英科學家利用粒線體轉植 避免基因遺傳罕病

文/生醫編輯 王盛腺苷磷酸(adenosine triphosphate, ATP)的功能是在細胞內負責爲代謝反應輸送化學能,日常的身體運動、器官與組織的正常運作都必須有賴 ATP。而細胞內約有 90 % 的能量 ATP 都由粒線產生,所以線體又稱爲「細胞電池」。粒線體除了爲細胞供能外,也與細胞分化、細胞信息傳遞、細胞死亡等過程相關,所以也擁有調整細胞生長和細胞生命週期的能力。

粒線體缺陷影響全身器官

粒線體因爲要產生能量,所以也是高度好氧的胞器。細胞內約有 90% 的氧氣都被粒線體所消耗。就像發電廠由複合的機械所運作,粒線體亦有五個複合體構成的呼吸鏈。粒線體 DNA缺損通常來自遺傳,這使得 細胞中的粒線體無法正常運作,因而無法提供充足的能量,全身需要能量的器官都會逐漸失去功能。

許多罕見疾病目前已被證實與粒線體基因異常相關。疾病的常見表現多不勝數,而就發生年齡層來說,可自新生嬰兒至成年人病徵通常會出現在腎臟、心臟、肝臟、腦、肌肉和中樞神經系統等最需要能量的器官。粒線體疾病的患者常常活不過嬰兒期,不過也可能發生在青少年成人時期。在成人身上,目前已知許多與老化相關疾病伴隨粒線體的功能缺陷,包括第二型糖尿病、帕金森氏症、動脈硬化性心臟病中風阿茲海默症癌症等。

根據罕見疾病基金會的統計資料,有近 50 種罕見疾病與粒線體異常相關,而國內約有 300-500 個家族有粒線體基因缺陷現象,缺陷率達萬分之一。

目前粒線體疾病並無法有效根治,目前多采取支持療法減緩疾病引起的症狀市面上可見的保養品成分輔脢 Q10 (Coenzyme Q10),就是一種常見粒線體病變病患的臨牀藥物。但衛服部自2006年已將其改列爲食品,健保也不再給付

粒線體疾病的遺傳方式

在1963年,研究人員才發現粒線體擁有不同於一般細胞的的遺傳物質(mitochondrial DNA,mtDNA),簡單的說,就是不同於一般細胞核的遺傳物質 (細胞核 DNA)。一般細胞分裂時會複製染色體,使得分裂後的兩個子細胞收到相同的染色體。但是細胞分裂時,粒線體的數量是隨機分配到兩個子細胞中,因此,哪個子細胞會得到帶有什麼基因的粒線體的機率不定,可能造成疾病的突變基因會隨機且不均勻地散佈在不同細胞中。

人類的粒線體 DNA 都是遺傳自母系。因爲人類卵細胞和大部分細胞一樣,粒線體分佈在細胞質中,精子細胞的粒線體則全部集中於尾部。受精期間,帶有基因的精子頭部進入卵細胞,尾部(包括粒線體)則留在外面,所以我們只會遺傳到母親的粒線體DNA。所以,因爲粒線體分裂的特殊方式,有些母親並不知道自己帶有突變的粒線體基因,因爲她本身並沒有出現症狀。而又因爲粒線體分配到子細胞的機率是隨機的,所以一位母親可能帶有危險基因但毫無發病症兆,而她如果同時育有多個孩子,遺傳到缺陷基因的機率也是隨機的,可謂隨機殺手。

子粒線體轉植 規避隨機罕病

但是,帶有異常粒線體基因的女性如果想要生小孩,該怎麼辦?

2015 年,英國就已通過法案允許採用「粒線體轉移」的人工生殖技術利用細胞核轉植的技術,排除母體原先粒腺體內的缺陷讓,讓擁有不正常受精卵的婦女可以生出正常小孩。

這項技術是於卵子受精隔日的原核期受精卵進行原核轉植,並將捐卵者取得的受精卵中的原核移除,而將粒線體基因不正常的婦女受精卵的原核移入正常的細胞質內,再將分裂成功的受精卵植回接受者子宮,後續則爲一般的懷孕過程。這可以避免婦女基因缺陷而產生有殘缺的寶寶,使得寶寶具有媽媽的基因,但又不會遺傳到危險的粒線體突變基因。

來自衛道人士提出爭議點也在此,因爲以這種方式誕生的寶寶將同時具有三人的 DNA,批評者認爲這種生養後代的方式,打破了「一父一母」的自然鐵律

不過其實,細胞核中有兩萬個基因,而來自捐卵者粒線體內的 DNA 非常少,只有 37 個基因,佔整個基因體的 0.1%。主要99.9%的DNA還是來自於原生父母,僅有0.1%纔是捐贈者。但因爲此一療法纔剛上路,所以第三人基因是否會對孩童造成影響,仍無定論,是科學家希望繼續探討的問題。

這項技術目前國內法令尚未許可,不過也許未來就會造福許多婦女,廣泛成爲改變許多人生命一種療法。

參考文獻

Tachibana M, Sparman M, Sritanaudomchai H, et al. Mitochondrial gene replacement in primate offspring and embryonicstem cells. Nature 2009;461:367-72.Craven L, Tuppen HA, Greggains GD, et al. Pronuclear transfer in human embryos to prevent transmission of mitochondrialDNA disease. Nature 2010;465:82-5.2015/1/29. Nearly 2,500 women could benefit from mitochondrial donation in UK. Science Daily.

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