前言

　　近年來，國內外分子生物學、基因工程及基因轉殖技術之研發，均已達純熟之階段，在生物科技被列為台灣邁向21世紀的重點科技的同時，若能在不嚴重影響家畜正常生理之條件下，改變家畜之遺傳背景，將家畜之體組織進一步提升為生產人類所需醫藥產品之工廠，以生產高價位之產品，將可為畜牧產業開創另一商機。為生產高價位之遺傳工程蛋白質，乳腺成為基因轉殖家畜研究者之主要目標組織，因其生理上較具獨立性，當外源基因在乳腺表現時，對動物正常生理之影響可降至最低，自乳汁中回收基因產物亦較為簡便。

　　早期(1980年代)發展豬核移植 (nucler transfer) 技術主要之目的，係探討以早期豬胚複製相同遺傳背景個體之可行性及潛力，應用之技術以胚分切法為主，然而此方法所能複製之個體受限於早期豬胚開始分化前之胚葉細胞(blastomere)數、單一胚葉細胞之培養技術及細胞分裂能力。自1990年全球開始豬胚幹細胞之研究起，除複製單源個體外，豬隻指定位置基因轉殖 (gene targeting) 及基因剔除 (gene knockout ) 之研究亦被積極探討，然一直未能盡如人意，迄今仍無理想之豬胚幹細胞可被應用。直至1997年以體細胞成功複製綿羊－桃莉 (Dolly) 之模式被建立後，豬之體細胞核移植技術旋即被研發及廣泛應用於複製豬之產製及基因剔除之研究，尤其以源自早期(懷孕第30-60天)胎兒之成纖維母細胞取代豬胚幹細胞之全能性 (totipotency) 角色，此階段主要之目的著重於複製優良生產性能之種豬、生產擬人化之豬器官供器官移植之所需及探討人類基因在豬隻基因組中之表現功能。於2000年以胎兒之成纖維母細胞 (fibroblast) 當供核者進行複製豬研究之團隊，幾乎同時發表複製豬成功之結果，其中不乏以體內成熟卵母細胞及體外成熟卵母細胞當受核者而獲得成功之例。今年a-1,3-半乳醣基因轉移酵素基因剔除豬，優良遺傳性能之種公豬及種母豬亦利用核移植技術複製成功。上述結果顯示，豬之體細胞核移植技術已逐漸成熟，例行化複製優良種豬及豬器官應用於人身上均將指日可待。

酷比豬的誕生

　　目前全世界全年人類凝血第九因子 (human factor IX, hFIX) 之需求量約 4 kg，市場價值為一億六千萬美元。據國外報告顯示，具人類凝血第九因子基因轉殖豬泌乳期中所分泌之乳汁，每毫升約含有1mg人類凝血第九因子的表現量，如以一頭泌乳母豬每年之乳產量520公升而言，只需要15頭人類凝血第九因子基因轉殖母豬即可滿足人類之需求。在正常人血漿中之hFIX含量約5mg / ml ; 惟B型血友病(hemophilia B)患者之血漿中，因缺乏hFIX，遂導致凝血功能之異常。hFIX基因已知係落於X染色體之長臂中，此B型血友病不但係性連遺傳之疾病，且以男性患者居多，其平均發生率為1/30,000。目前B型血友病之患者所使用之凝血第九因子一般均源自人類血漿純化者，其中存在疾病 (如肝炎、AIDS) 感染之風險，若能藉由基因轉殖家畜之乳腺進行量產，則對於B型血友病患者，將是一大福音。

　　下痢及貧血係常見於仔豬的兩種問題，也常因此造成仔豬之存活率下降，此乃遍存於養豬場之問題；母豬21天泌乳期中乳汁所含豬乳鐵蛋白 (porcine lactoferrin ; pLF) 的含量，於分娩時之濃度為1200μg/ml，而於泌乳第7天即降為分娩時濃度之 1/4。推測仔豬下痢及貧血，可能受母豬泌乳期間，乳汁中pLF快速下降所影響。

　　為改善哺乳期仔豬之育成率及組織專一性表現人類凝血第九因子於豬之乳腺，將豬乳鐵蛋白及人類凝血第九因子基因分別與牛α乳白蛋白啟動子構築成轉殖基因，將基因顯微注射用之轉殖基因以等量混合後，進行基因注入及胚移置，以此方法共獲得二系表現雙基因(豬乳鐵蛋白及人類凝血第九因子基因)之轉殖豬。經收集該雙基因轉殖母豬泌乳期乳汁進行人類凝血第九因子之定量及定性分析，結果證實每毫升豬乳中含有之人類凝血第九因子濃度約 200～500 μg，為正常人血漿中所含有凝血第九因子濃度(5 μg/ml)之40-100倍。以正常豬之泌乳量(520公升/年)而言，只需維持20-30頭人類凝血第九因子基因轉殖母豬，即可滿足目前全球之需求量。

　　此外，針對此等重組之人類凝血第九因子進行凝血活性分析，結果亦證實具有如正常人血漿中所含有之凝血第九因子的活性。其中一頭高繁殖性能之基因轉殖母豬，總計7胎之平均產子頭數12.14頭，每胎平均活仔頭數10.30頭，活仔育成率100%，該母豬於其泌乳期之乳腺同時表現豬乳鐵蛋白及人類第九凝血因子2種重組蛋白質，此同時表現雙基因之三歲齡第一代母豬耳皮膚成纖維母細胞被當作供核細胞，以核移植方法進行複製豬之研究，合計11次之複製豬試驗，共產製795個外觀形態完整之複製胚，經胚移置於11頭同期發情處理之受胚豬，其中3頭受胚豬發生早期流產，合計流產6個已成形之複製豬胎兒，另3頭受胚豬則順利懷孕至預產期，以剖腹產方式成功獲得4頭攜雙轉殖基因之複製豬，其中一頭出生後第四天弱死，其餘健康狀況良好，經公開徵選命名為酷比 (Copypig) ，分別稱為酷比1號、2號及3號。此次成功複製豬乳鐵蛋白及人類第九凝血因子雙基因轉殖豬，不僅為台灣第一例以成年母豬體細胞核移置方式所產製的複製豬，並創下世界兩個第一，除了是世界首例以成年母豬耳皮膚細胞作為供核者外，同時也是全球第一例雙基因轉殖複製豬。此結果亦顯示台灣之生物科技發展，部分領域已趕上國際先進國家。

複製優良種豬已不是夢

　　複製科技可應用在相同遺傳背景之優良種畜複製，在種豬場及各人工授精中心之優良遺傳性狀種豬，即可透過目前之成年體細胞複製技術，將種原以體細胞方式進行本尊優良性狀之長期冷凍保存，並於需要時複製其分身，且可進行另一波之種豬性能改良計畫，以目前國內外複製豬技術之研究進展顯示，上述構想及期望"已不是夢"。

　　以胎兒體細胞(fetal cells)當供核者進行複製豬研究之三個團隊，於2000年幾乎同時發布複製豬成功之結果，惟其在複製優良遺傳性狀種豬之應用層次，仍不及以成年體細胞(adult cells)當供核者。以成年體細胞成功複製優良遺傳性能之種公豬於2002年3月首由Infigen 和 Genmark公司共同發表，其等宣稱使用來自人工授精中心(Prairie State Semen Inc.)之兩頭最受客戶歡迎之約克夏(Yorkshire)品系－"The man"及漢普夏(Hampshire)品系－"401K"種公豬之體細胞進行複製，因該二種公豬均可將優良之遺傳性狀極穩定地傳遞至後裔，結果皆成功獲得其分身，目前均非常健康活潑，Infigen 公司發布消息指出，此成果可能對傳統豬隻改良所使用之育種、評估及選拔改進方式產生衝擊，然對商業化之養豬產業而言，卻代表另一層意義－為農業生物科技劃下時代之里程碑，亦證實複製優良種豬之平台技術已達成熟之境界。

複製豬技術在人類醫學扮演之角色

　　人以外之靈長類－人猿、狒狒、猩猩及猴子等其組織器官之解剖構造及生理功能係最接近人類者，惟繁殖不易導致現存數量甚少，且大部分屬保育類動物；除了靈長類外，豬之解剖構造及各組織器官之生理功能在哺乳動物中係較接近人類者，且屬多胎動物－繁殖易、數量多，因此近十年來豬模式成為研究人類疾病之主要動物模式，包括心臟病、高血壓、動脈硬化，心肌肥厚及異種器官移植等，另根據統計，需求器官移植之患者，無論在國內外均逐年增加，自願捐贈器官者雖亦逐年增加，然仍有許多等待器官移植的病人。因此尋求以基因轉殖豬之器官當異種器官來源成為主要之解決途徑，台灣地區在民國88年，約有三萬多名器官衰竭的病人，其中有五千多位正等待器官移植。因器官捐贈者少而且又受到法律的限制，因此異種器官的移植遂相形重要。

　　由於豬器官移植給人類，會遭遇超急性、急性與慢性排斥反應，為解決豬器官移植給人類所可能發生之各種排斥現象，除了選殖與豬器官移植於人體可能造成的排斥基因外，建立基因轉殖豬之產製技術成為排斥現象解決與否之關鍵。因此，產製同時攜帶人類壞死加速因子（human decay accelerating factor, hDAF）與第二型人類白血球表面抗原（human leucocyte antigen class II, HLA-II；包括DR, DQ, and DP三種亞型）等多基因轉殖豬是必要的，前者可克服超急性排斥反應，後者可減緩T-細胞媒介性排斥反應，然以目前之基因轉殖技術平台要將數種基因同時嵌合及表現於同一個體之基因組中，可能需配合傳統之育種選拔方法，惟好不容易選出之多基因轉殖豬，其配種後繁衍之後代所傳承之轉殖基因將再分離，此時體細胞複製豬平台技術之建立乃為將轉殖基因完整傳承於分身之不二法門。

　　另外，人類及一些靈長類控制a-半乳糖合成的a-半乳糖轉移酵素（a-1,3-galactosyltransferase; a-GT）基因已發生突變，因此在人類血中存在對抗a-半乳糖之抗體，而在豬細胞表面其脂蛋白質或糖蛋白質之末端為a-半乳糖之結構（稱為a-Gal），此a-Gal亦會引起超急性排斥反應。其解決之道，需用豬胚幹細胞或體細胞複製技術，將a-GT基因已剔除之多基因轉殖豬細胞複製及育成類似人類基因突變狀態的豬。至此，豬器官應用於人之夢想即將被實現，異種器官移植所面臨之慢性、急性及超急性排斥問題，在基因轉殖及核移植技術逐漸成熟及近乎例行化之進展中，亦即將被逐一解決。基因轉殖及核移植技術如今獲突破性之進展，此乃家畜基因轉殖及胚幹細胞研究者所期盼者，亦使單株家畜基因轉殖萌出一片生機，此法將成為目前最具潛力之基因轉殖法，除取代胚原核基因顯微注射法外，亦不讓胚幹細胞專美於定位基因轉殖及基因剔除之研究上，未來亦可為人類醫學提供重要之研究模式。

複製豬技術之展望

　　生物技術係21世紀全球重點發展科技，而複製科技更需結合組織及細胞培養技術、核移植技術、遺傳工程、基因轉殖及胚移置等技術，以上所列均屬發展生物技術之關鍵性平台技術，亦為現今家畜基因工程必備之技術。為提高單位畜群之生產量及促進家畜遺傳之穩定性，傳統遺傳及育種改良所獲得之改進量及速度，已逐漸無法滿足現階段畜牧產業之需求，因此為加速畜群之遺傳改進及提高家畜生產效益，目前正進行之胚細胞無性增殖(embryo cloning)、體細胞核移植及基因轉殖技術遂漸受重視；在人類醫學研究上，與複製科技有關之體細胞核移植技術配合基因轉殖技術與胚幹細胞培養技術，將在異種器官移植及基因治療上扮演舉足輕重之角色，同時在研究人類基因表現，個體發育、疾病及癌症發生原因等均可提供完整之研究模式，因此被認為係未來深具潛力之生物科技。

　　在建設台灣成為全方位「科技島」之目標前提下，隨著高科技電子產業之持續成長，繼電子產業後，擬定下一波具發展潛力之高科技產業方向，成為執政者振興經濟之主要施政方針。近20年來，在分子生物學及生殖技術發展迅速，而法令及倫理道德之規範緊追其後之狀況下，有人預言「生命工程」即將成為21世紀第四波之產業革命，目前在全球已醞釀成一股生命科學之發展趨勢。而複製科技－ 核移植技術、遺傳工程、基因轉殖及胚移置技術均屬發展生物技術之關鍵性平台技術，亦為現今家畜基因工程必備之技術。

　　複製科技係基於人類對生物特定性狀之保留及需求所衍生之生殖科技，除可應用於相同遺傳背景之哺乳動物早期胚細胞複製及獨立多胞胎之產製外，在解決異種器官移植所發生之排斥問題上亦扮演關鍵之角色。此外，研究人類幹細胞並應用於治療人類疾病，被視為21世紀新醫學，現階段即使不開放細胞核移植技術之臨床應用，惟將其擬定為未來之重點研究方向，並開放學術單位研提計畫及使用是當前可考慮者。

　　如今世界各國都競相研究、開發，台灣亦宜設法及早開放，當有助於醫療水準的提升。直接以人類幹細胞培育出之組織器官，進行移植將有免疫排斥問題，必須利用細胞核移植技術，以病人的體細胞核複製醫療用的胚胎幹細胞，有助於解決免疫問題，更重要者將是提供人類基因表現及疾病研究之模式。胚幹細胞及細胞核移植技術可應用於研究人類基因表現，個體發育、疾病及癌症發生原因等，另對於開發新藥、分析及篩選有效成分及安全評估，生產特定細胞組織，作為移植、更新，治療人類疾病如帕金森症、老年癡呆症、中風、心臟衰竭、脊椎神經受傷、肝硬化及糖尿病等，同樣深具研究潛力。

　　直接以人類幹細胞培育出之組織器官，進行移植將有免疫排斥問題，必須利用細胞核移植技術，以病人的體細胞核複製醫療用的胚胎幹細胞，才能解決免疫問題，更重要者將是提供人類基因表現及疾病研究之模式。就複製家畜目的而言，重點並非量產大動物，而是更新保存經過基因改造後的生物工廠、組織或器官，因為可以從牠們的乳汁生產治療人類疾病所需的蛋白藥物或取體組織供人類醫療之需。透過動物複製技術之建立，另可達到優良種畜及瀕臨絕種動物之種原保存與複製之功能。展望未來，家畜核移植技術之重點將涵括複製遺傳背景一致性的動物、表現性能優越之基因轉殖動物，生產單一性別家畜及高生產性能之優良種畜，甚至瀕臨絕種野生哺乳動物之復育，以及將來豬隻之基因定位轉殖或基因剔除之研究，以解決豬器官應用於人類異種器官移植之排斥問題。