線粒體替換技術 - 臨床應用的啟發

2016年2月24日

(阮綜合生殖醫學中心 , 李永全主任)

線粒體DNA（mtDNA）疾病的治療可能是需要極具針對性的“個人化”醫療方式。在線粒體染色體只包含37個基因, 16,569個鹼基對, 400多種已知名的致病突變或缺失被醫學家找到跟細胞粒腺體疾病有關 - 這些異質性線粒體疾病，雖然罕見，但是有明確的遺傳原因,發生率1/10000。嚴重受影響的狀況可能會出現在任何年齡層，通常為漸進的，有時是致命的神經，肌肉骨骼，心臟，胃腸道，腎，眼和聽力異常的組合性症狀。針對線粒體疾病,雖然基於症狀處理的一般臨床處置是有益的, 美國食品和藥物管理局（FDA）還沒有通過任何特別有效的治療方法，。

儘管線粒體DNA（mtDNA）疾病有準確定義的病因，它往往很難預測發作或預估疾病不同程度的臨床表現：罪魁禍首也就是線粒體DNA突變僅在一部分體內的線粒體出現。建立在治療原則”越少越好” (Less is better)，把線粒體DNA突變降低到最低。動物和體細胞研究模型都集中在這一個潛力區塊，用內切酶，TALEN（transcription activator–like effector nuclease轉錄激活子樣效應核酸酶），或CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeats聚集定期相互間隔短回文重複）-Cas9技術選擇性地定位瞄準(Target) 並降低基因組窩藏特定線粒體DNA突變，與未突變線粒體基因組增殖足以支持正常的線粒體能源生產和恢復器官的健康水準。但是，醫學界還沒有安全傳輸機制來完成在病患線粒體疾病的器官中進行“異質性轉變療法”。

生殖科學家都在想通過更換”窩藏致病突變線粒體”防止傳給下一代（實際上替換染色體”梭狀體”(spindle apparatus)或前核(pronucleus) 的所有內容）在載體母親的卵母細胞或合子與含有健康線粒體基因組的線粒體（參見圖1)。由於線粒體基因組被隔離在線粒體內，在每個細胞核以外就多出這兩萬多個線粒體基因，由另一名健康的女子提供的卵母細胞取代突變線粒體。線粒體只經過母親生殖細胞遺傳，所以在卵母細胞或受精卵階段的至置換療法理論上只需要進行一次更換，就可以防止線粒體遺傳性疾病的孩子表現臨床後遺症，如果這個孩子是女性，在她的未來後代將可從根本上避免了突變線粒體的疾病。

這種線粒體替代技術可行性已在動物模型中被證明，非人類靈長類動物治療過後的後代已經出生，沒有明顯的線粒體疾病。方法是通用的：不是針對特定的突變，替換所有的突變線粒體和突變線粒體DNA的生殖細胞，可以適用於減少任何線粒體DNA遺傳疾病的傳播。準爸爸準媽媽們, 現在假如擔心高齡試管嬰兒健康問題, 也可以考慮接受胚胎植入前遺傳學診斷（PGD），即通過體外受精胚胎胚葉細胞切片後去測試和排除已知異常染色體的影響。但是, 要注意的重點在於有做PGD卻沒有線粒體替換技術,現行接階段還無法完全根除線粒體疾病，如果突變線粒體DNA數量能夠低到某個程度，將可減少孩子會表現疾病的風險。諷刺的是，生物學因素限制我們預測在胚胎階段的線粒體疾病（線粒體染色體位於的細胞核外的位置，和細胞核有異質性，線粒體基因組的複製不可預測，和整體細胞分裂時間也不同步）。新觀念將打開一個新通路，以後準備懷孕的夫妻也許將有新技術創建無線粒體疾病的胚胎。