近日，剑桥大学的研究人员对35万人的生物数据进行分析后发现，母亲的线粒体DNA变异与后代2型糖尿病、多发性硬化等多种常见疾病风险升高密切相关。同时，母亲的线粒体DNA还会影响后代的身高和寿命。
该研究以“An atlas of mitochondrial DNA genotype–phenotype associations in the UK Biobank”为题，发表在最新一期的Nature Genetics杂志上，剑桥大学临床神经科学系Patrick F. Chinnery教授以及公共卫生与初级保健系教授Joanna M. M. Howson教授共同领导了这项研究。
对于这一研究，Howson教授表示，“除了线粒体疾病，我们通常不会将线粒体DNA变异与常见疾病联系起来。但现在我们已经证明，人类从母亲那里继承的线粒体DNA会影响一些疾病的风险，例如2型糖尿病、多发性硬化、腹主动脉瘤等等。”
人类线粒体DNA与疾病众所周知，构成人类基因组的几乎所有的遗传物质都储存于细胞核内，细胞核中的DNA编码不同的蛋白质使人类拥有不同的特征，协助人体完成不同的工作。而细胞中的线粒体主要是为细胞提供能量，线粒体通过将葡萄糖等营养物质转化成ATP来实现为细胞供能的目的。与此同时，线粒体中还包含极少量的DNA，人们称之为线粒体DNA，其含量仅占人类基因组的0.1%，并且只能通过母亲传递给后代。
人类线粒体基因组结构十分紧凑，仅由16569个碱基对组成，其中约95%的DNA序列用于编码13种蛋白质、22种转移RNA和2种核糖体RNA，这些物质是线粒体氧化磷酸化和ATP生产所必须的物质。此前的研究表明，虽然线粒体DNA仅占人类基因组的0.1%，但是其异常仍有可能导致一些严重的疾病。
线粒体疾病是由于各种原因使线粒体DNA或细胞核DNA发生基因突变，使线粒体内酶功能缺陷，ATP合成障碍，不能维持细胞的正常生理功能产生氧化应激，使氧自由基产生增加，诱导细胞凋亡。部分线粒体病仅累及单个器官，如leber遗传性视神经性病变仅累及眼睛，但常见的线粒体病往往累及多个器官，且大多表现出肌肉和神经病变。
在剑桥大学的研究人员看来，此前人们尚未发现线粒体DNA变异与常见疾病之间的关联，主要原因在于，常见疾病的病因较为复杂，而人们对复杂性状和线粒体DNA关联研究的能力不足。因此，此前虽有学者对线粒体DNA与常见疾病之间的关系进行了研究，但是往往得出相互矛盾的结论，且研究难以重复。
为了克服这一障碍，剑桥大学的研究的团队开发了一种新的模型，用于研究线粒体DNA和人类疾病特征的关系，并对英国生物数据库中的358000名志愿者生物数据进行了系统分析。结果发现，线粒体DNA不仅会导致一些罕见病，对于2型糖尿病、多发性硬化、肝肾功能、腹主动脉瘤、血细胞计数、寿命、身高等人常见疾病和特征都有显著的影响。事实上，此次实验中，研究人员一共发现了260种新的线粒体DNA相关表型。
近年来，线粒体移植疗法逐渐发展为一项炙手可热的技术，它使科学家能够用供体母亲的线粒体替代有缺陷母亲的线粒体，从而防止其后代患上危及生命的线粒体疾病。对此，本文的通讯作者Chinnery教授表示，“看起来，我们的线粒体DNA在某种程度上与我们核DNA相互匹配，我们不能随意交换线粒体DNA，就像不能随意输血一样。幸运的是，目前已有科研团队在探索线粒体移植疗法的可行性。”
总的来说，这一研究首次发现了线粒体DNA在多种人类常见疾病的关键作用，对于帮助人类了解线粒体遗传结构以及与核遗传物质之间的相互作用至关重要。本研究提供的线粒体DNA突变特征与相关表型集，也为将来线粒体基因组的研究奠定了基础。