线粒体疾病阻断研究取得重要进展，又一硬核科研成果登上《Nature Biomedical Engineering》

2022年4月18日，广东省第二人民医院（以下简称“省二医”）生殖医学中心的罗世明研究员、欧湘红教授和孙青原研究员等在国际知名期刊Nature Biomedical Engineering（IF=25.671）上以Article形式在线发表了题为Reduction of mtDNA heteroplasmy in mitochondrial replacement therapy by inducing forced mitophagy的研究论文，建立了一种利用强制性线粒体自噬清除线粒体置换过程中残留线粒体DNA的技术体系。

本次论文的发表标志着省二医基础科研与临床的结合再次迈上了一个新台阶，获得本领域专家的重大关注，其中山东大学的陈子江院士和中国科学院分子细胞创新卓越中心李劲松院士做出点评，一致认为该研究结果对于促进利用辅助生殖技术阻断线粒体相关疾病具有重要意义。

遗传是影响健康的最重要因素，基因组变异通常会直接导致遗传性疾病的产生。除了细胞核中的基因组外，细胞中还有另外一套基因组存在于线粒体中，即线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）。线粒体是细胞中负责产生能量的重要细胞器，机体中90%以上可直接利用的能量ATP是经由线粒体的电子传递链所产生。因此，线粒体基因组发生突变时会严重损害健康，甚至会导致mtDNA相关疾病的发生，如LHON视神经萎缩症、线粒体脑肌病、线粒体肝病等。

目前，并没有针对mtDNA相关疾病进行治疗的有效方法，但是考虑到mtDNA经由母亲遗传给后代（也称为母系遗传，即该疾病仅通过母亲进行遗传），可以利用辅助生殖技术对其进行阻断，将突变的mtDNA替换为正常的mtDNA。其基本原理如图一所示，首先通过显微操作技术将一个拥有正常线粒体基因组的卵子或者受精卵中的细胞核进行移除（称为核受体），同时，将突变线粒体基因组卵子或受精卵中的细胞核取出（称为核供体），然后再通过细胞融合将核供体的细胞核置于去核的核受体细胞质中，该技术称为线粒体移植技术。

图1，线粒体置换技术原理图

通过线粒体移植技术所诞生的婴儿将拥有自己父亲和母亲的核基因组以及第三方母亲的线粒体基因组，因此称为三亲婴儿。由于核基因组是决定个体性状如身高、相貌等的最主要遗传因素，三亲婴儿与正常受精所诞生的婴儿一样，其最重要的遗传性状都决定于自己的亲生父母。

由于显微操作过程中，会携带部分原有的突变mtDNA到新的胚胎中，并经过一定的方式如基因漂移和富集等进行扩增，从而存在继续影响其后代健康和发生遗传的风险。因此，如何清除操作过程中的突变mtDNA是线粒体置换技术中悬而未解的关键问题。

省二医生殖医学中心的罗世明研究员、欧湘红教授和孙青原研究员 等利用分子生物学技术、细胞生物学技术和显微操作技术，首先对核供体线粒体进行了自噬受体的标记，之后再通过显微操作进行线粒体置换，最终诱导了强制性线粒体自噬，使得核供体的线粒体（相当于突变mtDNA）可以选择性被降解，而对核受体中正常的线粒体则无明显影响（如图2所示）。该技术所介导的线粒体置换技术显著改善了mtDNA残留的问题，在将近70%的胚胎和小鼠后代组织中未能检测到mtDNA的残留，即使在能检测到mtDNA残留的样本中，其含量也极低，平均仅为0.09%。而常规线粒体置换技术产生的胚胎和小鼠后代组织中，所有的样本均能检测到mtDNA的残留，残留量约为4%。此外，该技术对胚胎发育率、后代出生率、以及后代生长曲线和行为学无明显影响，具有较好的安全性。三原核胚胎通常是由于两个精子受精而产生，会发生发育阻滞，临床上属于废弃胚胎，因此，成为了科研工作中较为常用的研究对象。研究的最终目的为服务于临床，因此，研究人员进一步利用三原核废弃胚胎验证了该技术的有效性和安全性，为其临床应用打下了坚实的基础。

图2，利用强制性线粒体自噬降解线粒体置换过程中来源于核供体胚胎的线粒体模式图

如上，该技术对于线粒体置换技术的应用具有非常重要的意义，领域专家陈子江院士和李劲松院士对该工作进行了专家点评，两位院士对该研究结果予以了充分的肯定，并指出该技术具有更宽的应用范围，如克隆和半克隆技术中mtDNA的清除等。 省二医生殖医学中心的研究助理范晓燕、郭磊博士、和陈雷宁副主任医师为该论文的第一作者，罗世明研究员、欧湘红教授和孙青原研究员为共同通讯作者。 此外还有中国科学院动物研究所、华南师范大学脑科学与康复研究院和青岛农业大学生命科学学院的研究团队参与了该项目的研究。该课题得到国家重点研发计划“生殖健康及重大出生缺陷防控研究”重点专项（2018YFC1004800），国家自然科学基金面上项目（82071714, 81971357），以及广东省重点领域研发计划（2019B030335001）的资助。

科研与临床工作相辅相成、相得益彰，临床为科研提出问题和需求，科研为临床解决问题提供方法和思路。省二医生殖医学中心在做好临床工作的同时，长期致力于临床问题导向的科研工作发展，在院领导的支持和鼓励下， 于2017年年底成立了生殖力保护实验室，引进了国家杰青孙青原研究员为核心的科研团队，为中心的科研注入强大的力量，以期为辅助生殖提供更为科学和先进的技术，最终为不孕不育患者的治疗提供更为个性化和有效的治疗方案。 该技术的产生即为临床和科研相结合的典型代表性成果，有望将来被用于线粒体置换技术中彻底消除突变mtDNA的残留。

◢中心科研团队介绍◣

广东省第二人民医院（广东省应急医院）是广东省卫生健康委员会直属管理的综合性三级甲等医院，广东省高水平医院建设单位，其生殖医学中心是广东省名牌科室之一，成立了以解决生殖医学临床问题为导向的“生育力保护实验室”及“代谢与生殖粤港联合实验室”，聚焦生育力保护和辅助生殖技术的研究。目前实验室面积约1800平方米，科研专用设备1700余万元，目前科研团队共有PI 8人，科研秘书2人，科研辅助人员4人，博士后和研究生19人，其中国家杰出青年基金获得者1人，国家百千万人才国家级人选1人，广东省杰出青年基金获得者1人，中国科协青年托举人才1人，广东省杰出青年医学人才2人，初步形成了一支在国内生殖医学研究领域具有重要影响的科研团队。

生殖细胞发生障碍和早期胚胎发育失败是导致不孕不育的重要原因，是辅助生殖临床常见的难题。生殖医学中心研究团队围绕生殖细胞和早期胚胎发育遗传和表观遗传控制及雌性生育力维持与保存等关键科学及临床问题开展研究工作。2021年度，团队成员获得“生育健康及妇女儿童健康保障”及“干细胞与转化研究”国家重点研发计划课题和子课题4项，国家自然科学基金项目2项，中国科协和广东省人才项目2项，省部级项目3项，实际总经费1214余万元，居国内同领域前列。

近3年间，团队成员与国内多家单位合作，以（共同）第一或通讯作者发表国际期刊论文50余篇，其中影响因子大于10的论文12篇，主要工作发表于Nature Cell Biology、Nature Biomedical Engineering、Nature Communications、Nature Aging、Nucleic Acids Research、Cell Death & Differentiation、American Journal of Human Genetics、Advanced Science、Cell Discovery、Human Molecular Genetics、Genetics等知名杂志，并获得授权专利共计5项。

联合出品

融媒体中心·生殖医学中心

内容编辑   何昊书    校对  张云竹

审核/发布  周颖怡