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腾讯登录线粒体替换技术，引领疾病预防新模式
| 导读 | 遗传性线粒体疾病具有多种症状与严重程度，绝大多数的遗传性线粒体疾病具有发育迟缓、癫痫、疲劳、肌肉无力、视力丧失与心脏功能不全等症状，在某些情况下导致患者过早死亡。 |
遗传性线粒体疾病具有多种症状与严重程度，绝大多数的遗传性线粒体疾病具有发育迟缓、癫痫、疲劳、肌肉无力、视力丧失与心脏功能不全等症状，在某些情况下导致患者过早死亡。
大多数线粒体疾病以常染色体隐性的方式通过母系遗传。早先对这类疾病的治疗局限于诸如癫痫、心脏病与糖尿病等症状层面。而现在，越来越多的研究人员正寻求在技术上更具挑战性的线粒体替换技术(MRT)来防止病态线粒体的母系遗传。线粒体携带着其自身的多拷贝基因组，人类的线粒体DNA呈双链环状，每一个人体细胞线粒体中具有上百至数千的线粒体DNA拷贝。作为人类细胞中除了染色体之外唯一的DNA结构，线粒体DNA由一个较小的基因组(16.6 kb)构成，总共包含37个基因。在这37个基因中，有13个基因编码蛋白，24个基因编码tRNA和rRNA。这些基因都与呼吸链蛋白质的合成密切相关。
在人体的每一个细胞中，线粒体基因组都有着非常之多的拷贝数，线粒体基因组中发生的点突变或基因缺失与已经报道的数百种不同疾病密切相关。
线粒体及其DNA通过母系独立遗传，父系精子中的线粒体DNA在受精的同时被破坏。在大多数线粒体疾病患者体内，突变的线粒体DNA与正常线粒体DNA同时存在，这种现象被称为线粒体DNA异质性（mtDNA heteroplasmy）。
线粒体DNA异质性在线粒体疾病的发生过程中扮演者重要角色，当突变线粒体DNA占正常线粒体DNA比重超过70%-80%时，线粒体的功能会发生极大地改变，进而引起线粒体疾病。在有丝分裂或有丝分裂后的细胞组织生命历程中，线粒体DNA异质性通过细胞周期中线粒体DNA的独立复制不断发生改变，在这一过程中，缺陷线粒体便会通过大量耗能引起对肌肉、神经以及大脑等机体组织器官的伤害。
目前，对小鼠线粒体基因突变的研究已经证实了线粒体功能障碍与线粒体疾病的因果关系。线粒能量代谢、抗氧化效应、通过线粒体通透性转换孔(mtPTP)介导的细胞凋亡、线粒体融合以及线粒体DNA起源中的线粒体基因编码核DNA突变已经证明了线粒体表型功能缺陷的重要意义。
科学家通过核基因工程与对线粒体DNA的直接操作实现了线粒体DNA模型的修改，通过基因修饰构建了线粒体DNA突变的小鼠模型，通过将缺陷线粒体引入小鼠受精卵或通过线粒体DNA的限制酶酶切构建了线粒体DNA的特异性删除模型。
如何克服技术问题
在不考虑技术壁垒与伦理问题的情况下，为了降低患者mtDNA异质性，研究人员试图通过使用特异性核酸内切酶或抑制突变mtDNA的复制来移除患者体内的突变mtDNA。研究人员预计将有至多1-2%的mtDNA突变在干预之后得到保留，这样数量级的突变远远不能够引起任何线粒体疾病。
美国加利福尼亚拉荷亚萨克生物研究院基因表达实验室科学家Pradeep Reddy博士及其同事的相关科研成果发表在知名杂志Cell上（“Selective Elimination of Mitochondrial Mutations in the Germline by Genome Editing,” Cell 161:459-469, www.cell.com/abstract/S0092-8674(15)00371-2），他们开发了一系列通过选择性切除突变mtDNA，降低mtDNA异质性来阻止了线粒体疾病种系遗传的策略。
为了证明他们策略的有效性，研究人员使用携带两种mtDNA单倍型的NZB/BALB异质性小鼠BALB与NZB进行了实验，使用线粒体靶向性限制酶与转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)选择性地阻止了线粒体疾病在这些小鼠间的种系遗传。
为了测试这些定制线粒体TALENs体系在人体中的潜能，研究人员将小鼠卵母细胞与具有两种不同线粒体疾病的人体细胞融合，制造了一种人工哺乳动物卵母细胞。随即研究人员使用专门设计的线粒体TALENs体系对独立实验中的上述两种疾病携带线粒体进行了有效的降解，表明这种技术可能用于预防生殖系线粒体疾病的传播。
无独有偶，勒冈卫生科学大学灵长类研究中心的Masahito Tachibana博士及其同事的研究表明成熟非人类灵长动物（猕猴）卵母细胞的线粒体基因组可以被从卵细胞中分离的染色体纺锤体复合物取代 (“Mitochondrial Gene Replacement in Primate Offspring and Embryonic Stem Cells,” Nature 461, 367-372, doi:10.1038/nature08368)。线粒体替换的重构卵母细胞能够正常受精，胚胎发育正常并能产生健康的后代。遗传分析进一步证实卵母细胞改造后的三个后代核DNA与上述染色体纺锤体复合物来源细胞的核DNA完全不同，mtDNA则来自于细胞质供体，纺锤体供体的mtDNA在后代中不起任何作用。
文章的作者们人为他们的研究表明了纺锤体替代或许会成为一种完全替代后代胚胎干细胞线粒体的新方式，这种技术或许会成为防止线粒体遗传病在其家系中传播的重要选择。
线粒体疾病传播的预防
这类技术的理论目的是通过引入健康妇女的线粒体来对线粒体疾病患者卵母细胞或受精卵进行修正，进而生产健康的后代。虽然线粒体替换技术（MTR）能够在理论上解决线粒体疾病患者面临的生育问题，但是这种技术却面临着更多的伦理、社会以及政策问题(美国国家科学委员会， 2016，“Mitochondrial Replacement Techniques: Ethical, Social, and Policy Considerations” www.nationalacademies.org/hmd/Reports/2016/Mitochondrial-Replacement-Techniques.aspx)。
英国纽卡斯尔大学Wellcome Trust线粒体研究的研究人员认为正因为目前没有治疗线粒体疾病的有效方式，包括纺锤体转移等技术的体外受精(IVF)更加具有预防严重线粒体疾病在家系内传播的潜力。(New England Journal of Medicine “Mitochondrial Donation-How Many Women Could Benefit?” N Engl J Med 372:885-887, www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc1500960)。
Wellcome Trust的研究人员同时表示如果英国国会能够同意对原有相关监管规则的修改(《人类受精和胚胎学法案》，1990年)，他们将成立全球首家提供线粒体捐赠服务的机构。2015年2月，英国立法者认可了使用线粒体替换技术预防线粒体疾病传播的研究与应用。
线粒体替换技术的发展与应用在一定程度上取决于体外受精过程中病人的胚胎核基因组是否能与健康线粒体胚胎捐赠者的去核细胞充分结合，英国官方对这一技术的开放态度促使英国成为了全球首个明确允许这一技术合法实施的国家。
尽管如此，这项技术仍然面临着严格的监管，在服务的具体实施过程中相关机构与患者父母仍然需要得到英国人类受孕和胚胎学管理局的授权。实质上，英国法律允许妇女拥有不携带线粒体突变的生物学后代。但是由于涉及到对将发育成人胚胎DNA的编辑，这项技术目前仍然面临着很多质疑。
针对相关质疑，Wellcome group列出了这项革命性技术在医学领域的迫切需要，目前共有2473位与12423位15-44岁的英国，美国妇女可能会将致命的mtDNA疾病传递给他们的子女，总计每年152与778例的相关出生缺陷将在英国和美国发生。
Wellcome group总结道，虽然目前的临床线粒体转移实验能够经受得住伦理层面的考究，相关机构还是应该出台特定的实验要求及原则来应对线粒体转移技术的临床研究与可能在未来出现的临床转化。
在美国，没有一条法律禁止人类胚胎研究，但是基金对这类研究的限制却是确实存在的。Dickey-Wicker修正案下的联邦基金明令禁止对于人类胚胎科研性的改造与破坏。正如所料，生殖科学家表示这类基金和监管上的阻碍造成了美国在这一科研与创新疗法领域的严重落后。
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