2022/8/26 10:07:45 阅读：253 发布者：
线粒体 DNA (mitochondrial DNA, mtDNA) 突变通常与无法治愈的疾病有关，每 200 名婴儿中就有 1 名检测到致病变异。通过纺锤体转移 (spindle transfer, ST) 将mtDNA的遗传与核基因组解偶联，可能会阻止突变的mtDNA从母体传递给后代。然而，没有成熟的研究严格评估该技术的安全性。
2022年8月16日，解放军总医院第七医学中心商微团队与北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）汤富酬团队合作在PLOS Biology 在线发表了题为“Single-cell multiomics analyses of spindle-transferred human embryos suggest a mostly normal embryonic development”的研究论文。该研究使用单细胞三组学测序方法，系统地分析了纺锤体置换和对照囊胚的基因组（拷贝数变异）、DNA 甲基化组和转录组。
结果表明，与对照胚胎相比，纺锤体置换胚胎中非整倍体细胞的百分比没有显著变化。纺锤体置换囊胚的外胚层、原始内胚层和滋养外胚层 (TE) 呈现出与对照囊胚相当的 RNA 表达谱。然而，纺锤体置换囊胚的滋养外胚层细胞中的DNA去甲基化过程比对照囊胚中的稍慢。总的来说，该研究表明纺锤体置换对胚胎发育通常是安全的。
另外，2022年8月13日，北京大学生物医学前沿创新中心汤富酬教授团队与中国医学科学院肿瘤医院王洁教授团队、赫捷院士团队合作在Genome Medicine（IF=15）上发表题为“Molecular profiling of human non-small cell lung cancer by single-cell RNA-seq”的研究论文。该研究利用高精度单细胞转录组测序技术对人类原发性非小细胞肺癌的分子特征进行了系统分析，在识别具有腺癌 (ADC)、鳞状细胞癌 (SCC) 和神经内分泌肿瘤 (NET)组合特征的普遍混合谱系癌细胞亚群方面为 NSCLC 的肿瘤异质性提供了新的见解，并为这些患者的潜在治疗策略提供了线索（点击阅读）。
线粒体是大多数真核细胞不可或缺的细胞器，在氧化磷酸化、细胞凋亡和钙稳态等众多代谢过程中发挥着重要作用。线粒体也是人类唯一拥有自己遗传物质的细胞器，其中包括 37 个基因，其中 13 个编码线粒体蛋白和 24 个产生非编码 RNA。
线粒体 DNA (mtDNA) 的突变可能导致线粒体功能障碍并导致衰弱或破坏性疾病，这些疾病几乎可以影响任何年龄的任何器官。线粒体疾病是最常见的遗传性代谢疾病之一，成人 mtDNA 突变的最低患病率约是1/5,000。
此外，线粒体基因组总是母系遗传，女性mtDNA突变携带者的200个后代中至少有1个携带可能导致疾病。产前和植入前基因诊断是预防 mtDNA 突变相关疾病代际传播的可用生殖选择。然而，这些替代方法仅适用于能够产生具有足够低突变 mtDNA 百分比的卵母细胞和胚胎的女性。
为了防止线粒体疾病通过生殖系传播，临床医生制定了几种不同的线粒体替代疗法策略，包括原核置换、纺锤体置换 (ST)和极体置换。上述方法的核心原理是通过将带有突变 mtDNA 的女性卵母细胞或受精卵的核 DNA 与健康供体的卵母细胞或受精卵的细胞质结合，从而将 mtDNA 的遗传与核基因组的遗传解偶联，从而获得重建的胚胎。目前，线粒体替代疗法是一种生殖系基因疗法，这似乎是阻断mtDNA突变相关疾病遗传唯一有希望的方法。
现有研究表明，ST 替代卵母细胞突变 mtDNA 和后代的正常发育在非人类灵长类动物中被证明是有效的。使用人类卵母细胞的几个小组的结果表明，ST 胚胎发育到囊胚阶段和胚胎干细胞 (ESC) 的衍生与体外对照胚胎没有区别，mtDNA 残留可忽略不计 (<1%)。此外，分离的 ESC 和 ST 胚胎的分化细胞的线粒体呼吸链酶活性和耗氧率与对照组相当。这些结果表明，分离母体中期 II 纺锤体进行核置换可以以最小的 mtDNA 携带完成，并具有潜在的临床应用。
2016 年 4 月，Zhang 及其同事使用 ST 手术在墨西哥分娩了一名男婴，其母亲的线粒体携带导致 Leigh 综合征的突变，该男孩仍在长期观察中。迄今为止，尚未对人类 ST 手术的安全性进行系统的组学研究。
囊胚期是辅助生殖过程中胚胎在体外发育的最晚阶段，囊胚的质量是临床评价是否进行胚胎置换的重要指标，因此该研究对23个纺锤体置换技术构建的人类囊胚（纺锤体置换组）和23个仅接受了单精子显微注射（intracytoplasmic sperm injection, ICSI）的对照囊胚（ICSI组）进行了高精度的单细胞多组学测序（scTrio-seq2）（图1）。
众所周知，DNA甲基化在哺乳动物胚胎的发育中起着至关重要的作用。使用 scTrio-seq2 方法，从 32 个胚胎中选择了 268 个单个细胞进行 DNA 甲基化组测序，发现ST囊胚细胞的整体DNA甲基化水平略高于对照胚胎。这表明与对照胚胎相比，ST 胚胎中的全局 DNA 去甲基化可能略有延迟（图2）。
不仅如此，该研究使用转录组数据和之前发表的方法来推断每个单细胞的CNV 并识别非整倍体细胞。通过与几个胚胎的植入前基因检测结果进行比较，证实了推论的可靠性。通过与 scTrio-seq2 对同一单个细胞的单细胞基因组测序数据进行比较，这些发现得到了进一步验证。一般来说，ST 囊胚中非整倍体细胞的百分比与 ICSI 囊胚中的比例相当（22.7% 对 17.0%）（图3）。这表明 ST 操作不会增加囊胚中非整倍体细胞的百分比。
总之，该工作提供了第一套全面的分子证据表明纺锤体置换在人类胚胎中似乎普遍安全，其结果值得进一步严格的科学评估甚至临床测试。该论文北京大学博士生祁淑悦、薛晓慧，以及解放军总医院第七医学中心博士后王伟、纽约新希望生殖医学中心吕卓为并列第一作者。解放军总医院第七医学中心妇产医学部副主任商微教授和北京大学生物医学前沿创新中心汤富酬教授为该论文的共同通讯作者。
原文链接：
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001741
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