据统计,每5000个孩子中就有1名由于线粒体(细胞中制造能量的结构)DNA中有害的基因变异而患有先天性疾病。这类疾病通常能严重影响孩子的心脏、肌肉或其他高耗能器官。而孩子的线粒体全部来自于母亲。为了阻止母亲将有害的基因通过线粒体遗传给孩子,一种方法便是将母亲卵子中的细胞核DNA移植到另一枚拥有健康线粒体的供卵(即来自另一名女性的卵子)中。当然,供卵中的细胞核已被清除。
这样一来,胚胎中就含有供卵女性的线粒体基因,与父母双方的核DNA。这就是2015年,在英国因投票表决是否应该禁止而引起轩然大波的一种新的基因疗法 -- 线粒体替代疗法,又称三人胚胎疗法。
而最新一篇发表在Cell Stem Cell的文章表明,这项新技术的前景似乎并没有那么乐观。要知道,虽然英国国家生育管理委员会还没有对线粒体免疫疗法的临床应用开绿灯,但英国政府去年已经投票通过线粒体替代疗法的合法化。而在美国,由国家科学院、工程院与医学院组成的联合小组甚至打算,如果实验数据良好就于今年推进该疗法的临床应用。
但是,问题的关键在于,现在的技术水平无法避免在供卵中还残留一些来自母亲的线粒体,占移植后胚胎中线粒体总数的2%以下。按理说,这点线粒体就算含有突变基因也不至于引起遗传疾病。但令研究人员担心的是,这些没被剔除干净的线粒体会随着胚胎的发育一起分裂繁殖。发表在Cell Stem Cell的这篇论文正是印证了这一担心。
Egli带领的研究团队将一组卵细胞中的核DNA移植到了另一组卵细胞内,将其转化成胚胎,并提取干细胞进行培养。转化后的胚胎中,残留的线粒体DNA平均占比只有0.2%,提取出的干细胞中残留的基因比例也大致如此,很低,似乎不必担心。但是干细胞培养后的结果却完全不同:随着细胞的成长分裂,残留线粒体DNA的占比从1.3%一跃升至53.2%,随后又垂直降落至1%。
团队又将细胞系分离培养,发现有时供卵的线粒体DNA占主导,有时残留的线粒体DAN占主导,甚至在有的实验中,供卵的线粒体DAN几乎被残留的线粒体DNA团灭。
两拨线粒体基因的竞争为何如此惨烈的原因至今不明。但是Egli的团队还是发现了一些蛛丝马迹:当两拨线粒体基因的基因序列差别较大时,残留的线粒体就会更加快速地复制自己的DNA。
比如在实验中,当把来自欧洲女性的卵细胞中的核DNA植入来自有非洲血统女性的供卵中时,残留线粒体DNA占比疯长。Iain Johnston,英国伯明翰大学的生物数学家表示他在小鼠实验中也得出过类此的结论,并认为如果有朝一日三人胚胎疗法真的应用于临床,供卵者必须要严格筛选,保证其线粒体与母亲的线粒体匹配度较高。
不过,也有科学家持不同的观点。
英国纽卡斯尔大学的生物学家Mary Herbert认为,线粒体在胚胎干细胞中的表现与其在正常的人类发育过程中的表现有很大不同。由于胚胎细胞的独特性,也许关注一下近日来同样沸沸扬扬的“人类胚胎在实验室中成功活过13天”这样的新闻意义更大些。
但无论怎样,HFEA(UK Human Fertilisation and Embryology Authority ,英国人工授精与胚胎管委会)表示将高度关注进一步的实验数据,以判断线粒体基因疗法的可行性。