科學(xué)家認為，線(xiàn)粒體DNA變體與許多普通人體狀況有關(guān)聯(lián)，包括神經(jīng)退行性疾病、癌癥和衰老等。

　　上世紀90年代，法國科學(xué)家干擾了一只老鼠的線(xiàn)粒體，并觀(guān)察其大腦將產(chǎn)生何種變化。線(xiàn)粒體能為大部分復雜細胞提供能量。結果發(fā)現，名為H和N的兩種老鼠品系的線(xiàn)粒體DNA出現略微不同。

　　科學(xué)家發(fā)現，H老鼠能比N老鼠更快地走出迷宮，但當科學(xué)家將這兩種老鼠的線(xiàn)粒體進(jìn)行交換后，制作出了攜帶N線(xiàn)粒體的H老鼠和攜帶H線(xiàn)粒體的N老鼠，測試結果顯示，它們的表現也出現了變化。來(lái)自N的線(xiàn)粒體似乎放慢了H老鼠的學(xué)習過(guò)程，同時(shí)，H線(xiàn)粒體略微提高了N老鼠的相關(guān)能力。由法國國家健康與醫學(xué)研究院（INSERM）遺傳學(xué)家PierreRoubertoux領(lǐng)銜的該團隊還發(fā)現了這些老鼠在行為和大腦解剖學(xué)方面的其他變化。

　　這些結果令人驚訝，原因是人們一直將此類(lèi)線(xiàn)粒體基因組的不同視為中性的，不會(huì )產(chǎn)生生物效應。“一個(gè)長(cháng)期存在的觀(guān)點(diǎn)是，我們在線(xiàn)粒體基因中發(fā)現的遺傳變異不會(huì )影響機能。”澳大利亞莫納什大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家DamianDowling說(shuō)。

　　一父兩母嬰兒

　　該觀(guān)點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生變化。越來(lái)越多的證據顯示，線(xiàn)粒體不僅會(huì )產(chǎn)生能量，也能影響從細胞死亡到免疫應答的一系列細胞進(jìn)程，而且這些細胞器內的變化十分重要。目前，科學(xué)家認為，線(xiàn)粒體DNA變體與許多普通人體狀況有關(guān)聯(lián)，包括神經(jīng)退行性疾病、癌癥和衰老等。

　　而這些變體的影響可能經(jīng)由細胞器與更大的核基因組的長(cháng)期進(jìn)化關(guān)系而出現。相關(guān)研究已經(jīng)顯示，交換近親品系（H和N老鼠）的健康線(xiàn)粒體，也會(huì )導致基因組錯配，并改變物種的重要特性。Dowling等人表示，這些證據質(zhì)疑了很快將用于人體的一項技術(shù)的安全性。

　　今年2月，英國下議院以壓倒性多數通過(guò)決議，允許該國研究人員繼續開(kāi)展一種可以防止某些類(lèi)型遺傳疾病的新生育療法。這種被稱(chēng)為線(xiàn)粒體DNA替代療法的技術(shù)，能讓線(xiàn)粒體基因中攜帶致病突變的女性產(chǎn)下基因上相關(guān)但沒(méi)有線(xiàn)粒體疾病的孩子。

　　這項人工授精技術(shù)也稱(chēng)“三方體外受精技術(shù)”，由紐卡斯爾大學(xué)研究人員于2010年首次公布。它將來(lái)自攜帶缺陷線(xiàn)粒體卵細胞的遺傳物質(zhì)轉移到擁有健康線(xiàn)粒體的捐獻者卵子內。產(chǎn)生的胚胎攜帶來(lái)自母親和父親的核DNA以及來(lái)自卵子捐獻者的線(xiàn)粒體DNA。英國人類(lèi)受精與胚胎管理局（HFEA）受命對這項技術(shù)的安全性和倫理進(jìn)行評估。

　　時(shí)隔3年半后，該技術(shù)終于合法化。盡管許多科學(xué)家贊同這一決定，但也有人擔心目前進(jìn)行相關(guān)應用為時(shí)尚早。“他們的眼光不夠長(cháng)遠。”薩塞克斯大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家TedMorrow說(shuō)。Morrow支持進(jìn)行更嚴格的安全性測試。

　　而許多人之所以支持使用該療法是因為線(xiàn)粒體的基因貢獻非常小。人類(lèi)細胞核中大約有30億對DNA和2萬(wàn)個(gè)基因，而線(xiàn)粒體基因組似乎無(wú)關(guān)緊要。僅從母親卵子中遺傳的線(xiàn)粒體基因組只有不到1.7萬(wàn)對和37個(gè)基因。但一個(gè)細胞能有無(wú)數的線(xiàn)粒體基因副本。

　　不僅僅是發(fā)動(dòng)機

　　此外，線(xiàn)粒體DNA還會(huì )以令人難以置信的速度積累變異，該速度約是核DNA的10倍。一個(gè)長(cháng)期存在的觀(guān)點(diǎn)是，線(xiàn)粒體間的遺傳差距僅僅反映了過(guò)去的遷移。但上世紀90年代，研究人員開(kāi)始挑戰該假設。“線(xiàn)粒體能控制新陳代謝的一個(gè)核心成分。”美國布朗大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家DavidRand說(shuō)，“因此相關(guān)變異應當非常有趣。”

　　檢驗線(xiàn)粒體在一個(gè)人群中的作用是否與其在另一個(gè)人群中的作用不同的方法就是交換線(xiàn)粒體。但此類(lèi)實(shí)驗被用于人體將是不道德的，用于其他許多動(dòng)物身上也是不切實(shí)際的，因此Rand將目標轉向果蠅。他雜交培養了具有不同線(xiàn)粒體的兩種果蠅品系，然后迅速將它們進(jìn)行反交配，直到一種果蠅的線(xiàn)粒體完全與另一種果蠅的原子核配對。

　　然后，他將有相似核基因但不同線(xiàn)粒體的果蠅放在一個(gè)籠子里，結果發(fā)現，擁有某種特定線(xiàn)粒體基因組的蒼蠅迅速占據支配地位。線(xiàn)粒體中的某些東西賦予它們生存優(yōu)勢。隨后，Rand、Dowling及同事的研究顯示，不僅是線(xiàn)粒體基因組，還有它與細胞核的相互作用，似乎影響了果蠅的一系列特征，其中包括壽命、繁殖成功率、發(fā)育、老化和行為等。

　　在過(guò)去20年中，加州斯克里普斯海洋研究所的RonBurton也發(fā)現，雜交甲殼綱動(dòng)物近親物種通常也會(huì )影響該物種的適應性。Burton懷疑，原因是細胞核和線(xiàn)粒體DNA比例失當。

　　但將這些結論擴展到哺乳動(dòng)物極為困難：Roubertoux的線(xiàn)粒體錯配老鼠種系需要20多代和12年時(shí)間發(fā)育。但也有研究得出了類(lèi)似結論。費城兒童醫院線(xiàn)粒體及表觀(guān)遺傳醫學(xué)中心主任DouglasWallace曾將一個(gè)實(shí)驗鼠品系的細胞核與另一種老鼠的線(xiàn)粒體相結合，后者已知擁有兩個(gè)不同但正常的線(xiàn)粒體基因。該研究小組發(fā)現，改造后的老鼠的生物鐘發(fā)生了變化，并在迷宮實(shí)驗中表現更糟，而且在特定環(huán)境中似乎更緊張。

　　但在人類(lèi)中，只有間接證據表明健康個(gè)體的線(xiàn)粒體基因組出現的一般變異將有生物學(xué)影響。某種線(xiàn)粒體單倍型與Ⅱ型糖尿病、帕金森氏癥和癌癥等疾病有關(guān)，而一般的線(xiàn)粒體變異被認為能影響普通生理特征，例如壽命和身體協(xié)調性等。

　　之前，“統計結果只是統計結果，但現在有充分證據表明，線(xiàn)粒體DNA確實(shí)起著(zhù)某些作用。”瑞典烏普薩拉大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家G？觟ranArnqvist說(shuō)。

　　無(wú)論如何，問(wèn)題的焦點(diǎn)仍集中于這些變體將在多大程度上影響生物學(xué)機能。部分答案似乎隱藏在核基因組中。約1500個(gè)核基因組參與了線(xiàn)粒體機能，其中包括76個(gè)解碼綁定在線(xiàn)粒體衍生肽上的蛋白質(zhì)的核基因組。

　　科學(xué)家發(fā)現，普通變異能改變這些蛋白質(zhì)間的相互影響。如果一個(gè)線(xiàn)粒體驅動(dòng)蛋白質(zhì)需要密切貼合一個(gè)細胞核配對物，而其中一方的微小改變也會(huì )打破這種結合。

　　2009年發(fā)表的一項研究比較了兩個(gè)普通歐洲人世系的具有相同核DNA細胞里的線(xiàn)粒體——單倍群J和H。結果顯示，具有單倍群J的細胞包含的線(xiàn)粒體DNA是單倍群H的兩倍多。這種差異被認為會(huì )極大影響線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。

　　此類(lèi)作用將改變線(xiàn)粒體的功能率，從而影響許多細胞的活性。而且，也有證據顯示，線(xiàn)粒體以其他方式產(chǎn)生生物影響。

　　在能量產(chǎn)生過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生各種分子，例如自由基，而這些分子可能對老化、炎癥和一些細胞基礎功能產(chǎn)生直接影響。今年5月，耶魯大學(xué)的GeraldShadel及同事發(fā)現，小鼠體內的線(xiàn)粒體DNA能觸發(fā)先天性免疫應答，以抵御病毒感染。“它們不僅僅是能量工廠(chǎng)，在某種意義上也是一個(gè)神經(jīng)中樞，一個(gè)細胞恒溫器。”Rand說(shuō)。

　　不愿贏(yíng)的爭論

　　不過(guò)，紐卡斯爾大學(xué)團隊的負責人DougTurnbull則表示，不同人類(lèi)線(xiàn)粒體單倍型與一般疾病間的關(guān)聯(lián)并不明確。而且，HFEA也在一份聲明中說(shuō)道：“專(zhuān)家組認真考慮了細胞核和線(xiàn)粒體DNA之間的交互作用，得出結論稱(chēng)并未有證據表明存在任何令人擔憂(yōu)的理由。正如醫學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域一樣，從研究進(jìn)入臨床實(shí)踐總是存在一定程度的不確定性。”但該局專(zhuān)家小組主席、醫學(xué)研究委員會(huì )的AndyGreenfield并未發(fā)表意見(jiàn)。

　　有支持者認為，希望避免自己孩子出現毀滅性的疾病的女性，能接受線(xiàn)粒體替代可能存在的風(fēng)險。一些批評者則指出，仍需要更多時(shí)間評估這種風(fēng)險。也有人擔憂(yōu)，該療法的支持者在弱化線(xiàn)粒體的作用——尤其是將線(xiàn)粒體替換比作為攝像機換電池。“目前可能有數千人正在忍受線(xiàn)粒體疾病的折磨。但卻有數千萬(wàn)不孕女性將該技術(shù)視為替她們的卵子換電池。”紐約大學(xué)蘭貢醫學(xué)中心生殖生物學(xué)家DavidKeefe說(shuō)。

　　上世紀90年代，美國開(kāi)始使用捐贈卵子的細胞質(zhì)“修復”不孕女性的卵子。但該過(guò)程可能轉移了線(xiàn)粒體，并在美國食品藥品監督管理局進(jìn)行安全性研究前生下了17名嬰兒。2001年，該診所停止了這項治療。Turnbull拒絕對此發(fā)表意見(jiàn)。但他表示：“在英國，法律明確規定線(xiàn)粒體捐贈只能用來(lái)預防嚴重線(xiàn)粒體疾病。”

　　對于Dowling而言，這是一個(gè)他不愿意贏(yíng)的科學(xué)爭論。“我更希望看到遭受線(xiàn)粒體疾病的女性生下健康的孩子。因此我希望我們是錯的。”