卵子的生命源泉线粒体

线粒体是什么？细菌变化过来的吗？谁给了您线粒体？卵子需要线粒体吗？多少个？线粒体会出问题吗？什么问题呢？线粒体出问题怎么办？有哪些办法？

线粒体是卵子的生命源泉，她的诊断和治疗技术，是人类对生命过程的进一步深入认识，她将开启一个新的领域，在辅助生殖技术和生殖工程技术中占有重要的一席之地。

卵子的生命源泉——线粒体

一、线粒体是什么？

线粒体是广泛存在于人体细胞中的一种细胞器，外观为长1～2微米，宽0.5～1微米的椭圆球体。其主要功能是产生ATP为细胞供能，称为细胞的“发电厂”，同时在细胞代谢、钙稳态、脂肪酸氧化及凋亡过程中也发挥重要作用。

线粒体被认为起源于需氧细菌，估计发生在18亿年前，需氧细菌细胞与古细菌细胞融合后，古细菌基因组进化成细胞核，而细菌基因组则进化成线粒体（内共生学说）。

二、谁给了您线粒体？

与其他细胞器不同，线粒体自身具有遗传信息，是人体细胞内除细胞核外唯一含有DNA的细胞器。线粒体DNA（mtDNA）为母系遗传，即：母亲把mtDNA传递给所有的子女，但是只有她的女儿们将其mtDNA传给下一代。

换句话说，您的线粒体都来源于您的妈妈，而您妈妈的线粒体则来源于您的外婆，您爸爸的线粒体则来源于您的奶奶，但您奶奶的线粒体到了您爸爸这里后不能再继续传给您了。

核遗传…双系…线粒体遗传…母系…

这是因为：人类受精卵中的线粒体绝大部分来自卵母细胞，精卵结合时精子的mtDNA被降解。一方面，精子、卵子中线粒体悬殊的数量对比，卵子：精子＝：；另一方面，精子线粒体在受精卵在被选择性地破坏，精子来源的线粒体蛋白被泛素化并最终由于蛋白酶和自我吞噬作用而降解或稀释。

三、卵子中需要线粒体吗？多少个？

线粒体是卵子的质量标志，所以也被大家称之为卵子的“生命源泉”。

人类的每个早期卵细胞中大约有10万个线粒体，生殖前体细胞中线粒体数目随机减少到10～个，迁移到卵巢中的卵原细胞线粒体数目则达到个，初级卵母细胞大约包含个线粒体，卵子成熟后线粒体增加到个。

受精后的早期胚胎发育过程中线粒体不发生复制，每个胚胎中线粒体(mtDNA)数量总体保持不变。卵母细胞中的初始线粒体在胚胎分裂过程中分配到每个子细胞中。mtDNA拷贝数必须充足，即为卵细胞发育能力的关键阈值，在人类为数量级。低于此数量的低质量卵细胞，通常导致受精率低、卵裂异常、低囊胚率及胚胎流失等。

四、线粒体会出什么问题呢？

人的线粒体DNA（mtDNA）为双链环状16.5Kb的DNA分子，含有37个基因：13种呼吸链复合体多肽、22种tRNA、2种rRNA。

尽管线粒体基因少，但线粒体DNA的突变率极高，比细胞核DNA高10～20倍，这是因为：

1)线粒体DNA是裸露的，无组蛋白保护，复制率高，出现突变的机会大大增加；

2)无DNA损伤的修复系统，突变以后没有改正的机会；

3)mtDNA直接暴露在呼吸链产生的超氧离子和氧自由中，极易受氧化损伤；氧自由基就如火焰，直降将线粒体DNA置于火炉当中。

突变后的线粒体可造成遗传性疾病，如Leber遗传性视神经病，该病以德国眼科医师TheodorLeber的名字命名,是人类发现的第一种线粒体遗传疾病，突变分别位于线粒体基因组编码9种呼吸链蛋白质上。临床表现为视物模糊、无痛性的失明。

视网膜神经元和视神经的退化是它的主要病理特征，伴有心脏的传导阻滞，肌张力的降低，周围神经退化。一般成年期发病，平均发病年龄27岁，但最早可在6岁，最晚可在70多岁发病。存在性别差异，一般男性患者是女性患者的4～5倍。

左图：视神经尖后迅速导致视神经萎缩的兄弟患者（一卵双生）视力急速减退。中图：正常人眼底。右图：Leber病人眼底。

五、线粒体治疗技术有哪些呢？

１、补充线粒体营养剂：

如补充辅酶Q10(coenzymeQ10,CoQ10)。CoQ10是一种辅酶（催化剂），线粒体呼吸链组分之一，主要有两个作用：1)在线粒体生产ATP的过程中起重要的作用；2)有明显的抗过氧化作用。人类20岁时，自主合成辅酶Q10能力达到顶峰，维持至50岁左右。以后逐年下降，使人体细胞特别是心肌细胞功能下降，骨骼肌衰老(“老态龙钟”)。补充辅酶Q10有助于提高线粒体呼吸效率。

或者补充MitoQ。这是一种抗ROS新星，是线粒体靶向抗氧剂的代表性药物。它能生产“超级版本”辅酶Q，其在线粒体中凝聚时含量比现有的辅酶Q补充剂要高0倍。

也可以服用白藜芦醇(Resveratrol)。白藜芦醇号称为线粒体的“保护神”。它是葡萄及红酒中的一种多酚化合物，可促进线粒体生物合成，增加骨骼肌的线粒体体积与密度、增加mtDNA数量、提高线粒体酶活性及线粒体氧化能力。在小鼠实验中，通过保护线粒体来延长寿命。

或者补充一水肌酸来促进ATP的合成，提高肌肉快速收缩能力，提升速度耐力和爆发力。等等，但这些药物治疗只能作为“辅助治疗”，不能从根本上消除线粒体问题，所以有人称之为“治标不治本”。

２、线粒体突变基因的纠正：

就是采用分子手术刀（基因编辑）技术对突变的线粒体DNA进行手术，达到纠正的目的。

当前世界上基因纠正（编辑）有三大“神器”：TALEN技术、ZFN技术和CRISPR/Cas9技术。很多科学家都利用这些技术应用于体细胞、配子、胚胎的遗传学操作，以达到纠正突变基因的目的，其中以CRISPR/Cas9技术最具有代表性。

如，年10月28日，英国研究者已经向英国人类受孕与胚胎学管理局（HumanFertilizationEmbryologyAuthority,HFEA)）提交了申请，将使用CRISP/Cas9基因编辑技术开展胚胎基因改造实验。但至少在现阶段，上述基因编辑技术只能应用于体细胞的医学治疗，禁止应用于人类胚胎和配子的医学临床。

３、线粒体替换：

由于现有的基因编辑技术尚未能应用于生殖医学临床，所以生殖医学专家们采用了另一种办法来达到线粒体遗传病治疗的目的——线粒体替换，即：将健康的线粒体取代卵子中有问题的线粒体（又称之为“新瓶装旧酒”），以期从根本上杜绝和消除异常线粒体的遗传问题。

具体操作过程为：

1）健康女性捐赠其健康的卵子，并将卵子核和卵胞浆分离，舍弃卵子核；

2）辅助生殖技术治疗过程中获得患者的卵子，并将卵子核和卵胞浆分离，舍弃的是卵胞浆（其中含有异常的线粒体）；

3）将女性患者的卵子核和健康人的卵胞浆（含有正常的线粒体）融合形成一个健康完全的卵子；

4）形成的新卵子与精子结合形成健康胚胎，并移植到女性患者体内。年的2月3日，英国下议院以票赞成、票反对的结果通过了线粒体替代治疗技术，允许用一名女性捐献者的mtDNA替代另一名妇女卵细胞中有缺陷的mtDNA，以避免把缺陷基因遗传给孩子。

从遗传学角度看，这个技术所产生的孩子就有“三个父母”：细胞核DNA爸爸，细胞核DNA妈妈，线粒体DNA妈妈。

４、线粒体自体移植：

尽管线粒体中携带的DNA只占人类全部基因密码的0.%，且“我们的个性、外貌以及让我们是自己而不是别人的一切，都是由细胞核DNA决定的”。但异体线粒体替代或移植终究会带来一系列伦理学和法律问题，反对者认为这项技术是朝克隆人和“设计婴儿”的道路迈进。

所以科学家们探索了其他方案——线粒体自体移植，即：将患者自体其他细胞来源的线粒体移植到患者卵子中。

最早被用于自体线粒体移植的细胞是卵子周围的颗粒细胞。该项技术在1年被台湾的曾启瑞教授应用于临床，并成功获得妊娠。

年，加拿大TCARTFertilityPartners与OvaScience公司合作，采用自体卵巢干细胞线粒体移植技术，即在腹腔镜下切取患者一小块卵巢组织，再从中分离卵巢干细胞，再从卵巢干细胞中提取线粒体移植到卵子中，与精子受精后形成胚胎并移植，于年4月7日成功诞下第一例“干细胞婴儿”。

首例自体线粒体移植“干细胞婴儿”ZainRajani和父母。

线粒体的诊断和治疗技术，是人类对生命过程的进一步深入认识，她将开启一个新的领域，在辅助生殖技术和生殖工程技术中占有重要的一席之地。

本文作者：曾桥

博士，副研究员

医院生殖中心