科學(xué)家“復(fù)活”一頭豬 人類離死而復(fù)生還有多遠(yuǎn)？

這是一頭死去的母豬。它已經(jīng)死亡一小時，一種特殊的灌注液正被緩緩注入它的身體，在它的靜脈和動脈中循環(huán)，新鮮的氧氣也在其中流動。接下來的六小時中，研究人員很快發(fā)現(xiàn)，豬的心臟、肝臟、腎臟和大腦中部分細(xì)胞開始恢復(fù)功能與活性，豬體內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng)也逐步恢復(fù)。豬的心臟雖未完全恢復(fù)跳動，但可以掃描到電生理活動，說明它具有收縮能力。每個重要器官中，細(xì)胞對葡萄糖的反應(yīng)都較強(qiáng)，說明它們正重啟部分新陳代謝。整個過程中，人們還驚訝地觀察到它的頭、頸開始出現(xiàn)不自主的肌肉運(yùn)動。而且，作為一只在醫(yī)學(xué)上已死亡的動物，它并沒有僵硬，也沒有出現(xiàn)水腫和尸斑。

看起來，這頭豬在緩慢地“復(fù)活”。

2022年8月3日，美國耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)家內(nèi)納德·塞斯坦團(tuán)隊在頂刊《自然》上發(fā)表了這一“復(fù)活”實(shí)驗及其結(jié)果，引發(fā)廣泛關(guān)注和討論。上一次，相似的討論發(fā)生在三年前，2019年4月，塞斯坦團(tuán)隊在豬死亡四小時后“復(fù)活”了它的大腦，這顛覆了多年來的固有觀念：腦死亡是不可逆轉(zhuǎn)的。

從大腦到全身器官，此刻，一個自然的疑問是：沿著這條技術(shù)路徑走下去，人類未來是否可能實(shí)現(xiàn)真正的死而復(fù)生？

生物學(xué)家內(nèi)納德·塞斯坦。

“為器官移植的未來打開大門”

這是第一次有人能同時“復(fù)活”哺乳動物身體上的各個器官，有專家指出這項成果是“顛覆性”的。哺乳動物的細(xì)胞需要氧氣和血液來維持活力，缺血后幾分鐘內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)就會出現(xiàn)酸中毒和水腫，繼而引發(fā)不可逆轉(zhuǎn)的損傷。一般來說，哺乳動物的器官缺氧15分鐘左右，就會徹底死亡。

這次實(shí)驗中，塞斯坦團(tuán)隊在豬缺血缺氧一小時后，給豬注射了“復(fù)活藥劑”，主要由豬血、人工血紅蛋白、細(xì)胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)、抗氧化藥物和防止細(xì)胞死亡的藥物等多種化合物混合而成。這項研究共同作者之一、耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士候選人張樹培對《中國新聞周刊》指出，這是對2019年豬腦實(shí)驗中灌注液的優(yōu)化和改良。人工血紅蛋白的攜氧能力非常強(qiáng)。這次用于實(shí)驗的是一個名為OrganEx的系統(tǒng)。OrganEx灌注液中，血紅蛋白和血液比例是1:1，“這樣細(xì)胞接受氧氣的效率最高。”此外，灌注液中的抗氧化等藥物能用來抑制和緩解細(xì)胞損傷，“和針對單一器官大腦相比，改良版方案對全身各種器官更具兼容性。”她說。

但讓豬“復(fù)活”的秘密其實(shí)不只在于這個配方。

實(shí)驗還設(shè)置了一組使用體外膜肺氧合設(shè)備（ECMO）的對照組。ECMO在臨床中常作為搶救心肺衰竭病人的重要工具，可以部分或完全替代患者的心肺功能，相當(dāng)于一個人工心肺機(jī)。但ECMO一般使用靜脈血灌注。近年來，ECMO作為移植器官保存設(shè)施的功能逐漸被開發(fā)出來，因為ECMO可在心死亡時立刻提供穩(wěn)定的氧合血液灌注，從而更好維護(hù)移植器官的質(zhì)量，提高移植效率。

器官移植多年來存在的一個難題是“再灌注損傷”，即細(xì)胞在缺氧缺血后重新注入氧氣，會帶來血管塌陷等細(xì)胞損傷。研究發(fā)現(xiàn)，與ECMO組相比，OrganEx組灌注后細(xì)胞受到的破壞更少，出血和組織腫脹的情況也較少，能實(shí)現(xiàn)灌注效率的最大化。OrganEx組豬的所有主要器官中，細(xì)胞功能都得到了更好修復(fù)。豬的腎臟細(xì)胞中，還出現(xiàn)了細(xì)胞增殖現(xiàn)象。

張樹培指出，臨床中，ECMO灌注效率“其實(shí)是非常低的”，對使用時間要求很嚴(yán)格，時間越往后效果越差。“這就是為什么我們選擇在豬死亡一小時后進(jìn)行灌注，因為在美國，救護(hù)車平均轉(zhuǎn)運(yùn)危急病人的時間大約是一小時。”她解釋說。

在她看來，讓豬“復(fù)活”的關(guān)鍵是灌注系統(tǒng)OrganEx，這是一個由計算機(jī)控制的體外循環(huán)灌注系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，灌注液被注入豬全身的不同器官。這個過程中，實(shí)時傳感器會監(jiān)控重要的循環(huán)指標(biāo)、代謝物和“與細(xì)胞修復(fù)相關(guān)”的信號通路，以便研究人員隨時干預(yù)。該系統(tǒng)還包括氧合器和血液透析裝置，能夠保持灌注液中電解質(zhì)和其他必需分子的穩(wěn)定水平。

“這是實(shí)驗最難的部分，”張樹培說，OrganEx要更好地模擬全身器官的功能，以腎臟為例，OrganEx最重要的功能是“做交換”，將有毒的物質(zhì)排出去，血紅蛋白留下來，而系統(tǒng)需要通過“很好地控制”對應(yīng)的血液動力學(xué)，來實(shí)現(xiàn)“更有效的交換”。

復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院副院長朱同玉是國內(nèi)知名的器官移植專家之一，他對《中國新聞周刊》指出，實(shí)際上，在器官移植領(lǐng)域，早在上世紀(jì)90年代就有人開始嘗試在灌注液中加入各種成分，不再使用單純?nèi)搜Ｒ虼诉@項研究的最主要意義是“在機(jī)械灌注系統(tǒng)設(shè)計、程序和控制方面又有了新的提升和進(jìn)步，是一種綜合性的優(yōu)化”。

“這項發(fā)現(xiàn)解決了器官移植領(lǐng)域的一大難題——移植器官的保存效率，為器官移植的未來打開大門。”塞斯坦在研究發(fā)布的新聞會上這樣說。英國愛丁堡皇家醫(yī)院移植外科醫(yī)生加布里埃爾·奧尼斯庫也表示，鑒于OrganEx比ECMO明顯更好的效果，這項研究未來可以“顯著增加可用于移植的器官數(shù)量”。

根據(jù)美國衛(wèi)生資源與服務(wù)管理局的最新統(tǒng)計，正有超過10萬美國人在等待新鮮的移植器官，每隔9分鐘，等待捐贈的名單上就會增加一個病人，由于沒有足夠的可用器官，每天有17人在等待中死亡。截至2021年，美國對器官移植需求最迫切的是腎衰竭病人，約占所有器官移植等待患者的85％。

日前，《中國器官移植發(fā)展報告（2020）》（下簡稱《報告》）發(fā)布，2015~2020年，中國的器官捐獻(xiàn)、移植數(shù)量均居世界第二位。《報告》指出，中國器官捐獻(xiàn)數(shù)量和捐獻(xiàn)率雖較前增長，但與全球其他國家一樣仍面臨供體短缺問題，無法滿足國內(nèi)患者的巨大需求。

朱同玉指出，下一步，器官移植中灌注技術(shù)的難點(diǎn)是增加和不同器官的適配度，因為每個器官大小、血管的形態(tài)不一樣。比如腎臟的血管“比筷子還細(xì)”，肝臟的血管中，肝動脈和靜脈也有差異，心臟有很大的血管，因此對于這些不同器官，應(yīng)配備更有針對性的灌注液和灌注系統(tǒng)。

死亡真的可以逆轉(zhuǎn)嗎？

《自然》雜志2019年4月這期的封面上，畫著一個巨大的沙漏，上下兩端分別裝有一個大腦。上面的大腦從表面看來紋路清晰，仍具有基本結(jié)構(gòu)，但它正不斷溶解分解成細(xì)碎的沙子，墜入沙漏下端，這暗示著一個健康的大腦正在死亡。沙漏下端，細(xì)沙又不斷聚攏，形成初具形態(tài)的大腦，說明大腦死亡正在逆轉(zhuǎn)。這期封面的內(nèi)容正是塞斯坦團(tuán)隊的豬腦“復(fù)活”實(shí)驗，運(yùn)用的系統(tǒng)為BrainEx，標(biāo)題頗意味深長，叫作“逆轉(zhuǎn)時間”。

死亡真的可以逆轉(zhuǎn)嗎？《自然》編輯部看到了這個實(shí)驗背后更具爭議性和顛覆性的議題。塞斯坦表示，以前研究結(jié)果表明，在個體宣布死亡后，幾分鐘內(nèi)細(xì)胞就會經(jīng)歷一個死亡的過程。但我們所展示的是，細(xì)胞死亡是一個循序漸進(jìn)的過程，其中一些過程可以被延遲，甚至逆轉(zhuǎn)。

紐約大學(xué)生物倫理學(xué)家亞瑟·卡普蘭表示，因此很難想出一種統(tǒng)一的方式來宣布一個人死亡，這意味著隨著醫(yī)學(xué)的不斷進(jìn)步，死亡的定義將不斷調(diào)整。現(xiàn)在人們傾向于以腦死亡來作為判定死亡的標(biāo)準(zhǔn)，但對于心源性死亡何時發(fā)生并沒有太多共識，“這篇論文又重新提出了這個問題。”紐約大學(xué)移植倫理與政策研究主任布倫丹·帕倫特對《中國新聞周刊》指出，這項發(fā)現(xiàn)提出了很多問題，其中最重要的是，我們需要重新審視對于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的死亡判定標(biāo)準(zhǔn)。

由多個國家專業(yè)代表、醫(yī)學(xué)專家和多個專業(yè)協(xié)會共同制定的人類死亡單一定義顯示：“死亡是意識能力和所有腦干功能的永久喪失，永久性是指無法自發(fā)恢復(fù)且無法通過干預(yù)恢復(fù)的功能喪失。”

現(xiàn)在，最先被挑戰(zhàn)的是“永久性”。專家們指出，如果未來將OrganEx用于臨床，在血液和氧氣被剝奪后，人的細(xì)胞將需要更長的時間才能達(dá)到“無法恢復(fù)”的程度，宣告?zhèn)€體死亡的時間點(diǎn)也將改變。

帕倫特指出，未來確定新的死亡時點(diǎn)，需要基于兩方面考慮：其一，在臨床上，在某個人失血失氧的情況下，使用OrganEx系統(tǒng)恢復(fù)“器官的功能能力”的概率是多少？如果只能恢復(fù)部分能力，這個人永遠(yuǎn)不會恢復(fù)“完全意識”或“永遠(yuǎn)無法從生命支持機(jī)器上下來”的概率是多少？其二，在價值觀上，使用OrganEx后，如果恢復(fù)“良好功能”的幾率為 90％，但有10％的幾率將在“復(fù)活”后永遠(yuǎn)離不開生命支持設(shè)備，該患者是否希望臨床團(tuán)隊嘗試挽救他的生命？如果最可能的情況是只恢復(fù)部分意識？“病人會想要這個嗎？”

不過，朱同玉指出，目前對腦死亡的判定要求間隔24小時兩次腦電圖出現(xiàn)直線，即患者腦電波消失，大腦功能處于完全及不可逆性喪失。而實(shí)驗只驗證了死亡后“七小時內(nèi)的細(xì)胞變化”，離它真正影響到足以修訂腦死亡標(biāo)準(zhǔn)“還有很大一段距離”。

除了可能讓人們“重新理解死亡”外，多位專家指出，未來在拯救和放棄之間，在挽留生命和器官移植之間，外科醫(yī)生也將面臨更矛盾的權(quán)衡。2019年豬腦實(shí)驗結(jié)果發(fā)布后，凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物倫理學(xué)系名譽(yù)教授斯圖爾特·揚(yáng)格納和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院倫理學(xué)研究主任仁秀賢在《自然》上共同撰文指出，BrainEx可能會加劇關(guān)于何時“將器官從捐贈者身體中取出并移植”的爭論。

目前主要有兩種器官捐贈協(xié)議，一種是腦死亡后的捐贈；另一種是循環(huán)系統(tǒng)死亡后的捐贈，即針對的是心臟停止后被宣布死亡的人，尤其是發(fā)生嚴(yán)重腦損傷但沒有腦死亡的個體，后者在近些年越來越普遍。

一般而言，在獲得患者同意后，醫(yī)生會關(guān)閉患者的呼吸機(jī)和任何其他生命支持設(shè)備，并在患者心臟停止跳動2~5分鐘后即宣布死亡。這里潛藏著一場“時間競賽”。揚(yáng)格納等人指出，為了讓器官盡快從捐贈者體內(nèi)取出并盡可能保持健康，通常不可能對腦死亡進(jìn)行充分的測試。

揚(yáng)格納等人認(rèn)為，外科醫(yī)生在捐贈者心臟驟停后有時使用ECMO進(jìn)行灌注，使供體器官在死亡后仍能恢復(fù)氧氣和血液流動，以保證器官的健康。這里爭議的焦點(diǎn)是：一些患者在接受ECMO灌注后，大腦的功能可能會恢復(fù)。簡而言之，醫(yī)生應(yīng)該何時從挽救一個人的生命轉(zhuǎn)向為另一個人的生存而搶救器官？而“BrainEx可能會讓事情變得更加復(fù)雜”，揚(yáng)格納等人寫道。

目前，各國對是否、如何使用ECMO的道德和法律考量存在“相當(dāng)大的差異”。在法國和西班牙，ECMO設(shè)備可以用特殊的救護(hù)車運(yùn)送到患者所在的任何地方；但在美國，該技術(shù)存在爭議且在器官移植中很少使用。

專家們認(rèn)為，BrainEx及隨后的研究需要伴有“更公開的討論”：哪些標(biāo)準(zhǔn)使某人有資格獲得器官捐贈？如何確保器官捐贈能夠以“最小的爭議”融入臨終關(guān)懷？帕倫特強(qiáng)調(diào)，在任何情況下，都應(yīng)該更優(yōu)先考慮器官捐贈者的價值觀和權(quán)利，而不是器官捐贈的可能性。

“死而復(fù)生”是一個非常遙遠(yuǎn)的計劃

對大腦研究而言，BrainEx是一個“新的開始”。

多年來，對人類大腦的專門研究由于倫理原因一直難以進(jìn)行，而豬腦實(shí)驗使大腦在體外可以完整地“存活”。張樹培指出，以前研究僅限于死去動物的大腦切片，所以人類對大腦的精細(xì)結(jié)構(gòu)缺乏了解。比如，大腦神經(jīng)元和神經(jīng)元間通過什么方式連接，具體的神經(jīng)環(huán)路是怎樣的？而現(xiàn)在，人類第一次能在三維條件下研究大腦。

對這些復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的更深刻理解，有助于科學(xué)家進(jìn)一步研究阿爾茨海默病、自閉癥等腦部疾病的原理和測試藥物。“我們相當(dāng)于提供一個平臺，可以在上面做一些藥物篩選。”張樹培說。

更重要的是，BrainEx實(shí)驗可能幫助科學(xué)家們突破大腦研究中最敏感的問題：“意識”。到目前為止，還沒有人在實(shí)驗室中創(chuàng)造出意識，一些專家認(rèn)為，BrainEx實(shí)驗“是最有可能的一個”。不過，塞斯坦團(tuán)隊對此非常謹(jǐn)慎，反復(fù)在公開場合強(qiáng)調(diào)“意識的恢復(fù)從來都不是這項研究的目標(biāo)”。

張樹培解釋，出于倫理的考量，BrainEx實(shí)驗從根源上就隔絕了“意識的產(chǎn)生”，因為研究人員為豬注射了神經(jīng)元活動阻滯劑，可以阻止任何可能導(dǎo)致意識的神經(jīng)相互作用，并配有腦電圖時刻監(jiān)測大腦活動。如果監(jiān)測到任何意識活動，即腦電圖顯示不是一條直線，就會立刻結(jié)束實(shí)驗。

在此前提下，為測試大腦細(xì)胞的活度，研究人員在灌注結(jié)束后將大腦切成300微米左右的薄片，通過對切片內(nèi)神經(jīng)元細(xì)胞的電流刺激，觀察是否有信號波動，最后證明“單個神經(jīng)元細(xì)胞是活的”。但張樹培指出，意識一定誕生于“全腦神經(jīng)元細(xì)胞之間的整體聯(lián)動”。

因此悖論在于，如果人類想進(jìn)一步理解大腦的本質(zhì)，必然要觸碰到的領(lǐng)域是：數(shù)百萬個腦神經(jīng)細(xì)胞和它們之間的數(shù)萬億個聯(lián)結(jié)，是如何協(xié)同工作的？未來的某一天，人類將不愿止步于“復(fù)活”腦細(xì)胞，而是思想和性格，我們?yōu)榇俗龊脺?zhǔn)備了嗎？如果人類可以“創(chuàng)造意識”，那又會是一個怎樣的世界？

豬腦實(shí)驗的倫理指導(dǎo)之一、杜克大學(xué)法律和哲學(xué)教授妮塔·法拉哈尼在2019年發(fā)表的《部分“復(fù)活”的豬腦所引發(fā)的道德困境》一文中建議，就像為人類胚胎干細(xì)胞研究制定倫理指南一樣，未來，關(guān)于“腦復(fù)活”的相關(guān)研究也需要獲得同樣的科學(xué)、倫理指導(dǎo)，并且在國際層面形成共識。而且，公民必須參與這一過程，只有科學(xué)家參與制定的倫理界限“并不能保證未來被公眾接受”。

帕倫特則指出，如果要將這項技術(shù)發(fā)展到可以幫助人類的程度，我們將不得不看看“在沒有神經(jīng)阻滯劑的情況下，大腦會發(fā)生什么？”

對于OrganEx技術(shù)而言，這些討論還很遙遠(yuǎn)。張樹培指出，從細(xì)胞到組織、器官層面，以及整個身體的功能，要想實(shí)現(xiàn)“死而復(fù)生”，“這是一個非常非常遠(yuǎn)的計劃”。

她說，如果將“復(fù)活”拓展到組織層面，OrganEx技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)功能上的修復(fù)是不確定的。比如人體最重要的器官之一——腎臟，它的主要功能是產(chǎn)生尿液，但實(shí)驗由于是低溫灌注，可能對尿液產(chǎn)生了影響，“實(shí)際上我們在實(shí)驗中也確實(shí)沒有收集到很多尿液”。這也意味著腎臟在此時“不一定是真正有功能的”，只是在細(xì)胞層面是“活躍的”。因此，器官經(jīng)過灌注之后，作為器官本身能否恢復(fù)自身的功能，“是我們下一步要論證的最重要的事情”。

事實(shí)上，實(shí)驗中的豬心臟和大腦這兩個重要器官也僅僅是恢復(fù)了“非常小部分”的功能，其他重要功能如心腦血管循環(huán)并未恢復(fù)。研究的另一個共同作者之一、耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)家茲沃尼米爾·弗爾塞利亞對此解釋得很清楚。他說，研究只是表明當(dāng)動物死亡時，我們可以讓細(xì)胞做到一些“它們原本無法做到的事情”，但這些細(xì)胞的活動“與生死狀態(tài)并無臨床相關(guān)性”。也就是說，這一結(jié)果并未表明豬在死亡以后以某種方式復(fù)活了。

朱同玉也指出，這項研究的一個重要前提，是在豬死后的一小時內(nèi)注入了肝素以保持血液不凝固，這是保證細(xì)胞“復(fù)活”的基礎(chǔ)，“沒有肝素就沒有后面的故事”。所以這項研究只是一種概念性的驗證，主要模擬的是器官移植時的身體條件，而不是真正死亡后的狀態(tài)，“動物和人在自然死亡狀態(tài)下一小時內(nèi)血液一定會凝固。”

研究人員承認(rèn)，先不提“死而復(fù)生”這種近乎科幻的設(shè)想，即使是在器官移植方面，這項研究距離臨床應(yīng)用仍然很遠(yuǎn)。首先要跨越的一個障礙就是時間問題，研究只對豬全身器官進(jìn)行6小時灌注，6小時之后呢？OrganEx究竟可以讓這些細(xì)胞存活多久？“我們只是飛了幾百米，但我們真的能飛嗎？”塞斯坦感慨。

張樹培解釋，灌注時限是出于動物實(shí)驗的倫理審查等原因，今后會考慮延長灌注時間。“如果是延長灌注后，依然能促進(jìn)對細(xì)胞的修復(fù)，在人類身上的臨床試驗可能就會提前，我們需要更多數(shù)據(jù)。”她還透露，在更短期，研究團(tuán)隊下一步計劃把豬的器官“移植到另一頭豬體內(nèi)”，觀察器官功能是否恢復(fù)。“至于在人體身上實(shí)驗，可能至少10年至20年以后了。”

發(fā)于2022.8.22總第1057期《中國新聞周刊》雜志