三親嬰兒“替換”技術(shù)揭秘

《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》近日公布了兩項突破性臨床醫(yī)學(xué)成果，均涉及治療卵子線粒體DNA異常的女性，目的是讓其擁有健康后代。其中一項成果備受國際生殖醫(yī)學(xué)界矚目：有8名嬰兒通過三親嬰兒技術(shù)出生，最大的2歲多，最小的不滿5個月，截至目前，無人出現(xiàn)遺傳病癥狀。

為彌補遺傳缺陷，這些嬰兒在基因?qū)用嬗懈改负土硪幻】倒w女性的DNA，因此也被稱為“三親嬰兒”。那么，這項曾引起巨大爭議的輔助生殖技術(shù)現(xiàn)在“功”“過”有定論了嗎？三親嬰兒是“超人”還是與正常嬰兒無異？相關(guān)倫理問題有沒有得到解決？未來應(yīng)用前景如何？諸多問題都將伴隨三親嬰兒的出生和成長，在實踐中逐一得到驗證。

母親線粒體DNA異常會遺傳

三親嬰兒指同時擁有父親和母親的細(xì)胞核DNA以及捐贈者線粒體DNA的孩子。與正常孕育出生的嬰兒相比，三親嬰兒體內(nèi)多出了捐贈者提供的正常卵細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜和其中的線粒體。

為什么要孕育三親嬰兒？10年前，英國率先立法允許三親嬰兒技術(shù)實施，原因是一些女性的線粒體DNA有突變或缺陷，可能導(dǎo)致后代患上多種疾病。

新生命的誕生需要精子與卵子的結(jié)合，受精卵中父母生殖細(xì)胞的DNA決定了后代身高、膚色及個性傾向等特征，然而，在細(xì)胞DNA之外，還有其他的DNA（基因）同樣會影響后代的生長發(fā)育和健康狀況，如細(xì)胞中的線粒體DNA。

細(xì)胞核DNA中約有2萬個基因，線粒體DNA僅包含37個基因，并擁有一套自成體系的遺傳指令。雖然線粒體DNA的基因很少，但至關(guān)重要，它們編碼了能量供給和生產(chǎn)線上極為關(guān)鍵的一些蛋白質(zhì)和工具。而且，線粒體DNA幾乎全部來自母親。因此，母親的線粒體DNA有突變、缺陷或異常便會遺傳給后代，埋下多種疾病隱患，包括神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如癲癇、卒中樣發(fā)作、肌張力低下，以及運動、認(rèn)知、視力、聽力障礙等；運動系統(tǒng)疾病，如肌無力、運動不耐受、肌肉萎縮等；循環(huán)系統(tǒng)疾病，如心肌病、心律失常等；消化系統(tǒng)病變，如肝臟疾病、消化不良、便秘等；內(nèi)分泌系統(tǒng)病變，如糖尿病、生長發(fā)育遲緩等。

線粒體出現(xiàn)異常，會以不同方式和程度來影響后代健康。這種影響分為全部影響（同質(zhì)性）和部分影響（異質(zhì)性）。

同質(zhì)性是指女性卵細(xì)胞中所有線粒體DNA都帶有致病變異，其所有后代都將全部繼承這些有問題的線粒體DNA，患上多種疾病。異質(zhì)性則是指女性卵細(xì)胞中既有正常的線粒體DNA，也有變異的線粒體DNA。其中，變異線粒體DNA的比例（異質(zhì)性程度）決定了對后代影響的程度。當(dāng)線粒體DNA變異比例超過疾病的致病閾值（一般是60%至80%），細(xì)胞和器官的能量供應(yīng)就會出現(xiàn)嚴(yán)重故障，導(dǎo)致心律不齊、呼吸困難等。

女性卵子中線粒體DNA是否異常，是同質(zhì)性的還是異質(zhì)性的，可以通過醫(yī)學(xué)手段檢測出來。即便如此，異常的線粒體DNA分配給后代多少也存在很大的隨機性和偶然性，這被稱為遺傳瓶頸效應(yīng)。

篩選與替換技術(shù)各有所長

避免將線粒體異常遺傳給后代有兩種方式：一種是篩選，即篩選和排除掉異常線粒體，僅保留正常線粒體，以孕育后代；另一種是用替換技術(shù)產(chǎn)生三親嬰兒，即用正常女性的健康線粒體來替換異常線粒體。

相對來說，篩選技術(shù)比較簡單，在胚胎植入母親的子宮之前進行檢測，即植入前胚胎遺傳學(xué)檢測（PGT）或植入前胚胎遺傳學(xué)診斷（PGD），也就是通常所說的第三代試管嬰兒技術(shù)。這種技術(shù)適合于異質(zhì)性（部分）線粒體異常的女性，但需要進行大海撈針式的篩選。

對于同質(zhì)性（全部）線粒體DNA異常，只能采用替換線粒體DNA的技術(shù)，即原核移植（PNT），產(chǎn)下的孩子就是前面提到的三親嬰兒。三親嬰兒技術(shù)的具體操作是，采用丈夫的精子、妻子（即線粒體DNA異常者）和捐贈者的卵子，同步進行人工生殖操作。先在體外完成授精并等待8小時至13個小時，精卵結(jié)合的原核形成后，再采用顯微操作針將受精卵中的原核（包含父母雙方的細(xì)胞核DNA）吸出，注入已被去除細(xì)胞核的捐贈者的受精卵中，形成一個沒有線粒體缺陷的重組受精卵，從而得以孕育健康的后代。

《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》發(fā)表的其中一項研究采用的就是這種替換技術(shù)。22名攜帶同質(zhì)性線粒體DNA的女性患者中，有8人接受了線粒體捐贈治療，誕下8名三親嬰兒，性別為4男4女。目前，還有1名尚在腹中的胎兒未計入。8名三親嬰兒出生時都很健康，且發(fā)育正常。有5個孩子至今沒有出現(xiàn)任何健康問題，其余3個孩子中，有1人出現(xiàn)過短暫的肌肉抽搐，后癥狀自行消失；1人出現(xiàn)過高血脂和心律不齊，經(jīng)治療恢復(fù)正常；1人因尿路感染而發(fā)燒，屬于常見疾病，已治愈。

不過，采用PNT技術(shù)孕育三親嬰兒的難度和復(fù)雜性更大。

首先，受精率不高，在接受PNT的患者組中，其卵子在胞漿內(nèi)單精子注射（ICSI）后的正常受精率只有48.5%，遠(yuǎn)低于PGT組的66.5%和健康卵子捐贈者組的63.8%。研究人員認(rèn)為，這可能與卵子玻璃化冷凍有關(guān)。這是一種將卵子快速冷凍保存的技術(shù)，通過使用高濃度冷凍保護劑和極快的降溫速度，使卵子在極短時間內(nèi)達到玻璃化狀態(tài)，避免傳統(tǒng)冷凍方法中冰晶形成對卵子造成的損害，以提高卵子解凍后的存活率和受精率。

其次，胚胎發(fā)育一波三折。有幸通過PNT成為胚胎后，達到優(yōu)質(zhì)和良好等級的囊胚比例為63.2%，這意味著一旦胚胎跨越了受精的門檻，健康的線粒體環(huán)境將為其后續(xù)發(fā)育提供更好的支持。然而，在臨床成功率上這種優(yōu)勢并未完全得到轉(zhuǎn)化，每次胚胎移植后，PNT組獲得的臨床妊娠成功率為20%，也就是說，目前在臨床應(yīng)用上，三親嬰兒的成功率較低。

致病線粒體“復(fù)制優(yōu)勢”尚待驗證

從目前公布的情況來看，8名已出生的三親嬰兒沒有表現(xiàn)出他們母親所攜帶的線粒體疾病跡象，但未來，還需要繼續(xù)觀察和深入研究。

此前，業(yè)界對三親嬰兒有一個擔(dān)憂：受精卵的細(xì)胞核被移植到已去除細(xì)胞核的供者卵細(xì)胞中時，仍然會攜帶少量來自母親的致病線粒體，隨著胚胎的發(fā)育，致病線粒體的比例是否會增加到足以引發(fā)疾病的水平？

為此，研究團隊進行了基因檢測確認(rèn)和研究。結(jié)果顯示，8名三親嬰兒中，有5人沒有或只檢測到極低水平的來自母親的致病線粒體，另外3人的致病線粒體比例從5%到16%不等。研究人員認(rèn)為，這些異常線粒體的比例低于足以引發(fā)疾病的閾值，可視為這一技術(shù)阻斷線粒體遺傳病取得初步成功。

有幸通過PNT成為胚胎后，達到優(yōu)質(zhì)和良好等級的囊胚比例為63.2%，這意味著一旦胚胎跨越了受精的門檻，健康的線粒體環(huán)境將為其后續(xù)發(fā)育提供更好的支持。然而，在臨床成功率上這種優(yōu)勢并未完全得到轉(zhuǎn)化，每次胚胎移植后，PNT組獲得的臨床妊娠成功率為20%，也就是說，目前在臨床應(yīng)用上，三親嬰兒的成功率較低。

對于殘留的致病性線粒體DNA，有一個假說：復(fù)制優(yōu)勢。有研究者認(rèn)為，在某些情況下，來自線粒體異常母親的線粒體DNA可能比捐贈者的線粒體DNA具有更強的復(fù)制能力，導(dǎo)致后代的線粒體DNA異質(zhì)性水平在發(fā)育后期上升，從而誘發(fā)線粒體缺陷相關(guān)疾病。

盡管“復(fù)制優(yōu)勢”是假說，但也需謹(jǐn)慎尋求科學(xué)的驗證。對于這8名以及未來的其他三親嬰兒，還應(yīng)進行長時間研究和觀察，確認(rèn)其是否真能完全避免線粒體遺傳病的發(fā)生。

捐贈線粒體基因不是“轉(zhuǎn)基因”

一直以來，圍繞三親嬰兒最具爭議的其實是“超人”問題。過去很多人擔(dān)心，三親嬰兒可能創(chuàng)造出“超人”，因為其擁有一個父親和兩個母親的基因。在全球經(jīng)過多年的激烈辯論，以及經(jīng)歷了超過10年的科學(xué)評估、公眾咨詢和立法討論后，英國才在2015年成為首個明確立法并監(jiān)管線粒體捐贈臨床應(yīng)用的國家。

2023年，有報道稱英國已有5名三親嬰兒出生，但細(xì)節(jié)不明，人們不知道這些嬰兒是否正常，也不清楚該項技術(shù)的有效性如何?，F(xiàn)在，8名三親嬰兒的情況正式公布，初步解答了大家對三親嬰兒的一些疑問，尤其是三親嬰兒不可能創(chuàng)造“超人”。

三親嬰兒體內(nèi)超過99.8%的DNA來自其父母，相貌、血型、染色體、性格等基本特征也只會遺傳自父母；只有約0.1%的DNA和37個基因來自捐贈女性。從這個角度來看，父母細(xì)胞核DNA遺傳的基因超過2萬個，捐贈而來的線粒體基因的作用幾乎可以忽略不計。

還有研究人員把三親嬰兒視為轉(zhuǎn)基因嬰兒，理由是其體內(nèi)有另一位母親的線粒體DNA。對于這種認(rèn)識需要理性看待。三親嬰兒技術(shù)是經(jīng)過倫理批準(zhǔn)和充分可行性討論的。盡管嬰兒被轉(zhuǎn)入了基因，但那不是人工制造或改造的基因，而是少量、正常的線粒體基因，且與正常人體的基因數(shù)量一致，不多不少。唯一需要注意的是，未來如何防止遺留在一些三親嬰兒體內(nèi)的5%至16%的致病線粒體DNA誘發(fā)疾病。

三親嬰兒體內(nèi)不止增加了另一位母親的線粒體DNA，還有其細(xì)胞質(zhì)中的其他細(xì)胞器，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體、中心體、溶酶體、液泡等。除了線粒體的功能是提供能量之外，其他細(xì)胞器有多種功能。比如，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)的合成和加工；高爾基體參與蛋白質(zhì)的加工、分類和運輸，是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的交通樞紐；核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所；中心體在細(xì)胞分裂過程中起重要作用；溶酶體含有多種水解酶，負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)的消化作用，分解衰老、損傷的細(xì)胞器以及吞噬入侵的病毒和細(xì)菌；液泡的主要作用是儲存物質(zhì)和維持細(xì)胞的滲透壓。目前，研究人員并沒有發(fā)現(xiàn)三親嬰兒體內(nèi)的這些細(xì)胞器具有超額作用，因此也不可能成為變成“超人”的助力。

既然三親嬰兒擁有另一位女性的細(xì)胞質(zhì)及其中的所有細(xì)胞器，那這位女性算不算是三親嬰兒的母親呢？英國現(xiàn)行法律沒有將捐贈健康卵子的母親定義為孩子的第二位母親，在法律意義上，孩子仍然只有一父一母。當(dāng)然，相關(guān)各方也不會告知父母與孩子這位捐贈者的身份。這是目前三親嬰兒技術(shù)領(lǐng)域需要遵循的法律和倫理。

◎ 來源|北京日報