人类首例异源心脏移植病人的可能死因

我们对轰动一时的人类首位异源移植仍然让记忆犹新, 当时美国马里兰大学的胸外科医生成功将猪心移植到人体，现在描述这个划时代手术的病例报告今天在《新英格兰医学杂志》上发表。

这位心脏病人当时不够任何人体器官移植手术的指征，心衰到左室射血分数只有10% (正常大于50%），但是他仍然拥有很强的求生欲望。不幸的是他在接受猪心60天后去世，其实在移植49天后，医生就明白己经救不活他了，剩余的时间只是维持他的生命。

这篇病例报告为我们提供了很多珍贵的科学资料，但是仍然没有完全揭示病人的死因。有一点是肯定的，那就是机体的免疫系统排斥了猪心脏，移植的心脏因为炎性反应产生的水肿增加了近一倍的重量。

马里兰大学的外科综合团队还是拥有进展的，从这个结果看他们突破了在移植后48小时发生的超级免疫排斥反应。这是通过几个措施实现的，首先他们去掉了猪的编码糖成份alpha-gal的酶基因GGTA1, 这是哺乳动物最常见的排斥抗原。他们也踢除了几个猪对人体组织会产生免疫反应的基因，以及控制猪心生长的生长激素受体的基因。

因为猪的相应蛋白的功能较弱，他们也导入了华大阿肯森教授参与发现的补体调节蛋白CD46和CD55 (DAF), 前者的蛋白与基因是阿肯森组发现的，后者的基因则是他帮助克隆的。Eric Brown研究组在华大发现的抗炎蛋白CD47也被导入猪心中，在这里的功能应该不是该蛋白拥有的“不要吃掉我“的信号。从这些用途可以看见圣路易斯华大医学院的实力，六个导入的人体蛋白，三个起源于这里。他们也导入了抗血栓形成的两种蛋白。

这些基因操作技术确实达到了效果，病人在移植后34天的组织活检几乎沒有发现异样的心脏组织结构，没有发现显著的补体活化以及出现血栓，所以他们认为没有出现超急性排斥反应。

但是在50天后的病理活检，他们发现心肌细胞坏死，间质水肿和红细胞迁出，仍然没有看见血管内的血栓形成。虽然在早期活检没有发现补体C3d和C4d在组织里的沉淀，但是病人在56天出现补体C4d沉淀，说明经典途经只在晚期才被抗体活化。

我们对具体机制还是不清楚，但是抑制补体活化、血栓和炎症反应这些超急性排斥反应的指征使病人活过了49天。他在移植后的48天还能自主坐在椅子上，与医护人员挥手，并且卧床109后首次下床。在49天时他的病情却直转而下，出现组织灌注不足后严重的酸中毒，血压下降，这些都是心脏泵力不足的表现。以后十几天都是靠生命支撑活着，医生决定放弃治疗，他在移植后第60天去世。

我们应该向敢为天下先的马里兰大学胸外科教授致敬，主刀医生是这篇论文的第一作者Bartley Griffith。我们更是敬佩这位57岁的勇敢的心衰病人，他也对人类做出了贡献。

我在刚实施手术时这样预测：“我认为病人应该活不了太久，因为这么大的器官抗原极其丰富，并且血供如此频繁，急性和慢性免疫排斥还会跟进的，人类对免疫耐受的知识仍然十分有限”，现在的结果正好应验。

如何分析病人的死因？总的来说仍然是我们对移植免疫的机理知之甚少。没有明确的机理，那些基因操作师们就无从特异性地踢除基因，我们知道涉及免疫反应的因素非常复杂。

医生科学家们虽然对抗早期超急性排斥反应找到一些对策，但是他们对免疫识别后的相对慢性的反应仍然是束手无策。因为他们对涉及MHC和淋巴细胞介导的免疫反应的基因几乎没有做编辑，这是免疫系统最终排斥移植物的关键。

第二个可能的死因应该是过度免疫抑制所导致的感染，病人在移植后就因为使用抗体或其他药物处于免疫抑制状态。他的外周血中测不出T和B淋巴细胞，所以医生还必须给他预防真菌感染的药物。

如果说他的肺部感染可能是因为他的左心衰造成的，但是他在体循环正常的情况下，在移植后的第12天就出现了消化道或腹腔的大肠杆菌和真菌的感染。这显然是免疫抑制所导致的结果，因为他在移植前就使用抗CD20的抗体清除了B细胞。

最后就是从猪身上的病毒带到了病人中，医生科学家在病人组织里测出了猪巨细胞病毒（pCMV), 以及至少三种其他猪病毒-PERV-A, PERV-B, PCV3。这是当年将阿肯森教授的千万美元的CD46转基因猪计划关闭的重要原因，因为当时发现猪组织里含有逆转录病毒。

让我讲些昨天与阿肯森聊这个病例的好玩的事。霍普金斯当年是淘汰制的，表现欠佳或在后面的住院医生会被要求离开，华大内科的老系主任就是从霍普金斯被赶到马里兰大学的。

阿肯森说当年申请住院时，他首先将霍普金斯排除在外，这在当年霍普金斯那么强势时特别不容易。因为他们听说，你去霍普金斯做住院医必须住离医院很近的地方，不仅住院医生来回医院和宿舍需要警卫护送，甚至太太们去周围的杂货店都需要警卫送。

同济校友和霍普金斯老爸也证实到：“上上周晚餐时间女儿与实验室的人一起去医学院附近街道上的餐馆吃pizza ，之后走路去公交车站到回住处的全程手机与她妈连线，生怕意外发生。哀！这是美丽间吗？”

阿肯森在麻省总医院做住院医时，他们在哈佛的规矩是把那些令人讨厌的或obnoxious 的哈佛医学生送到霍普金斯去。其中有一位高年级的哈佛医学生就去了霍普金斯，这家伙在临床病案讨论会（CPC）上侃侃而谈，貌视自己十分聪明，因为大家都知道CPC的病案对听众是保密的。但是这个病例正好是阿肯森的病人，他知道这个哈佛学生是事先看过病例的，他就这样耍了滑头或做假。MGH的CPC病例传统上是会在New England杂志发表的。

当年MGH内科共招了16人住院医，8个来自全美各地，8位是哈佛自己的毕业生。阿肯森回忆要他的原因是因为他的堪萨斯大学医学院高班的校友在MGH的表现优异。洛克菲勒免疫学家Ralph Steinman在MGH是阿肯森的总住院，他因发现树突状细胞在去世后二天获得诺贝尔奖；NIH前院长Bernadine Healy则比阿肯森低1-2届。

可以看我以前文章进一步了解。

从猪心移植到人的突破想到美国身边的故事 （2022-01-18 15:24:35)-雅美之途


美国人采取冒险行动将应用CRISPR敲除诱导免疫排斥反应的基因的猪心脏，移植到人身上获得成功，这是人类异种移植的里程碑突变，在美国老牌医学院马里兰大学医学院获得成功。

美国医学总能给人惊喜，无论是在超级名牌哈佛、霍普金斯或圣路易斯华盛顿大学，还是研究型州立大学的马大或科罗拉多，因为美国研究型大学都有很多世界级的实验室和研究项目。这也是我经常对学生说的，只要你在美国旗舰类州立大学读好书，照样会前途无量。

这里顺便再谈我的一个理论：本科院校代表智力，研究生学历代表努力的程度，两者对于人才的成长都重要。如果家境贫寒，本科学历可以稍微差些，有时甚至可以完全包容与原谅。在中国还有一个例外，那就是高考发挥失常的学生，我就是其中一个例子。我是读北大本科的潜能但是高考没考好才读了同济，我当时的省特级数学老师龚延华预测我考上武大数学系应该没有问题，这在打进USAMO的儿子身上得到了证实，虽然我现在只会加减乘除。

具体情况可见我的五年前的博文：“这国内的高考有多么坑人就别提了，我当年的情况与侄子完全相反。当年在高考前一个多月，全武汉市有个相当规模和难度的预考，湖北的考试以竞争激烈著名。我在那预考里为我们这所省重点中学的第一名，比第二名多出四十多分。妈妈这次说当年我是山北区的所有考生里的第一名，这我还是第一次听说，山北区是指武昌的蛇山以北，查了地图发现可以是从武昌沙湖直到青山区。我以为高考发挥正常应该可以考上北大等相当著名的大学，结果发挥完全失常只能去读医学院。我们现在已经有些不尽人意的高中母校武汉市第十四中学为前武大附中，我在校时十四中相当不错，我的数学、语文、英文和历史老师全是武大文革前的毕业生。当年华师一附中远没有现在这么吃香，我们学校几位像我这样中考分数过华师一附中的分数线的都不去读，因为觉得自己学校就不错”。

移植技术应该不是问题，我同班同学董念国主任是世界上做心移植最多的外科医生。大年三十都在做手术，我们再辛苦都没有老同学辛苦。

这里是外科医生冒险出名，但是真正应该祝贺的是美国的基础科学家以及以此为生的美国很多小的生物技术公司，他们到处都是，淘汰率很高，但是一旦获得突破回报也惊人。他们使用基因编辑踢除了至少十个以上的基因，几个是可能诱发免疫排斥反应的基因，另外还有涉及猪心在人体中生长的基因，害怕它长得太大。这里的重大贡献者是哈佛的George Church, 他的实验室和公司发明的技术可以同时踢除多个基因。

可以去听主刀医生Bartley Griffith的采访，很decent，病人己经脱离ECMO，似乎度过了最难熬的所谓超速免疫排斥期。57岁的病人如果不做移植，没有从医院活出来的可能。他明确表示接受移植手术最主要的原因是自己想活，如果不行也愿意让医生们学习与进步后贡献给后面的病人，主刀医生谈到此刻时格外令人感动。我在谈及美国对新冠的贡献时还忘了说ECMO也诞生在美国，发明人Robert Bartlett是密西根大学医学院毕业的，美国对人类的贡献太广泛了。

猪心移植还要等几个月才能判断是否成功，现在病人己经可以下床走路了。我认为病人应该活不了太久，因为这么大的器官抗原极其丰富，并且血供如此频繁，急性和慢性免疫排斥还会跟进的，人类对免疫耐受的知识仍然十分有限。但是在马大做研究的华裔外科医生向朋友透露：“主要是心外科医生们的功劳。关于排斥反应不知道撒，反正我们实验室的猪心原位移植到狒狒最长活了264 天—目前是世界纪录保持者[Smile]”

又要说到阿肯森，他在80年代发现了能够抑制补体活化的基因与蛋白CD46, 也参与克隆了补体膜蛋白DAF和CR1的部分基因，补体活化是移植后的急性排斥反应的原因之一。英国要去克隆的基因，做出了CD46转基因猪。隔壁美国院士和Bcl-2发现者Stan Korsmeyer家里是伊利诺的养猪专业户，Stan曾经找到阿肯森让他为自己父亲留点好的转基因猪种。阿肯森、Stan Korsmeyer 和Tim Ley仨华大院士的照片总在阿肯森办公室最显著的位置，他们都是美国农民的后代。

英国方面邀请阿肯森和丹尼斯去伦敦时是皇家待遇，因为害怕动物权力组织刺杀他们。阿肯森有点受歧视的爱尔兰人老肯尼迪担任美国驻英大使的感觉，因为他给过现在英国当教授的前苏格兰博后自己家族在英国移民前的住址。那博士后研究一番后告诉他：“很遗憾，你家先辈在一个很差的区”，阿肯森还不服气，问好人都住在哪里？博士后说：“不远，但是你家所在地坏人比较多”

虽然英国为转基因猪总共投资了几千万英镑，但是仍然因为怀疑动物存在逆转录病毒以及其他疗效原因而告吹，FDA更多考虑的是器官存活的疗效。我今天专门问了阿肯森，他们当年也只能在大动物异种移植中维持4个月左右，当时是做的猪肾移植。转基因猪还在瑞士和斯坦福供实验用，因为猪器官与人的大小相似，可以用于移植操作和实验研究。

阿肯森有几次发大财的机会，不是时机不成熟，就是主动放弃。离开华大是十分难做的决定，对我们都是如此，今天哈佛教授受邀来做报告都相当激动。

随便查查，当时阿肯森的名字也是《纽约时报》满天飞的，圣路易斯报纸也是大量跟踪报道，人类太需要替代器官用于器官移植了。随便引用一点《纽约时报》在九十年代曾经采访阿肯森的报道，不懂英文的读者只好查字典了。

“Dr. John Atkinson, of the Washington University School of Medicine in St. Louis, one of the discoverers of the body's "complement" proteins, which protect it against its own immune system, said that the new report was "important, and they deserve to be congratulated.". “They have the proof of the concept" that controlling the complement system may permit species-to-species transplants, he said.”。

当时导致英国人关闭自己几千万英镑转基因猪的原因，就是因为在猪器官中探测到了逆转录病毒片段。现在可以通过CRISPR 把逆转录片段拿掉了，这个要细看文章才能明白。但是猪里的补体调节蛋白仍然不能抵抗人的补体活化，所以还是存在人体补体攻击移植器官的问题。

让我转换成英文谈点美国人吹牛的技巧：

Duke's former Pediatrics Chairman the late Michael Frank was John Atkinson's mentor. Michael said to John when we were in a meeting in New York: "Hey, John, we were on the top of the world before, you remembered that".

They found C4 deficient guinea pigs that still have complement activity, paving the way for discovering the alternative pathway of complement activation.