稻米能造血？

聽(tīng)起來(lái)像天方夜譚，但這是真的。通過(guò)基因編輯技術(shù)，科學(xué)家將編碼人血清白蛋白的基因?qū)胨净蚪M，使水稻在生長(zhǎng)過(guò)程中生產(chǎn)出與人類(lèi)血漿中幾乎相同的白蛋白。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是把水稻種子打造成人血清白蛋白的“生產(chǎn)車(chē)間”。

當(dāng)前，5公斤特制稻米，就能提取出相當(dāng)于1升人類(lèi)血漿的白蛋白量。這不是簡(jiǎn)單的數(shù)字換算，而是一場(chǎng)正在顛覆傳統(tǒng)醫(yī)療供給模式的生物技術(shù)革命。

稻米里的新生（圖片為AI生成）

血清白蛋白是血漿中含量最高的蛋白質(zhì)，由肝細(xì)胞合成后釋放入血。白蛋白能夠維持血漿膠體滲透壓，其水平過(guò)低，可能引發(fā)水腫或腹水；白蛋白可結(jié)合并運(yùn)輸物質(zhì)及藥物，其結(jié)合能力會(huì)影響藥物代謝速率和療效；同時(shí)，白蛋白還關(guān)系到血液中的酸堿平衡和營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備。臨床上，血清白蛋白被廣泛應(yīng)用于肝硬化腹水、燒傷燙傷、腦水腫等治療與救治，在術(shù)后血容量補(bǔ)充、放化療、血液透析等方面也起到重要作用，被稱(chēng)為“黃金救命藥”。

但是，這個(gè)“救命藥”并不易得。當(dāng)前，我國(guó)每年對(duì)藥用白蛋白的需求量為150噸至180噸，其中六成以上依賴(lài)進(jìn)口。在我國(guó)血液供應(yīng)緊張的情況下，僅靠對(duì)人血漿分離純化獲得白蛋白，遠(yuǎn)遠(yuǎn)補(bǔ)不上這個(gè)缺口。而從人血漿中提取白蛋白，還要面臨一個(gè)更大的問(wèn)題，一旦血液質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，容易導(dǎo)致病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，利用重組技術(shù)進(jìn)行植物“造血”，生產(chǎn)藥用重組蛋白，是一個(gè)奇招。

植物是合成生物學(xué)的理想底盤(pán)。它們通過(guò)光合作用系統(tǒng)高效合成多種代謝物，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于細(xì)胞培養(yǎng)或化學(xué)合成?？茖W(xué)家認(rèn)為，植物“造血”有望解決血漿資源有限問(wèn)題，同時(shí)避免血源性疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)。但是，重組人白蛋白必須經(jīng)過(guò)正確的折疊、組裝和翻譯后修飾才能具備其特定的結(jié)構(gòu)和功能。

第一個(gè)被用來(lái)合成蛋白質(zhì)的植物，很意外，是煙草。作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物和經(jīng)典的植物模式生物，煙草生物量高、遺傳轉(zhuǎn)化體系成熟，在生產(chǎn)高附加值蛋白質(zhì)藥物上極具潛力。早在20世紀(jì)80年代，科學(xué)家就已經(jīng)用煙草來(lái)生產(chǎn)重組抗體了。2005年，美國(guó)則用煙草批量生產(chǎn)抗變形鏈球菌抗體，該抗體的溶液制劑可用于治療齲齒，這也是世界首個(gè)成功注冊(cè)為醫(yī)療器械的植物源抗體。

而在龐大的植物王國(guó)中，除了煙草，胡蘿卜、生菜、馬鈴薯、番茄、玉米等建立了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的植物，也都曾被用來(lái)合成藥用蛋白質(zhì)。它們合成蛋白質(zhì)的途徑不同，比如，煙草在莖葉中合成，馬鈴薯在塊莖中積累。而水稻，則和玉米一樣，借用的是種子。

選擇水稻，是因?yàn)榭茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)水稻胚乳細(xì)胞具有完整的真核細(xì)胞蛋白質(zhì)加工體系，其進(jìn)行重組蛋白質(zhì)的翻譯、折疊和修飾都與哺乳細(xì)胞十分相近。成熟脫水的水稻種子能夠?yàn)榈鞍踪|(zhì)提供良好的儲(chǔ)藏環(huán)境，而稻米中的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就是蛋白質(zhì)和淀粉，其中的蛋白質(zhì)種類(lèi)還比較少，分離純化起來(lái)相對(duì)容易得多。

但即便如此，武漢禾元生物科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“禾元生物”）研發(fā)團(tuán)隊(duì)也經(jīng)歷了20年攻關(guān)歷程。2011年，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從1千克糙米中提取出2.75克人血清白蛋白。研究成果在《美國(guó)科學(xué)院院刊》發(fā)表后，他們第一次引發(fā)了高度關(guān)注，《自然》雜志稱(chēng)“該技術(shù)就像從大頭菜中擠出血一樣，把不可能的事變成了可能”。到現(xiàn)在，他們用5公斤稻米提取的白蛋白量，已經(jīng)相當(dāng)于1升血漿?，F(xiàn)有技術(shù)下，他們已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)每公斤稻米最高提取30克白蛋白，并將純度提高到99.9999%。

除了植物系“造血”，其他替代血液方案也在并行推進(jìn)，它們共同構(gòu)成了血液供應(yīng)的“多重宇宙”。

1966年，美國(guó)科學(xué)家克拉克在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，有只老鼠掉落到含碳氟化合物的容器里。當(dāng)他撈出老鼠并排除其呼吸道中的液體時(shí)，老鼠竟然蘇醒了。出于好奇，他有意重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，老鼠依然沒(méi)有被淹死。經(jīng)過(guò)研究，他發(fā)現(xiàn)這種溶液含氧量非常高，它對(duì)氧氣的溶解度是水的20倍，這使得老鼠不會(huì)因缺氧窒息。他認(rèn)為，碳氟化合物可能是一個(gè)很好的溶劑，它能從肺里攜帶氧氣到其他組織器官，促進(jìn)細(xì)胞新陳代謝，之后又經(jīng)呼吸作用從肺里排出來(lái)，或者經(jīng)過(guò)排汗從體表散出。這令他產(chǎn)生了一個(gè)大膽的想法，可以用含有碳氟化合物的溶液替代血液來(lái)使用。不過(guò)，這只是一個(gè)想法萌生的開(kāi)端。到1979年，一種新型的氟碳化合物乳劑才作為人造血液，首次在日本應(yīng)用于人體單腎臟移植手術(shù)，并取得成功。

碳氟化合物雖然溶氧能力驚人，但它不溶于水，因此才會(huì)以乳劑形式出現(xiàn)。雖然被稱(chēng)為“人造血液”，碳氟化合物乳化后并不是血紅色，而是白色，它被注入到病人靜脈中后，可以穿過(guò)紅血球無(wú)法通過(guò)的阻塞血管，達(dá)到實(shí)時(shí)救命的目的。

相比之下，血紅蛋白的來(lái)源就很多了，從過(guò)期人血、動(dòng)物血（如牛血）、人類(lèi)胎盤(pán)，以及可產(chǎn)生血紅蛋白的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌中都可以獲得。但這樣的血紅蛋白不能直接注射到人體中，要經(jīng)過(guò)改良，以確保其在進(jìn)入人體后穩(wěn)定、安全。2010年，澳大利亞曾將利用牛血漿人工合成的血液替代品——血紅蛋白氧載體，用于一位車(chē)禍后生命垂危的患者。2013年，羅馬尼亞科學(xué)家用水、無(wú)機(jī)鹽，以及一種深海昆蟲(chóng)體內(nèi)提取的蚯蚓血紅蛋白，合成了一種新的人造血液，可以短時(shí)間替代血液實(shí)現(xiàn)氧氣和二氧化碳交換代謝。同年，日本研究人員則成功利用干細(xì)胞培育出了紅細(xì)胞，雖然其中大部分都是胚胎血紅蛋白，而非成人血紅蛋白，但攜氧能力沒(méi)有受到影響，也能在輸血后在實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)正常循環(huán)。

對(duì)于世界性血液短缺來(lái)說(shuō)，血液替代品多元化發(fā)展是一個(gè)福音。

在需要緊急救治但無(wú)法立即獲得匹配血液的情況下，無(wú)血型限制的人造血，可以確保黃金搶救時(shí)間。在應(yīng)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療需求上，保存期更長(zhǎng)、更便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)娜嗽煅?，能提供更好的保障。結(jié)合人工肺和血液替代品的體外生命支持系統(tǒng)，能為危重患者提供時(shí)間窗口；對(duì)于罕見(jiàn)血型患者，人造血也能提供可靠的血源保障。

當(dāng)然，人造血并不是真的萬(wàn)能。和天然血相比，人造血通常沒(méi)有凝血本領(lǐng)，更沒(méi)有足夠的抗菌、免疫能力。但不論如何，人造血的發(fā)展，已經(jīng)勢(shì)不可擋，在我國(guó)也是如此。

2022年，中國(guó)藥監(jiān)局曾明確提出支持開(kāi)發(fā)安全有效血液替代品。2024年4月，通化安睿特生物制藥股份有限公司研發(fā)的重組人白蛋白注射液，獲得歐亞經(jīng)濟(jì)聯(lián)盟—俄羅斯聯(lián)邦衛(wèi)生部批準(zhǔn)上市。2025年7月，禾元生物自主研發(fā)的重組人白蛋白注射液（水稻），獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市，成為全球首個(gè)“稻米造血”一類(lèi)創(chuàng)新藥。