異種移植最近發展
臺大醫院整形外科 戴浩志醫師
異種移植最近發展
異種器官移植（xenotransplantation），是將一種生物的器官移植至另一種生物身上的過程。從二十世紀初期起，就有醫師嘗試將動物的器官移植至人類，但動物器官都沒有長久存活。1964年，美國醫師Reemtsma報告了黑猩猩腎臟移植至人類的經驗；同年，美國醫師Starzl報告了狒狒（baboon）腎臟移植至人類經驗。1992年至1993年，Starzl醫師再進行了兩例狒狒肝臟移植至人類的手術，此兩例肝臟各自存活了70天及26天1,2。
異種移植後，最先見到的排斥反應是超急性排斥（hyperacute rejection），超急性排斥是造成異種移植器官衰竭的主因。超急性排斥是非常快速的排斥過程，是接受者體內的自然抗體（preformed natural antibody）和補體（complement），共同沈著在異種器官的血管內皮上所致。若器官接受者經過事先處置，使得超急性排斥不發生，則另一類型排斥會在數日，甚至數週後才發生，這種排斥稱為延遲性異種器官排斥（delayed xenograft rejection；DXR）。超急性排斥中，血管內皮細胞並沒有足夠時間產生新的抗體，但在延遲性異種器官排斥中，血管內皮細胞則有新的抗體產生。
豬在解剖構造及生理功能與人類極為近似，數量多，又無猿猴保育之問題，可為人類異種器官最佳的來源。不過，豬器官移植至靈長類的異種移植中，豬器官的存活率仍然受限於上述兩項排斥反應，一是移植後二十四小時內產生的超急性排斥，另一是移植後數日至數週產生的延遲性排斥，這二項排斥反應的來源，主要是來自於對抗Galα1,3Gal（Gal）抗原的抗體。而anti-Gal抗體的形成，一部份是在豬器官移植前就存在靈長類體內的自然抗體（preformed natural antibody），一部分是在豬器官移植後所誘發出來的抗體（elicited antibody）3,4,5,6。靈長類體內的anti-Gal自然抗體和豬血管內皮細胞Gal抗原結合後，會活化靈長類補體系統（Complement cascade），進而造成豬器官內小血管血栓（Thrombosis）的形成，也造成豬血管內皮細胞的分離，與豬組織間隙出血與水腫，最後造成豬細胞的損害7,8,9。
有幾項方法可以避免超急性排斥的產生，例如體外吸收抗體（extracorporeal antibody immunoadsorption）的方法來除去anti-Gal自然抗體10,11，或是將抑制人類補體活化的蛋白轉殖至豬血管內皮細胞上12。科學家產製了帶有人類基因的基因轉殖豬，這些基因轉殖豬可以在血管內皮細胞膜表現出上補體抑制劑，例如人類衰變加速因子（human decay accelerating factor；hDAF）；hDAF可抑制人類補體C3的活化，因而抑制人類補體系統的活化，以致可以減緩超急性排斥。由hDAF基因轉殖豬器官移植至狒狒之前臨床實驗，證實異種心臟移植者可維持30天以上、異種腎臟移植者可超過78天，移植之器官可克服超急性排斥反應。理想上，基因轉殖豬的血管內皮細胞上表現愈多hDAF，則豬器官用於人類做器官移植的希望愈大。
2003年後，galactosyltransferase（GT）基因剔除豬產製成功，使得豬器官移植至非人類靈長類，可以獲得較長存活，並且受贈者接受較少的抗排斥免疫治療10,11,12。GT基因剔除豬產製成功後，克服了Gal抗原所產生排斥問題，使得豬心臟移植至狒狒的存活率可提高至兩個月至六個月13,14，以及豬腎臟移植至狒狒的存活率提高至83天15。雖然GT基因剔除技術的進步，使得anti-Gal抗體的障礙獲得解決，但是豬器官在非人類靈長類存活的時間，仍然沒有長足的進步，表示其中仍有未知的排斥存在，必須再加以深入研究探討。
臺灣異種器官移植的發展，仍在基因轉殖豬與基因剔除豬產製階段，下階段是進行轉殖轉殖的功能測試。在國科會支持計畫，臺灣動物科技研究所（Animal Technology Institute； ATIT）已產製hDAF基因轉殖豬，第二型人類白血球表面抗原（human leukocyte antigen class II；HLA-II）基因轉殖豬、及血色質氧合酵素（heme oxygenase-1； HO-1）基因轉殖豬，可以克服超級性及減緩急性體液性異種器官排斥16,17。HLA-II基因轉殖豬之產製成功率在0.6 – 2 %。前臨床實驗中，豬淋巴球對人類淋巴球之混合淋巴球培養（MLC）及Primed Lymphocyte Test（PLT）中，發現所產製的HLA-DPW0401基因轉殖豬中，人類HLA-DP的抗原性，可完整表達在豬細胞表面，而相較於其他非基因轉殖同胞豬，HLA-DPW0401基因轉殖豬所引起人類周邊單核球(具HLA-DPW0401基因型者)的增生反應，有減少的趨勢，類似現象，也可發現於HLA-DQ與HLA-DR的基因轉殖豬細胞上，表示HLA-II基因轉殖豬引起之延遲性異種器官排斥程度減緩18。第二型人類白血球表面抗原(human leucocyte antigen class II, HLA-II)可調節T-細胞性之排斥反應，在臨床異體腎臟移植觀察中，只要外來器官和器官接受者間，有一個HLA-II相容（例如二者都有相同HLA-DR15），在短暫免疫抑制劑作用下，此異體腎臟移植成功率很高，並且往後可以不再使用免疫抑制劑。在迷你豬異體腎臟移植觀察中，亦有類似之結果。其理論基楚，在於的Linked supression19及Infectious Tolerance20產生；而Linked Suppression，是指器官接受者CD4+-T細胞對HLA-II產生Tolerance之後，可能可以對HLA-I等亦產生Tolerance；之後CD4+-T細胞產生的Tolerance，可以傳給其他CD4+-T細胞，稱為Infectious Tolerance。後續實驗是利用產製的HLA-DR+豬皮為材料，進行轉殖基因HLA DR15減緩異種移植排斥之研究。
目前，臺灣動物科技研究所（Animal Technology Institute; ATIT）也利用基因剔除技術，與核轉移（nuclear transfer）之動物複製技術，預備產製GT基因剔除豬。上述臺灣產製的基因轉殖豬，與預備產製的基因剔除豬，已由臺大醫院外科與成大醫院外科進行異種移植的前臨床實驗。
參考資料
1. Starzl TE, et al. Baboon to human liver transplantation. Lancet 1993;341:65-71.
2. Triulzi DJ, et al. Heteroagglutinins and their significance in baboon hepatic xenotransplantation. Transplantation 1995;60:127-131.
3. Galili U, Shohet SB, Kobrin E, Stults CL, Macher BA. Man, apes, and Old World monkeys differ from other mammals in the expression of alpha-galactosyl epitopes on nucleated cells. J Biol Chem 1988;263:17755–17762.
4. Good AH, Cooper DKC, Malcolm AJ et al. Identification of carbohydrate structures that bind human antiporcine antibodies:implications for discordant xenografting in humans. Transplant Proc 1992;24:559–562.
5. Cooper DKC, Good AH, Koren E et al. Identification of alpha galactosyl and other carbohydrate epitopes that are bound by human anti-pig antibodies: relevance to discordant xenografting in man. Transpl Immunol 1993;1:198–205.
6. Lambrigts D, Sachs DH, Cooper DK. Discordant organ xenotransplantation in primates: world experience and current status. Transplantation 1998; 66:547-561.
7. Cooper DKC. Xenoantigens and xenoantibodies. Xenotransplantation 1998;5:6-17.
8. Rose AG, Cooper DKC. A histopathologic grading system of hyperacute (humoral, antibody-mediated) cardiac xenograft and allograft rejection. J. Heart Lung Transplant. 1996;15:804–817.
9. Rose AG, Cooper DKC. Venular thrombosis is the key event in the pathogenesis of antibody-mediated cardiac rejection. Xenotransplantation 2000;7:31-41.
10. Xu Y, Lorf T, Sablinski T, et al. Removal of anti-porcine natural antibodies from human and nonhuman primate plasma in vitro and in vivo by a Gala1-3Galß1-4ßGlc-X immunoaffinity column. Transplantation 1998;65:172-179.
11. Kozlowski T, Ierino FL, Lambrigts D, et al. Depletion of anti-Gala1-3Gal antibody in baboons by specific alpha-Gal immunoaffinity columns. Xenotransplantation 1998;5:122-131.
12. Cozzi E, White DJ. The generation of transgenic pigs as potential organ donors for humans. Nat Med 1995;1:964–966.
13. Kuwaki K, Tseng Y-L, Dor FJMF et al. Heart transplantation in baboons using α1,3-galactosyltransferase gene-knockout pigs as donors: initial experience. Nat Med 2005; 11:29–31.
14. Tseng Y-L, Kuwaki K, Dor FJMF, et al. α1,3-galactosyltransferase gene-knockout pig heart transplantation in baboons with survival approaching six months. Transplantation 2005;80:1493-1500.
15. Yamada K, Yazawa K, Shimizu A et al. Marked prolongation of porcine renal xenograft survival in baboons through the use of gal-T knock out donors and the co-transplantation of vascularized thymic tissue. Nat Med 2005;11:32–34.
16. Tu CF, Lee JM, Sato T, Tai HC, Lee FR, Yang CK, Tsuji K, and Lee CJ., Expression of HLA-DQ Genes in Transgenic Pigs. Transplantation Proceedings 2003;35:513-515
17. Wang BT, Tu CF, Hsieh LJ, Tai HC, Chiu YL, Lee JM, Kuo SJ, Tsuji K, Lee CJ., Rapid Detection of Human HLA Transgenes in Pigs by Fluorescence in situ Hybridization (FISH) for Adjuvant Study of Human Xenotransplantation. Xenotransplantation 2004; 11:471-475.
18. Lee JM, Tu CF, Yang PW, Lee KH, Tsuji K, Tsai MK, Chen RJ, Hu CY, Hsieh RP, Tai HC, Chiang BL, Weng CN, Lee YC, Lee CJ., Reduction of human-to-pig cellular reponse by alteration of porcine MHC with human HLA DPw0401 exogenes. Transplantation 2002;73(2):193-197.
19. Waldmann H, Cobbold S. How do monoclonal antibodies induce tolerance? A role for infectious tolerance?
Annu Rev Immunol. 1998;16:619-44. Review.
20. Waldmann H, Adams E, Fairchild P, Cobbold S. Infectious tolerance and the long-term acceptance of transplanted tissue. Immunol Rev. 2006 Aug;212:301-13. Review.
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