众所周知，我们的遗传物质（DNA）不仅仅只存在于细胞核中，线粒体（mitochondrion）中同样有着自己的一套DNA——线粒体DNA（mtDNA）。人类mtDNA的长度为16569bp，拥有37个基因。mtDNA突变会带来母系遗传Leigh综合征、线粒体肌病、Leer遗传性视神经病、共济失调舞蹈病、骨骼肌溶解症等几十种遗传疾病。
2016年4月，一位出生在墨西哥的婴儿在全世界引起广泛关注和轰动，美国华裔医生张进（John Zhang）通过线粒体替代疗法（Mitochondrial Replacement Therapy，MRT）帮助一位患有母系遗传Leigh综合征的女性成功产下世界首例“三亲婴儿”。
线粒体替代疗法（MRT）主要有三种不同方案：原核移植、纺锤体移植和极体移植。张进团队选择了纺锤体移植的方法，将母亲的M2期卵母细胞的细胞核取出，然后与去除细胞核的供体（第三人）的卵子融合，再与父亲的精子进行受精，形成受精卵。
通过这种方法，能够替换掉这名母亲细胞中的患病线粒体，她有约四分之一的线粒体携带致病突变，此前曾有4个孩子因此流产，还有两个孩子在幼年夭折。张进团队使用这种方法培育出了5个胚胎，其中一个成功移植并诞下一名健康男婴。线粒体检测显示，这名男婴来自其母亲的基因突变线粒体比例不足1%，这一比例不会导致任何健康问题。
此后，张进向FDA提交临床试验申请，以通过线粒体替代疗法帮助携带线粒体基因突变的患者健康生育，但因为安全性、有效性尚未得到有效证明，以及存在伦理问题，该申请并未获得FDA批准。
每出生5000名婴儿中就有1人患有线粒体DNA有害突变引起的疾病，这些突变可能会包括大脑、心脏和肌肉在内的多器官和组织出现问题。线粒体替代疗法是一个充满争议的技术，也是唯一有效和有希望阻断线粒体基因突变相关疾病遗传的方法。但它的安全性究竟如何？
近日，解放军第七医学中心商微主任医师和北京大学生命科学学院汤富酬团队合作，在 PLOS Biology 发表了题为：Single-cell multiomics analyses of spindle-transferred human embryos suggest a mostly normal embryonic development 的研究论文。
研究团队使用单细胞多组学技术在早期人类胚胎中对线粒体替代疗法进行了第一次综合性研究，表明这种方法似乎不会影响胚胎的早期发育。
线粒体（mitochondrion），是真核细胞的“能量工厂”，线粒体内有一套独立于细胞核的遗传物质——线粒体DNA（mtDNA），线粒体DNA包括了37个基因，其中13个编码蛋白质，24个产生非编码RNA。线粒体DNA的突变可能导致线粒体功能障碍，从而引发疾病。由于线粒体在人体细胞中不可或缺的重要功能，这些疾病往往比较严重。
对于那些携带了致病线粒体基因突变的女性来说，线粒体替代疗法是唯一有希望阻断线粒体基因突变相关疾病遗传的方法。通过这种方法，将存在线粒体基因突变的母亲的卵子细胞核移植到拥有健康线粒体的供体（第三人）的去核卵子中，然后与父亲的精子进行体外受精，通过试管婴儿技术生下婴儿。通过该技术诞生的婴儿，其细胞核来自父母双方，而线粒体主要来自供体（第三人），因此属于“三亲婴儿”。
自2016年以来，全世界已有数名“三亲婴儿”诞生，也已有少数国家允许通过线粒体替代疗法生育“三亲婴儿”，但这种方法的安全性究竟如何，一直没有得到系统性研究。
在这项最新研究中，商微和汤富酬团队对线粒体替代疗法中的一种——纺锤体移植（也就是首例三亲婴儿使用的方法）的安全性进行了系统研究，
研究团队将数十个进行了纺锤体移植的人类胚胎与对照组胚胎进行了比较，在受精后允许这两组胚胎发育长达一周时间。使用单细胞多组学技术，系统分析了纺锤体移植的囊胚和对照组囊胚的基因组（拷贝数变异）、DNA甲基化组和转录组。
结果表明，与对照胚胎相比，纺锤体移植的胚胎中非整倍体细胞的百分比没有显著变化。纺锤体移植的囊胚与对照组囊胚的外胚层、原始内胚层和滋养外胚层具有相当的RNA表达谱。但纺锤体移植的囊胚的滋养外胚层细胞中的DNA去甲基化过程比对照囊胚中的稍慢。这表明纺锤体移植似乎不会影响早期胚胎发育。
美国哥伦比亚大学的干细胞生物学家 Dietrich Egli 表示，这项研究提供了高质量且大量的数据，是第一项对使用纺锤体移植产生的人类胚胎的全面对比研究。纺锤体移植的安全性是意料之中的，之前的动物研究和2016年出生的健康男婴就是证据，但直到这项研究结果的出炉才被最终证实。
西湖大学线粒体生物学家蒋敏研究员认为，线粒体替代疗法的长期影响仍不清楚。以目前的技术，仍有少量（约1%）来自母亲的携带基因突变的线粒体DNA会进入供体卵子中。而 Nature 发表的一项研究显示，这些来自母亲的线粒体DNA的比例会随发育而增加，从而增加后代患线粒体疾病的风险。线粒体与细胞核之间的相互作用还需要更多研究。目前的研究显示纺锤体移植有效，但还是需要通过临床试验调查使用该方法出生的孩子的长期健康状况。
目前，已有少数几个国家批准了线粒体替代疗法，例如英国和澳大利亚，而美国则禁止这项技术的应用。我国则禁止该技术用于治疗不孕症，但并未说明是否禁止该技术用于预防儿童遗传线粒体疾病。
据悉，商微团队原计划在中国开展线粒体替代疗法的临床试验，但在2018年“CRISPR baby”事件后，团队将重点转移到该技术的安全性研究上。
商微表示，线粒体替代疗法是一个充满争议的技术，希望通过这项研究为该技术的发展奠定基础。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2017.01.013
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001741
https://www.nature.com/articles/d41586-022-02792-8
转自：“生物世界”微信公众号
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