著名干細胞專家Cell發表基因組編輯重大成果

　　 線粒體疾病是一種母系遺傳病，其可造成一系列令人衰弱的疾病，當前沒有治愈方法。在發表于4月23日《細胞》（Cell）雜志上的一項研究中，Salk研究所的研究人員報告稱首次成功嘗試使用基因編輯技術阻止了與多種人類線粒體疾病相關的突變線粒體DNA從小鼠母親處傳遞給后代。

　　領導這一研究的是Salk生物研究所資深教授Juan Carlos Izpisua Belmonte。Belmonte教授主要從事干細胞和再生醫學領域的研究，利用多種模式生物和人多能干細胞等工具探索心臟和血管等系統的發育與再生，以及通過體細胞重編程、去分化和轉分化等手段獲得功能性細胞的技術突破。在Cell，Nature，Cell Stem Cell等雜志上發表學術論文三百余篇，擔任多個學術期刊編委，榮獲各種獎項，其中包括Roger Guillemin Nobel Endowed Chair，Doctor Benepres Honor Prize等19項。

　　Belmonte說：“這一技術是基于單次注射mRNA到母親的卵母細胞或早期胚胎中，因此可以很容易地應用于全世界的試管嬰兒（IVF）醫院。由于線粒體DNA突變還與一些神經退行性疾病、癌癥和衰老有關聯，我們的技術有可能對于防止致病突變傳遞至后代具有廣泛的臨床意義。”

　　由于細胞大多數的能源都是由線粒體供給，它被稱作為是細胞的發電廠。機體的每個細胞包含有1000—10萬個線粒體DNA拷貝，其只通過母系遺傳傳遞。在大多數線粒體疾病患者中，細胞內突變和正常的線粒體DNA分子混合在一起，導致了如癲癇、癡呆、糖尿病、心臟衰竭、肝功能受損、失明和耳聾等各種健康問題。

　　當前，可以防止線粒體疾病由母親傳遞給孩子的治療方法有限。胚胎遺傳篩查可以部分降低傳遞線粒體疾病的風險，而一種叫做線粒體替代療法的治療方法當前正在美國進行評估，并即將在英國獲得批準。由于這種方法是采用另外的捐贈者所提供的健康線粒體，將來自三個不同個體的遺傳物質組合到一起，這引發了人們對于倫理、安全和醫療上的關注。

　　在這項新研究中，Belmonte和他的研究小組證實一種替代方法的治療前景，它利用了叫做限制性核酸內切酶和TALENs的DNA切割酶來直接糾正線粒體的突變DNA（延伸閱讀：Nature Methods：如何提高基因組編輯的特異性 ）。由于不需要供卵，這種基因編輯方法有可能比線粒體替代療法更安全、簡單且符合道德。

　　為了測試這種方法，研究人員利用了攜帶兩種不同線粒體DNA的小鼠模型，設計了TALENs和限制性核酸內切酶來靶向和破壞這些小鼠卵子中一種類型的線粒體DNA。這種方法降低了靶線粒體DNA的水平，而放過了非靶向的線粒體DNA。注射mRNA的小鼠胚胎顯示正常的發育模式，隨后研究人員將這些胚胎轉移至雌鼠體內，生成了各個器官中靶線粒體DNA低水平的健康幼鼠。并且，這些幼鼠表現正常的行為、線粒體功能和基因組完整性。并且，這些后代小鼠自身所生的幼崽中幾乎檢測不到靶線粒體DNA，證實這種方法有潛力阻止線粒體疾病跨代傳遞。

　　為了證實這一策略的臨床相關性，研究人員隨后篩查并測試了設計靶向人類線粒體DNA突變的TALENs，這些突變可引起兩種疾病——Leber遺傳性視神經病和肌張力障礙(LHOND)，及神經源性肌無力、共濟失調和視網膜色素變性(NARP)。這種方法使得小鼠卵子中的突變線粒體DNA顯著減少。“我們預計這種方法將會把突變線粒體DNA的比例降到觸發人類線粒體疾病的閾值以下，”Belmonte說。

　　但是在啟動臨床試驗之前，必須要評估將這種方法應用于線粒體疾病患者卵子中的安全性和效力。為了實現這一目標，Belmonte研究小組正在與幾個IVF醫院合作在線粒體疾病患者為研究目的捐獻的剩余人類卵子中測試這一技術。

　　“在我們看來，由于人類卵子中有成千上萬的線粒體DNA拷貝，線粒體DNA雙鏈斷裂通常會導致這些分子被清除，我們相信在生殖細胞中選擇性消除突變的線粒體DNA可能會比核基因組編輯更安全，因此為在人類胚胎中研究和利用這些新技術提供了一個起點，”Belmonte說。