器官移植，器官移植手術影響了全球數百萬人的生命，然而，能夠用以移植的器官數量卻非常有限，死神往往比可移植的器官更早到來，奪走患者的生命。據估計，在2016年，每天都有22名患者在等待器官移植的過程中死去。這一事實深深觸動了楊璐菡。

　　作為哈佛研究生，楊璐菡是2013年突破性基因組編輯技術CRISPR-Cas9研究的主要作者。她師從 “基因編輯大牛”美國科學院與工程學院雙料院士George Church教授。2015年，她與George Church共同創辦了一家生物技術公司eGenesis，他們還曾試圖通過遺傳學家來重塑冰河時代的巨型猛犸象。盡管eGenesis只是肯德爾廣場的的一個小型公司，但她打算使用CRISPR技術來實現豬異種器官移植到人體。

　　Church說：“璐菡是一個了不起的人，她就是一個自然的力量。”

　　對于豬器官移植這個問題，不管是過去還是現在都存在著令人生畏的障礙。和eGenesis面對的這些，感染和異種器官排斥的老問題似乎顯得很奇怪。

　　eGenesis使用CRISPR技術所面臨的巨大挑戰是前所未有的基因數量，包括優化哺乳動物的克隆，但這不會影響供體豬的生存能力，也不會引入異常編輯。還需要考慮公司如何創造供體豬，并說服投資者和醫生，異種移植是安全有效的，符合倫理和利潤豐厚的。

　　值得高興的是，eGenesis的首席科學家楊璐菡在科學和金融領域已經取得了巨大的進步。在2015年，在 Church的實驗室里，她和同事們使用CRISPR從豬細胞中除去了62個基因，從而消除了豬基因組里潛在的危害，這使得他們更加努力將豬轉化為器官捐贈者。

　　上個月，eGenesis宣布獲得了3800萬美元的融資。有望利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，攻克人類器官移植的一大難題。那么接下來的下一個障礙是如何得到代孕母豬（轉基因胚胎）生出健康的小豬。

　　馬薩諸塞州總醫院移植手術主任James Markmann博士說：“她的工作有可能改變移植的現狀，挽救無數的生命。

　　楊璐菡不僅很有信心成功，她也將eGenesis的異種工作視為一種更加大膽的目標的試運行。在2016年，她幫助構想了人類基因組編寫計劃，其目標包括從現成的部分組裝合成人類基因組，因為這樣可以制作比自然更好的基因組。為什么不呢？

　　一開始她就在思考，“我們能使人類基因組抗癌嗎？或使其帶有病毒抗性……現在有一個很好的機會，異種這個概念可以告訴我們在基因組工程之后，人類會發生什么。

　　但是，如果eGenesis想要成功制造出異種移植供體豬，先不用說為后人的研究鋪路，楊璐菡現在急需解決的是代孕豬的流產問題。

　　大量的遺傳特點

　　在3月一個寒冷的早晨，楊璐菡和 Church以及公司的六位員工舉行了每月例會，了解供體豬研究進展的更新情況。

　　生物學家Marc Guel告訴楊璐菡，這個月的重點是“代孕母豬”并沒有使胎兒感染PERV（豬內源性逆轉錄病毒），這是至關重要的，因為這個具有傳染性的豬內源性逆轉錄病毒可能導致腫瘤，白血病，如果移植到患者中，則會出現神經元變性。為了使異種移植成功，PERV必須敲除。

　　據了解，內源性逆轉錄病毒是嵌在細胞內基因組的病毒，在豬身體里面不會有毒性。但當豬的細胞和人的細胞接觸時，這種病毒會從豬的基因組“跳”到人的基因組中。異種病毒傳播最典型的例子就是艾滋病病毒（一種逆轉錄病毒）從靈長類動物傳播到人類，至今還沒有有效徹底的醫療方法防御和清除艾滋病毒。因此，豬基因組的內源性逆轉錄病毒成為人體移植利用豬器官面臨的一個重大醫療風險問題。

　　由于PERV基因與豬細胞的基因組交織在一起，所以eGenesis科學家使用CRISPR-Cas9技術來進行操作，CRISPR-Cas9使得編輯生物的基因組變得如此簡單，以至于高中生都可以做到這一點。然而，如果eGenesis在豬成纖維細胞中是結締組織細胞，則需要更多的專業知識來一次去除幾十個PERV基因。

　　eGenesis將這些細胞批次運送到中國，其中每個de-PERV的豬細胞與已經去除其自身DNA的豬卵細胞進行了融合。現在只含有無PERV的基因組的卵細胞進行分裂和倍增，開始孕育胎兒的過程。（這種成熟細胞+卵細胞的技術曾經用于克隆多莉羊。）將胚胎植入代孕母豬，如果一切進展順利，114天后這些小豬就出生了。不幸的是，一切并未如愿。

　　清除PERV基因的工作只是eGenesis改變豬基因組的開始。楊博士在接受采訪時表示，科學家們在豬的卵細胞中引入多達12個人類基因，是為了使豬的臟器更接近人類。她說，一個基因將會屏蔽其器官免受人體免疫系統的攻擊，另一個將改革其凝血系統，以減少血塊的風險。

　　一只小豬就需要處理大量的遺傳特點，而且早期跡象可能太多了。

　　楊璐菡說：“一批胚胎都死亡，可能是因為染色體被遺傳變化或實驗室操作所擾亂。”同時她表示另一批次也有很多發生了流產現象。

　　科學家在3月份的會議上指出，還有其他問題。有時PERVs在胚胎植入代孕母體之前被發現。從豬的卵細胞中去除細胞核并不總是完整的；遺傳分析顯示，一些卵子自身的PERV感染基因仍然存在，所以從它生成的的胚胎中也含有PERVs。

　　我們如何快速修正這個問題？她說：“也許我們應該暫停一下，尋找其他解決方案。最好弄清楚問題來自哪里，那么我們就再也不會有問題。”

　　時間很短暫

　　問她關于異種移植的倫理問題，她會馬上告訴你有三個，然后詳細說明一下。問她什么特征構成了“創業精神”，她會說有四個，然后把它們一口氣說出。他的同事說：“她有一個處理問題的訣竅，就是將其分解成一個個可控的步驟。”

　　她語速很快，討厭等待，同時也期望者別人能夠跟上她的速度。同事表示她性子很急。生物學家Dong Niu之前在Church實驗室工作，現在在eGenesis公司任職，最近一次陪同楊璐菡找公寓，Dong Niu說：“我甚至不能看到，她的步伐快的如此驚人。”

　　曾經有一次，當收拾eGenesis以前的辦公室時，一直在等待搬運工激怒了楊璐菡，以至于把她的電腦和其他物品放在兒童的玩具車上，飛一般的離開了。

　　甚至在度假時，楊璐菡也在夏威夷附近的地方進行快速的噴氣式滑雪。一回到家，她和朋友、同事一起吃晚餐，唱卡拉OK。

　　她敦促同事完成任務包括分析DNA編輯，檢查細胞活性，當她要求同事解釋科學細節時，她說：“我們的時間有限，請說重點。”

　　而同事們并沒有因此感覺不舒服，相反卻贊美她，表示楊博士是在鼓勵他們，為她的工作帶來“熱情”和“焦點”。Dong Niu說：“不管何時，只要你有問題，她都有一個答案，幾乎每次在你想出來之前。”

　　同事還提到她的好意，在悶熱的夏季的一天，嬌小的楊璐菡把一個閑置的空調從劍橋街搬到eGenesis的辦公室，這段平時步行就需要30分鐘的路程。并把它放在一個沒有空調的同事的桌子上。

　　楊璐菡在中國西南地區的一個小城鎮出生長大。她的父母是普通的工人階級，她告訴STAT，她的父親是一名政府雇員，她的母親是會計師。

　　她的家鄉以代表智慧的中國佛教命名。她說：“因為我們的山上有很多寺廟，而且我年輕的時候，對自然非常著迷。我認為這影響了我的職業發展道路。”

　　2004年，作為高中畢業生，她被選為中國代表赴澳大利亞參加第15屆國際生物學奧林匹克競賽，競賽內容包括對生物學理論的書面測試和實驗室技術的實際測試，不負眾望，楊璐菡榮獲金牌，并被北京大學生命科學學院點招。

　　因為她在國際生物學奧林匹克競賽中學習了所有東西，所以在北大的時候她主修心理學和生物學。她解釋說：“選擇心理學，是因為我認為人的思維非常迷人。”不過后來她表示沒有深度學習而感到很遺憾，因為她發現，可以學習商業，可以學習免疫學，但是如何激勵人們，如何管理不同利益的人是她轉型中最困難的一部分。

　　2008年，楊璐菡進入哈佛大學研究生院，在她加入Church的實驗室之前，她轉過三個實驗室。她說：“這是一個速成課程，不僅僅是在生物工程領域，再成功方面同樣適用。我認為80年代的中國人，比如我自己，非常積極樂觀，有時候我覺得我們都想成功并為此去找成功的捷徑，因為在中國（學術成功）的競爭太激烈了。

　　楊璐菡表示她在哈佛看到了不同的“世界觀和價值體系”，她說：“這使得我的想法更開闊，重新評估我想要做一個什么樣的人，我想回報社會。”

　　敢于think bigger

　　楊璐菡從Church的實驗室門口跌跌撞撞的跑出來，因為英語比較差幾乎沒有參加博士資格考試，這是她遇到的第一次學術挫折。楊璐菡說：“Church向委員會請求讓我通過這次考試，他表示會花更多的時間對我進行英語培訓。”

　　楊璐菡說：“人們認為異種可以解決器官短缺問題，但他們低估了有多少基因需要被編輯。”

　　曾一度熱爆的豬器官移植因為發現豬的基因組里存在內源性逆轉錄病毒，異種器官移植的臨床試驗被明令禁止，相關研究被擱置了15年。”

　　她表示創立eGenesis的動機不僅是因為科學也是文化。中國長期以來一直被全球移植外科醫生所忽視，因為國外使用囚犯作為捐助者，但這被認為是違背道德的，因為犯人可以被強制。而中國的傳統是人們必須被埋葬或火葬完整，楊璐菡說：“正是沒有器官捐贈文化，中國外科醫生感到非常沮喪。他們的目的是挽救病人，但是由于這些原因，他們被移植社區邊緣化。”

　　她說她感到自己有“強烈的責任感”來幫助數百萬人可以再中國進行器官移植：“我作為中國科學家，能夠為中國和世界潛在地解決巨大醫療護理和社會問題的事情，我覺得這是很榮幸的。”

　　自2013年以來，有數百個實驗室都在使用CRISPR進行研究，大多數實驗一次改變了一個或兩個基因，最多五個。但楊璐菡卻是如此大膽，揚言：“要清除所有的PERV基因，這需要十倍的改善。但是，如果我們能夠做到這一點，影響將是巨大的。”

　　此前，大多數的基因改造都是一個基因層面上的修改，CRISPR-Cas9的最高紀錄也就是一次改造6個基因拷貝。而在豬細胞中，一個細胞有62個拷貝的內源性逆轉錄病毒基因需要修改，并且必須保持基因組的完整性。“這是一個非常艱巨的任務，”她說，“即使在2014年波士頓大雪封城，全城交通癱瘓的一個星期，我們的隊員仍花幾個小時步行到實驗室，繼續開展實驗。”在2015年，Church實驗室宣布，在實驗室培養皿中生長的豬腎細胞中，CRISPR已經敲除了62個PERV基因。這是一個記錄，而且它仍然在繼續。

　　楊璐菡說：“George總是鼓勵我要更大膽的思考。”

　　推動技術局限

　　她決心要使異種器官移植取得成功，楊璐菡認為“這為我推動基因組技術的局限打開了一扇門。”她解釋說，一方面，異種移植需要大規模的基因組工程，除了敲除相對容易的PERV，還需要將大量的人類DNA插入到供體豬基因組。楊璐菡表示，目前我們敲除大片段DNA的能力仍然有限。

　　研究如何在豬身上做這項工作，可以指出，如何將抗癌基因p53添加到一個人的基因組中。她說：“這就是為什么我喜歡異種移植，因為這是一個幫助我們評估技術的平臺。”

　　然而，楊璐菡在她大膽的設想上遇到了阻礙。在2015年的故事《Technology Review》把她描繪成一個探索如何使用CRISPR工程定制完美嬰兒，并將DNA遺傳給下一代。楊璐菡和Church表示她沒有這樣做，這個烏龍事件其實是因為楊的英語表達能力而造成的誤解。Church說：“這可能是楊的第一次采訪。”

　　當時的情況是，楊璐菡為“豬基因組工程”畫了她在人類種系項目上工作的圖片，當時她剛剛學習了人類卵母細胞。

　　后來雜志在一份聲明在表示，《Technology Review》講述的故事是：“楊璐菡很清楚地向我們展示了編輯人類種系細胞的計劃，并沒有嬰兒參與。

　　楊璐菡沉浸在異種移植的倫理問題上，但并沒有放慢她對可移植豬臟器官的追求。有學者認為，相比動物，更加重視人的生命是道義上的錯誤，楊璐菡反駁道，每天都有這么多人吃豬肉怎么解釋？是啊，好像很有道理的樣子！

　　至于“playing God（扮演上帝的角色）”，以基因組編輯的方式改變豬是不道德的論據。她說：“最高的道德標準是人的生命。我認為這是一個個人選擇，無論你選擇使用豬器官進行移植還是選擇死亡。但你不應該阻止別人使用它。”

　　到3月初，eGenesis的兩頭豬胎兒快要出生了，楊璐菡說：“我們檢查了基因型，感到很驚訝，因為胎兒（代孕母豬）中百分之百沒有PERV。”

　　楊博士已經為成為一個驕傲的母親做好了充分的準備：“我覺得這是我們的時代”。