背靠背两篇《Nature Medicine》：线粒体疾病能通过基因手段治疗

研究人员已经开发出一种基因组编辑工具，有希望能用于治疗线粒体疾病，这些线粒体疾病很严重且往往是致命的，5000人中会有1人会患线粒体疾病。

　　

由剑桥大学领导的研究人员在小鼠身上应用了实验性基因疗法，并且能够成功地靶向和消除线粒体中造成疾病的受损DNA。

他们的研究结果发表在《自然医学》（Nature Medicine）杂志上，为这些线粒体疾病提供实用的治疗途径，并有可能在未来成为线粒体替换治疗或“三亲体外受精”（three-parent in-vitro-fertilisation, IVF）治疗的替代疗法。这是第一次在活体动物体内使用可编程的基因组工程工具，显著改变线粒体DNA。

线粒体是我们细胞内的能量工厂，生产能量并携带自己的DNA。它们是通过卵子从母亲那遗传获得，但是如果它们被破坏，就会导致严重的线粒体疾病。例如，MELAS综合征是一种严重的多系统紊乱，导致精神和运动能力逐渐丧失，通常在儿童早期就会发病。

通常每个细胞大约有1000个线粒体DNA，这些线粒体DNA受损或突变的比例将决定一个人是否会患上线粒体疾病。通常，细胞中超过60%的线粒体DNA发生突变才能导致疾病，并且一个人的线粒体DNA突变越多，其疾病就越严重。

反之，如果能降低突变线粒体DNA的比例疾病就有可能被治疗。

线粒体疾病目前是不可治愈的，尽管一种新的线粒体移植体外受精技术使受线粒体疾病影响的家庭，拥有获得健康儿童的机会——从卵子或胚胎中去除受损的线粒体，并从捐赠者身上取得正常的线粒体来替换受损的线粒体。

“线粒体替换疗法是预防线粒体疾病传递的一种非常有用的方法，然而，由于绝大多数线粒体疾病没有家族史，这种方法实际上可能不会降低人群中线粒体疾病的比例。”MRC 线粒体生物学系博士后研究员，该论文的第一作者，Payam Gammage博士说。

“治疗这些严重疾病的一个想法是通过选择性地破坏突变的线粒体DNA，并允许正常的线粒体DNA取代它来减少突变的线粒体DNA的数量。”同样来自MRC 线粒体生物学系的该论文的通讯作者Michal Minczuk博士说。

目前为了测试这种实验性基因编辑疗法，只在实验室培养皿中生长的人类细胞中进行了测试，在新研究中，研究人员使用了线粒体疾病的小鼠模型（m.5024C>T tRNAAla），该小鼠具有与人类患者相同的突变。

这种可编程核酸酶疗法，利用线粒体靶向锌指核酸酶（mitochondrially targeted zinc-finger nucleases，mtZFN），使用腺相关病毒系统给药，根据正常线粒体DNA和突变线粒体DNA之间的DNA序列差异，识别并去除突变线粒体DNA。由于细胞通常保持稳定数量的线粒体DNA拷贝，被消除的突变DNA被正常的DNA取代，会使线粒体DNA突变降低从而改善线粒体功能。

改良病毒进入小鼠的血液中，然后大部分被心脏细胞吸收。研究人员发现，治疗可以特异性地消除突变的线粒体DNA，改善心脏代谢。

根据这些结果，研究人员希望，将来我们可以采用这种可编程核酸酶进行线粒体DNA异质性校正的基因疗法，治疗不同遗传来源的异质性线粒体疾病。

本研究产生的所有下一代测序测序数据均可从BioProject数据库下载，访问代码PRJNA479953，如需其他数据集和材料联系通讯作者。

此外，同期《Nature Medicine》还报道了来自迈哈密大学米勒医学院神经学系Carlos T. Moraes课题组的另一篇线粒体基因疗法相关成果，该课题组采用的是异源mtDNA突变小鼠模型，利用靶向线粒体的TALENs（mitoTALENs）方法，减少了小鼠肌肉和心脏中的突变mtDNA。通过肌肉注射、静脉注射和腹腔注射递送AAV9-mitoTALEN进入小鼠体内，肌肉和心脏得到有效转导，并显示出突变mtDNA水平持续、稳定降低。通过治疗，研究人员恢复了小鼠的分子缺陷（即转移RNAAla水平降低），逆转了小鼠疾病相关表型。

原文检索：Genome editing in mitochondria corrects a pathogenic mtDNA mutation in vivo

MitoTALEN reduces mutant mtDNA load and restores tRNAAla levels in a mouse model of heteroplasmic mtDNA mutation

（生物通：伍松）