Nature Medicine：跨越物种的呼吸——一枚猪肺在人体胸腔内的九日奇航

终极挑战：为何肺是异种移植中最难啃的硬骨头？

在异种移植的版图上，心脏和肾脏已经率先取得了令人瞩目的进展，但肺移植始终是一个公认的难题，被视为“终极挑战”。这并非偶然，而是由肺这个器官本身复杂而独特的生理特性决定的。

首先，肺拥有一个极其巨大的血管内皮表面积。想象一下，如果将肺内所有的毛细血管铺展开来，其面积接近一个网球场。当猪的肺被植入人体后，受体血液中的免疫细胞和抗体就如同潮水般涌入这个巨大的“战场”。每一个猪的血管内皮细胞都可能成为攻击的靶点。相比于结构相对简单的肾脏或心脏，肺为免疫系统提供了一个更为广阔的攻击界面，使得免疫排斥的风险被指数级放大。

其次，肺是一个“开放”的器官。它不像心脏或肾脏那样被包裹在体内的无菌环境中，而是时刻与外界空气直接接触。这意味着它必须不断面对空气中数以万计的细菌、病毒和其他微生物。这种持续的暴露不仅增加了感染的风险，也使得肺的局部免疫环境异常活跃和敏感，任何风吹草动都可能引发剧烈的炎症风暴。

最后，肺对缺血-再灌注损伤 (ischemia-reperfusion injury) 极其敏感。在移植手术中，器官会经历一个短暂的缺血期（即离开供体但尚未植入受体、没有血液供应的阶段），然后在与受体血管吻合后恢复血流，这个过程就是“再灌注”。对于娇嫩的肺组织而言，这个过程往往会引发严重的损伤，导致一种被称为“原发性移植物功能障碍” (primary graft dysfunction, PGD) 的凶险并发症。PGD就像一场突如其来的海啸，迅速导致肺部水肿、功能丧失，是肺移植早期失败的主要原因。

正因为这三座难以逾越的大山，肺的异种移植之路才显得格外崎岖。任何尝试都必须同时应对免疫系统的猛烈攻击、外界环境的持续威胁以及手术本身带来的生理创伤。这次研究，正是对征服这座高峰的一次勇敢尝试。

“六边形战士”：打造一枚能够“欺骗”人体的猪肺

要让猪的器官在人体内存活，首先要解决的就是免疫系统这个“边境检查官”的识别问题。人体的免疫系统经过亿万年的进化，能精准识别“自我”与“非我”。猪细胞表面的分子，在它看来就像是挂着“外来入侵者”标签的霓虹灯，会立刻触发猛烈的攻击，这便是“超急性排斥反应” (hyperacute rejection)，能在数分钟到数小时内摧毁移植器官。

为了让猪肺能够“潜入”人体，研究人员选择了一头经过六项关键基因编辑的中国巴马香猪作为供体。这次的基因改造堪称巧妙，既要为猪肺披上“隐身衣”，又要为其装备“和平盾”，让它成为一个能攻能防的“六边形战士”。

第一步：穿上“隐身衣”，抹去三种最显眼的猪类抗原。研究人员通过基因敲除技术，精准地“关闭”了猪基因组中的三个关键基因：GTKO、B4GalNT2KO 和 CMAHKO。这三个基因负责合成猪细胞表面的三种主要聚糖抗原（α-Gal、SDA 和 Neu5Gc）。这些聚糖分子是引发人类免疫系统超急性排斥反应的“元凶”。敲除这三个基因，就相当于抹去了猪细胞表面最显眼的“外来者”标记，让猪肺在第一时间就能避免被免疫系统识别和摧毁。这是成功的第一步，也是最关键的一步。

第二步：装备“和平盾”，植入三种人类“护身符”蛋白。仅仅隐身还不够，因为免疫系统的侦察网络远比我们想象的要复杂。即便躲过了第一轮攻击，后续的免疫反应，如补体系统 (complement system) 的激活和凝血系统的异常，依然是巨大的威胁。补体系统是免疫防御的“快速反应部队”，一旦被激活，就会在器官血管内造成毁灭性的破坏。为此，研究人员向猪的基因组中“写入”了三个人类基因，使其能够表达三种人类的保护性蛋白：CD46、CD55 和血栓调节蛋白 (TBM)。CD46 和 CD55 是人类自身的补体调节蛋白，它们的作用就像是“停火信号”。而人类血栓调节蛋白 (TBM) 则扮演着“交通警察”的角色，可以有效维持猪肺血管内的血液通畅，防止致命的微血栓形成。

通过这“三减三加”的巧妙设计，这枚猪肺被改造成了一个高度“人化”的器官。它不仅学会了隐藏自己，还掌握了主动安抚和保护自己的能力。正是这位“六边形战士”，才有资格去挑战人体内复杂而严苛的环境。

第一口呼吸：一个喜忧参半的开局

2024年5月15日，这枚经过精心改造的猪左肺，被移植到了一位39岁的脑死亡男性捐献者的胸腔中。手术过程顺利，当血管夹被松开，来自受体的血液涌入猪肺时，在场的所有研究人员都屏住了呼吸。

激动人心的时刻到来了。猪肺的颜色迅速从苍白转为健康的粉红色，它开始在受体的胸腔内自主呼吸。超急性排斥反应，那头最凶猛的拦路虎，没有出现。这直接证明了基因编辑策略的成功。研究人员立刻对流经猪肺的血液进行了血气分析，结果令人振奋：在仅吸入40%浓度氧气的情况下，从左肺静脉抽取的血液中，氧分压达到了100毫米汞柱。这表明，这枚猪肺不仅活着，而且在高效地执行其核心生理功能——为血液充氧。在最初的几个小时里，一切似乎都完美得令人难以置信。

然而，平静很快被打破。移植手术24小时后，危机初现。胸部X光片显示，原本清晰的左肺影像开始变得模糊，透明度显著下降。随后的CT扫描揭示了更严重的问题：移植肺的背部区域出现了大片实变，这是肺组织被液体填充的典型表现，意味着严重的肺水肿。这个状况与临床上常见的原发性移植物功能障碍 (PGD) 的表现极为相似。这个喜忧参半的开局预示着，接下来的道路将是一场硬仗。猪肺虽然成功地在人体内开始了呼吸，但它面临的生存挑战才刚刚开始。

免疫系统的反击：一场长达九天的拉锯战

度过了最初的24小时危机后，真正的战斗才拉开序幕。虽然超急性排斥反应得以避免，但人体的适应性免疫系统 (adaptive immune system) 已经从最初的震惊中反应过来，开始集结更具针对性的“特种部队”——抗体和T细胞，对这个外来器官发起持续的攻击。研究人员为此部署了强大的免疫抑制方案，试图为猪肺建立一个“保护圈”。

一场抗体介导的“精准打击”。在术后第3天 (POD 3) 和第6天 (POD 6)，研究人员对移植肺进行了活检。显微镜下的景象揭示了免疫系统猛烈的反击。在肺泡壁上，可以观察到明显的免疫球蛋白G (IgG) 沉积，它们呈现出线性或团块状的形态。这是抗体介导排斥反应 (antibody-mediated rejection, AMR) 的直接证据。血清中的数据也印证了这一点。从术后第3天开始，针对猪细胞的特异性 `IgG` 抗体水平持续上升，在第7天达到一个平台期。这清晰地描绘出一条免疫系统从识别、反应到发起攻击的时间线。

补体系统的“连锁爆炸”。与 `IgG` 抗体的攻击相伴而生的，是补体系统的激活。活检组织染色显示，补体激活的标志物 C4d 在术后第3天开始出现，到了第6天和第9天，其沉积变得更加显著和广泛。尽管猪肺自身表达了人类的补体抑制蛋白，但在强大的抗体攻击面前，这道防线显然不足以完全抵御。

在风暴中寻找平衡：一线希望的闪现。尽管免疫系统的攻击异常猛烈，但在强大的免疫抑制药物的压制下，战局并未完全失控。到了术后第9天 (POD 9)，研究人员观察到了一些积极的变化。与第6天相比，肺组织中的 `IgG` 沉积有所减少，病理损伤的程度也出现了肉眼可见的减轻。更重要的是，这种微观上的改善也反映在了器官的宏观功能上。胸部X光片显示肺部的水肿情况有所好转，肺的顺应性和血气交换功能也得到了改善。这说明，尽管经历了持续的免疫攻击，这枚猪肺依然顽强地维持着其生理功能。

看不见的敌人：跨物种感染的幽灵

在异种移植的讨论中，一个始终萦绕不去的担忧是“跨物种感染”，即人畜共患病 (zoonosis)。其中，最受关注的便是“猪内源性逆转录病毒” (porcine endogenous retrovirus, PERV)。`PERV`是整合在猪基因组中的病毒序列，代代相传，就像是猪细胞中潜伏的“幽灵”。

在这项研究中，研究人员从一开始就选择了 PERV-C 阴性的猪作为供体来源，从源头上降低了风险。在整个216小时的监测期间，他们对受体的血液和移植肺组织进行了持续的、高灵敏度的检测。结果令人安心：在所有测试的样本中，`PERV-C` 始终为阴性。

除了 `PERV`，研究人员还对一系列已知的猪病原体进行了筛查。移植前，他们在供体猪的肺中检测到了低水平的猪淋巴趋向性疱疹病毒-1 (`PLHV-1`)。然而，在移植后，他们仅在受体的血液中检测到了一个 `PLHV-1` 的DNA序列片段，而在移植的肺组织中则完全没有发现。这表明病毒并没有在受体体内发生增殖或建立活性感染。更有力的证据来自受体的全身炎症指标，如降钙素原和C反应蛋白，呈现出持续下降的趋势。这九天的监测结果，为异种移植的生物安全性提供了重要的初步证据。

旅程的终点：这九天，我们究竟学到了什么？

在成功运行216小时后，根据捐献者家属的意愿，这项实验被终止。这枚猪肺的九日奇航虽然画上了句点，但它为人类医学探索留下的航标却异常清晰和深刻。它不是一个简单的“成功”或“失败”的故事，而是一份详尽的、充满启示的实验报告。

我们确认的胜利：首先，这项研究有力地证明，通过“三减三加”的六基因编辑策略，我们可以成功规避猪-人器官移植中最为凶险的超急性排斥反应。其次，它证实了经过基因编辑的猪肺，能够在人体复杂的生理环境下维持关键功能长达九天。最后，在生物安全方面，这项研究提供了一个积极的信号，`PERV`在内的猪病原体在短期内并未对受体构成实质性威胁。

我们直面的挑战与思考：然而，这次旅程也让我们对前方的险阻有了更清醒的认识。抗体介导的排斥反应，是未来必须攻克的最大难关。这不禁让我们思考：我们是否需要编辑更多的基因？此外，原发性移植物功能障碍 (PGD) 的问题依然突出，如何更好地保护肺脏免受缺血-再灌注的损伤，将是决定移植早期成败的关键。最后，我们必须认识到，这只是在一位脑死亡捐献者身上进行的临床前研究，它与真正应用于活体患者之间还有很长的路要走。

这枚猪肺的九日奇航，是一次伟大的探索。它就像一艘深入未知海域的探测器，带回了宝贵的航海图。它标出了安全的航道，也醒目地标注了危险的暗礁。它告诉我们，跨越物种的呼吸之梦，或许比我们想象的更近，但通往那片大陆的航程，依然充满了挑战与未知，需要更多的智慧、勇气和探索。