一種旨在防止母親透過線粒體（細胞的能量產生結構）將有害基因遺傳給孩子的基因治療技術可能並非總是有效。
線粒體替代療法 涉及用健康捐贈者的線粒體替換有缺陷的線粒體。但實驗表明，如果即使在轉移後仍保留少量突變線粒體（一種常見情況），它們也可能在兒童細胞中勝過健康的線粒體，並可能導致該療法旨在避免的疾病。
紐約幹細胞基金會研究所的幹細胞科學家迪特·埃格利說：“這將違背進行線粒體替代的目的。”埃格利領導了這項研究。埃格利表示，這一發現可以指導如何克服這一障礙，但他建議在此期間不要使用該程式。
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英國政府去年 將線粒體替代療法合法化，儘管該國的生育監管機構尚未批准其在臨床中使用。在美國，國家科學院、工程院和醫學院召集的一個小組今年 建議批准該技術的臨床試驗，前提是臨床前資料表明它是安全的。
缺陷被延續
多達 5000 名兒童中就有 1 名患有線粒體 DNA 中的有害基因突變引起的疾病；這些疾病通常影響心臟、肌肉和其他能量需求大的器官。兒童從母親那裡繼承所有線粒體。
為了防止攜帶有害線粒體突變的母親將其遺傳給孩子，提議的補救措施是將她的卵細胞的核 DNA 移植到另一個捐贈者的卵細胞中，該卵細胞具有健康的線粒體（並且已清空了自己的細胞核）。由此產生的胚胎將攜帶捐贈女性的線粒體基因，以及他們父親和母親的核 DNA。這些有時被稱為三人胚胎。
當前的技術無法避免將少量母親的線粒體拖入捐贈者的卵細胞中，總計不到由此產生的胚胎匯流排粒體的 2%。這不足以引起健康問題。但研究人員擔心，隨著胚胎的發育，有缺陷的“攜帶”線粒體的比例可能會上升。英國人類受精與胚胎管理局 (HFEA)（將監督線粒體替代的臨床應用）呼籲對這種可能性進行研究。
埃格利今天發表在《Cell Stem Cell》雜誌上的研究提供了一些清晰的認識。他的團隊使用了來自具有健康線粒體的女性的卵細胞，但在其他方面遵循了類似於真實療法的程式：將核 DNA 從一組卵細胞移植到另一位女性的卵細胞中。然後，該團隊將這些卵細胞轉化為具有兩個母體基因組副本的胚胎，這個過程稱為孤雌生殖。（線粒體替代通常在用精子受精的卵細胞上進行，但埃格利的研究小組希望排除父本 DNA 的任何作用。）然後，研究人員從胚胎中提取幹細胞，並在實驗室的培養皿中培養細胞。
平均而言，胚胎僅攜帶 0.2% 的攜帶線粒體 DNA (mtDNA)，最初由此產生的胚胎幹細胞也含有類似的微量水平。但一種幹細胞培養顯示出顯著的變化：隨著細胞的生長和分裂，攜帶的 mtDNA 水平從 1.3% 躍升至 53.2%，隨後又暴跌至 1%。當研究小組將該細胞系分成不同的培養皿時，有時捐贈者卵細胞的 mtDNA 勝出；但在另一些情況下，攜帶的 mtDNA 占主導地位。
在另一組實驗中，低水平的攜帶 mtDNA 在胚胎幹細胞和由這些細胞製成的組織中始終勝過捐贈者 mtDNA。
競爭 DNA
攜帶的線粒體如何升至主導地位尚不清楚。埃格利的研究小組沒有發現任何證據表明它們幫助細胞更快地分裂——例如，透過提供額外的能量。埃格利懷疑復甦發生的原因是，一個線粒體能夠比其他線粒體更快地複製其 DNA，他說，當兩個線粒體群體之間存在較大的 DNA 序列差異時，這種情況更有可能發生。在他的團隊的研究中，當一名線粒體在歐洲人中常見的女性的細胞核被插入到一名線粒體通常在具有非洲血統的人身上發現的女性的卵細胞中時，攜帶的 mtDNA 的反彈最為顯著。
英國伯明翰大學的生物數學家伊恩·約翰斯頓說，這種理論是有道理的。他是一個團隊的成員，該團隊發現，在同時擁有來自實驗室和遠親野生種群的線粒體的小鼠中，一個線粒體譜系往往占主導地位。約翰斯頓說，如果線粒體替代療法確實進入臨床，那麼應該選擇捐贈者，使其線粒體與接受母親的線粒體非常匹配。
但英國紐卡斯爾大學的生殖生物學家瑪麗·赫伯特是一個追求線粒體替代療法的團隊的成員，她說，與正常人體發育相比，線粒體在胚胎幹細胞中的行為非常不同。突變線粒體的水平在幹細胞中可能會劇烈波動。她說：“它們是特殊的細胞，它們似乎自成一體，”她稱最新報告的生物學相關性“值得懷疑”。她認為，來自在實驗室中培養近兩週的人類胚胎的資料將比埃格利的幹細胞研究提供更有用的資訊。
HFEA 發言人表示，該機構正在等待關於線粒體替代的安全性和有效性的進一步實驗（包括來自赫伯特團隊的資料），然後才能批准可能成為世界上首例人體線粒體替代的療法。
埃格利希望 HFEA 考慮他團隊的資料。他認為他們發現的問題是可以克服的，例如，透過改進技術以降低攜帶線粒體的水平或匹配捐贈者，使其線粒體不太可能競爭。在確定這肯定之前，他主張謹慎。“我不認為在這種不確定性的情況下繼續前進是明智的決定。”
本文經許可轉載，並於 2016 年 5 月 19 日首次發表。