線粒體為我們的生命活動提供了源源不斷的能量,，它是細胞的 “能量工廠”。其內部有一套獨立于細胞核以外的遺傳物質 —— 線粒體 DNA（mtDNA,，又被稱為 “人類第 25 號染色體”）,，是一種半自主性的細胞器。人類線粒體 DNA 占整個人類基因組的 0.1%,，大小約為 16569bp,，含有 37 個基因，共編碼 13 種蛋白質。這些蛋白質主要用來參與細胞的能量代謝,，對人體的生命活動至關重要。線粒體的遺傳物質發(fā)生突變同樣會帶來遺傳性疾病,，例如已知的線粒體肌病,、母系遺傳 Leigh 綜合征、Leber 遺傳性視神經病,、共濟失調舞蹈病,、骨骼肌溶解癥等幾十種遺傳疾病。這些疾病在很大程度上無法治愈,，且通常是致命的疾病,。據統(tǒng)計，大約 5000 人中就有 1 個人深受線粒體疾病的折磨,。針對線粒體疾病,，目前沒有可以治愈的治療方法。值得一提的是,，線粒體疾病是一種母系遺傳疾病,，線粒體幾乎全部由母親傳遞給子女。當母親確診 mtDNA 突變時,，一種被認為是最根本的治療方法就是糾正卵細胞,，即 “三親嬰兒”，胚胎的 DNA 來自三個人：父親提供精子,、母親提供卵細胞核,、女性捐贈者提供去除細胞核的卵細胞。2015 年,，英國成為第一個批準合法實施 “三親嬰兒” 技術的國家,；2016 年，華人醫(yī)學博士張進（John Zhang）締造了全球第一例 “三親嬰兒”,。圖 | 世界第一例 “三親嬰兒”（來源：mouthsofmums.com）除此之外,，科學家們還在研究針對線粒體疾病的基因治療。談起基因治療,，就離不開基因編輯工具,。傳統(tǒng)的三大基因編輯技術 CRISPR Cas9、TALEN 和 ZFN 主要作用于細胞核中的基因,，對于線粒體中基因的編輯存在著很大的問題,。CRISPR Cas9 系統(tǒng)一般包括一段人工合成的 Guide RNA 和 cas9 酶，而 RNA 不能進入線粒體,，因此,，CRISPR Cas9 技術不能對線粒體基因進行編輯。目前改造線粒體 DNA 的方法主要是利用無 RNA 系統(tǒng)的核酸酶。轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALEN）系統(tǒng)和鋅指核酸酶（ZFN）系統(tǒng)都是通過識別特定的 DNA 序列進行工作的,，因此可以進入線粒體發(fā)揮基因編輯的作用,，但是這兩種技術存在一個缺陷就是，它們都是通過將攜帶的突變 mtDNA 直接降解來消除突變的,。這會使得 mtDNA 拷貝數降低,，而 mtDNA 拷貝數的降低可能會在實際疾病治療中帶來更多的風險。基于以上原因,，一種專門用于線粒體的堿基編輯工具的開發(fā)迫在眉睫,。2020 年 7 月，基因編輯領域知名科學家,、哈佛大學和 Broad 研究所教授 David Liu 的團隊在 Nature 上發(fā)表了關于線粒體基因編輯技術的最新研究進展,，開發(fā)出了首個 “線粒體 DNA 精確編輯的分子工具” 。線粒體堿基編輯器 DdCBE（derived cytosine base editor）的建立,，是基于細菌毒素 DddA 的發(fā)現,。在研究細菌如何利用毒素互相攻擊時，科學家發(fā)現一種對單鏈 DNA（ssDNA）沒有效果的脫氨酶,，它可以直接作用于雙鏈 DNA（dsDNA）,，將其中的胞嘧啶（C）轉變成尿嘧啶（U），從而殺死細菌,，這種細菌毒素被命名為 DddA（double-stranded DNA deaminase toxin A,，雙鏈 DNA 脫氨酶毒素 A）。這種細菌毒素對于人體細胞是有毒的,，如果不加以控制,，它將肆意破壞 DNA，將遇到的所有胞嘧啶（C）都進行突變,。經過被 David Liu 稱之為 “馴服野獸” 的改造后,，在模式細胞人類人胚胎腎細胞 HEK293T 中，研究人員證實了 DdCBE 系統(tǒng)的編輯能力,。他們測試了線粒體基因組中的 5 個基因,，處理 3~6 天后，堿基編輯效率在 4.6%~49%,，脫靶效應基本也在 0.05% 以下,。近日，在 Nature Communications 刊登的一篇論文,，證明了 DdCBE（derived cytosine base editor,，一種線粒體堿基編輯工具）可以在成年和新生小鼠中進行所需的線粒體 DNA 編輯。這項概念驗證研究來自劍橋大學 MRC 線粒體生物學部門的研究員 Michal Minczuk 的實驗室,。（來源：Nature Communications）在這項研究中,，研究人員通過使用腺相關病毒（AAV）載體將 DdCBE 遞送到小鼠心臟,，在成年和新生小鼠中進行所需的線粒體 DNA 編輯，均得到了相應的表達結果,。“這是第一次有人能夠改變活體動物線粒體中的 DNA 堿基對”,，Minczuk 實驗室的博士后研究員 Pedro Silva-Pinheiro 博士指出， “這表明,，原則上,，我們可以進入并糾正有缺陷的線粒體 DNA 中的拼寫錯誤，從而產生健康的線粒體,，使細胞能夠正常運作?！?/span>Minczuk 指出：“在我們的療法能夠治療線粒體疾病之前,，顯然還有很長的路要走。但它表明,，未來的治療有可能消除線粒體替代療法的復雜性,，并允許在兒童和成人中修復有缺陷的線粒體。”而就在前不久,，我國學者在 Cell Discovery 上發(fā)表了題為 “Human cleaving embryos enable efficient mitochondrial base-editing with DdCBE” 的研究論文,，證實了 DdCBE 可在人類早期胚胎中實現高效的線粒體堿基編輯，并且在 8 細胞胚胎中的效率要高得多,。盡管距離應用到臨床還有很長的路要走,，但現在我們已經看到了黎明前的曙光，這將為線粒體疾病的治療提供一種更為有效的辦法,。- https://www./news/base-editors-modify-mitochondrial-genome-in-live-mice/
- https:///the-worlds-first-three-parent-baby-with-three-sets-of-dna/
- https://www./articles/s41586-020-2477-4
- https://www./articles/s41467-022-28358-w
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