由纽约干细胞基金会（NYSCF）实验室和哥伦比亚大学医学中心（CUMC）的科学家们组成的一个联合小组开发了一种新技术，或许可以阻止儿童线粒体疾病遗传。这一研究发表在《自然》（Nature）杂志上。
NYSCF实验室的Dieter Egli博士和Daniel Paull博士，以及CUMC的Mark Sauer博士和Michio Hirano博士，在新研究中演示了如何在人类卵细胞之间成功地转移细胞核。这一里程碑式的成果将对有可能遗传线粒体疾病的儿童产生重要的影响。
线粒体是负责细胞维持和生长的重要细胞器。它们具有自己的一套基因，由母亲传递给孩子。尽管线粒体DNA只占个体2万多个基因中的37个，线粒体基因突变却会导致有害效应。
由于线粒体DNA突变所导致的线粒体疾病，大约每1万人就有1人受累，而每200个携带突变线粒体DNA的个体差不多有1人罹患这类疾病。症状通常在儿童期即显现，可导致发育障碍、肾脏疾病、肌无力、神经系统疾病、视力和听力丧失，以及呼吸系统问题等等。在世界范围内，大约每30分钟就有一名线粒体病患儿出生，且目前尚无法治愈这些破坏性的疾病。
研究的共同作者、NYSCF实验室资深研究员Egli博士说：“通过这项研究，我们证实应该有可能阻止线粒体疾病遗传。我们希望这一技术能够迅速推动到临床，在人类临床研究中能够演示如何利用这一过程来帮助防止线粒体病。”
在这项研究中，研究人员移除了一个未受精卵细胞的细胞核，用另一个供体卵细胞的细胞核来替代它。生成的卵细胞包含供体的基因组，但却没有她的线粒体DNA。研究表明这种转移没有对卵细胞产生可检测到的不利影响，这是临床转化的先决条件。研究人员是通过一种新技术，在核转移前降低卵细胞温度从而取得这一成果的。从前的研究报告大约50%的卵细胞存在不良后果。
研究人员随后通过一种称作孤雌生殖（parthenogenesis）的技术人为激活了卵细胞，并获得了来自发育胚泡的干细胞系。将这些细胞系培育超过1年，它们生成了诸如神经元、心脏细胞和胰腺β细胞等受到突变线粒体DNA影响的成体细胞类型。研究人员证实无法检测到供体基因组原始线粒体水平，表明永久地消除了这一线粒体DNA，从而阻止了一个家庭的后代生成这些疾病。
当前阻止线粒体疾病的治疗方案极为有限。一名具有线粒体疾病家族史的妇女或许会放弃生孩子。她或许会选择用捐赠的卵子进行体外受精（IVF）；然而，这意味着孩子将在遗传上与她不存在亲缘关系。作为另一种选择，患者可以接受IVF治疗，通过产前筛查，让医生挑选出来自母亲的，具有最小可能性携带线粒体DNA缺陷的卵子。然而，这并不是一种十分有效的筛查过程，她的孩子或许仍然会受线粒体疾病的影响。
“携带突变线粒体DNA的妇女可能不再需要担心她们的孩子将会生病。通过这种技术我们或许可以为妇女们提供一种治疗方法防止这些疾病，”论文的共同作者、哥伦比亚大学医学中心生殖内分泌学主任、妇产科副主任Sauer博士说。
纽约干细胞基金会首席执行官Susan L. Solomon 说：“这些研究结果集中体现了纽约干细胞基金会的目标和愿望，即加快寻找治疗，并预防疾病。这项研究强调了跨学科合作的重要性，研究人员和临床医学之间的紧密合作实现了从前不可能获得的巨大进展。”
“一名患者有将缺陷线粒体传递给孩子的风险，对此我们常常知道得太晚。这对于患者和她得家庭绝对是毁灭性的。新技术提供了一种有效的解决方法，确保卵细胞中仅有健康的线粒体，”哥伦比亚大学医学中心成人肌营养不良症协会诊所共同主任、神经病学教授Hirano说。
科学家们计划利用这一技术走向临床应用。下一步包括生成更多的无线粒体疾病的卵细胞，并在动物模型中生成健康后代。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11800
PMC:
PMID:
Nuclear genome transfer in human oocytes eliminates mitochondrial DNA variants
Daniel Paull Valentina Emmanuele Keren A. Weiss Nathan Treff Latoya Stewart Haiqing Hua Matthew Zimmer David J. Kahler Robin S. Goland Scott A. Noggle Robert ProsserMichio Hirano Mark V. Sauer Dieter Egli
Mitochondrial DNA mutations transmitted maternally within the oocyte cytoplasm often cause life-threatening disorders. Here we explore the use of nuclear genome transfer between unfertilized oocytes of two donors to prevent the transmission of mitochondrial mutations. Nuclear genome transfer did not reduce developmental efficiency to the blastocyst stage, and genome integrity was maintained provided that spontaneous oocyte activation was avoided through the transfer of incompletely assembled spindle–chromosome complexes. Mitochondrial DNA transferred with the nuclear genome was initially detected at levels below 1%, decreasing in blastocysts and stem-cell lines to undetectable levels, and remained undetectable after passaging for more than one year, clonal expansion, differentiation into neurons, cardiomyocytes or β-cells, and after cellular reprogramming. Stem cells and differentiated cells had mitochondrial respiratory chain enzyme activities and oxygen consumption rates indistinguishable from controls. These results demonstrate the potential of nuclear genome transfer to prevent the transmission of mitochondrial disorders in humans.
