英科學家利用粒線體轉植 避免基因遺傳罕病
文／生醫編輯 王盛之腺苷三磷酸（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 都由粒線體產生，所以粒線體又稱爲「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或成人時期。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、阿茲海默症及癌症等。
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。
而人類的粒線體 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。
卵子粒線體轉植 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的子宮，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。
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.
更多生醫新知>>