三亲婴儿“替换”技术揭秘

王雅水

《新英格兰医学杂志》近日公布了两项突破性临床医学成果，均涉及治疗卵子线粒体DNA异常的女性，目的是让其拥有健康后代。其中一项成果备受国际生殖医学界瞩目：有8名婴儿通过三亲婴儿技术出生，最大的2岁多，最小的不满5个月，截至目前，无人出现遗传病症状。

为弥补遗传缺陷，这些婴儿在基因层面有父母和另一名健康供体女性的DNA，因此也被称为“三亲婴儿”。那么，这项曾引起巨大争议的辅助生殖技术现在“功”“过”有定论了吗？三亲婴儿是“超人”还是与正常婴儿无异？相关伦理问题有没有得到解决？未来应用前景如何？诸多问题都将伴随三亲婴儿的出生和成长，在实践中逐一得到验证。

细胞线粒体示意图

体外受精示意图

母亲线粒体DNA异常会遗传

三亲婴儿指同时拥有父亲和母亲的细胞核DNA，以及捐赠者线粒体DNA的孩子。与正常孕育出生的婴儿相比，三亲婴儿体内多出了捐赠者提供的正常卵细胞质、细胞膜和其中的线粒体。

为什么要孕育三亲婴儿？10年前，英国率先立法允许三亲婴儿技术实施，原因是一些女性的线粒体DNA有突变或缺陷，可能导致后代患上多种疾病。

新生命的诞生需要精子与卵子的结合，受精卵中父母生殖细胞的DNA决定了后代身高、肤色及个性倾向等特征，然而，在细胞DNA之外，还有其他的DNA（基因）同样会影响后代的生长发育和健康状况，如细胞中的线粒体DNA。

细胞核DNA中约有2万个基因，线粒体DNA仅包含37个基因，并拥有一套自成体系的遗传指令。虽然线粒体DNA的基因很少，但至关重要，它们编码了能量供给和生产线上极为关键的一些蛋白质和工具。而且，线粒体DNA几乎全部来自母亲。因此，母亲的线粒体DNA有突变、缺陷或异常便会遗传给后代，埋下多种疾病隐患，包括神经系统疾病，如癫痫、卒中样发作、肌张力低下，以及运动、认知、视力、听力障碍等；运动系统疾病，如肌无力、运动不耐受、肌肉萎缩等；循环系统疾病，如心肌病、心律失常等；消化系统病变，如肝脏疾病、消化不良、便秘等；内分泌系统病变，如糖尿病、生长发育迟缓等。

线粒体出现异常，会以不同方式和程度来影响后代健康。这种影响分为全部影响（同质性）和部分影响（异质性）。

同质性是指女性卵细胞中所有线粒体DNA都带有致病变异，其所有后代都将全部继承这些有问题的线粒体DNA，患上多种疾病。异质性则是指女性卵细胞中既有正常的线粒体DNA，也有变异的线粒体DNA。其中，变异线粒体DNA的比例（异质性程度）决定了对后代影响的程度。当线粒体DNA变异比例超过疾病的致病阈值（一般是60%至80%），细胞和器官的能量供应就会出现严重故障，导致心律不齐、呼吸困难等。

女性卵子中线粒体DNA是否异常，是同质性的还是异质性的，可以通过医学手段检测出来。即便如此，异常的线粒体DNA分配给后代多少也存在很大的随机性和偶然性，这被称为遗传瓶颈效应。

筛选与替换技术各有所长

避免将线粒体异常遗传给后代有两种方式：一种是筛选，即筛选和排除掉异常线粒体，仅保留正常线粒体，以孕育后代；另一种是用替换技术产生三亲婴儿，即用正常女性的健康线粒体来替换异常线粒体。

相对来说，筛选技术比较简单，在胚胎植入母亲的子宫之前进行检测，即植入前胚胎遗传学检测（PGT）或植入前胚胎遗传学诊断（PGD），也就是通常所说的第三代试管婴儿技术。这种技术适合于异质性（部分）线粒体异常的女性，但需要进行大海捞针式的筛选。

对于同质性（全部）线粒体DNA异常，只能采用替换线粒体DNA的技术，即原核移植（PNT），产下的孩子就是前面提到的三亲婴儿。三亲婴儿技术的具体操作是，采用丈夫的精子、妻子（即线粒体DNA异常者）和捐赠者的卵子，同步进行人工生殖操作。先在体外完成授精并等待8小时至13个小时，精卵结合的原核形成后，再采用显微操作针将受精卵中的原核（包含父母双方的细胞核DNA）吸出，注入已被去除细胞核的捐赠者的受精卵中，形成一个没有线粒体缺陷的重组受精卵，从而得以孕育健康的后代。

《新英格兰医学杂志》发表的其中一项研究采用的就是这种替换技术。22名携带同质性线粒体DNA的女性患者中，有8人接受了线粒体捐赠治疗，诞下8名三亲婴儿，性别为4男4女。目前，还有1名尚在腹中的胎儿未计入。8名三亲婴儿出生时都很健康，且发育正常。有5个孩子至今没有出现任何健康问题，其余3个孩子中，有1人出现过短暂的肌肉抽搐，后症状自行消失；1人出现过高血脂和心律不齐，经治疗恢复正常；1人因尿路感染而发烧，属于常见疾病，已治愈。

不过，采用PNT技术孕育三亲婴儿的难度和复杂性更大。

首先，受精率不高，在接受PNT的患者组中，其卵子在胞浆内单精子注射（ICSI）后的正常受精率只有48.5%，远低于PGT组的66.5%和健康卵子捐赠者组的63.8%。研究人员认为，这可能与卵子玻璃化冷冻有关。这是一种将卵子快速冷冻保存的技术，通过使用高浓度冷冻保护剂和极快的降温速度，使卵子在极短时间内达到玻璃化状态，避免传统冷冻方法中冰晶形成对卵子造成的损害，以提高卵子解冻后的存活率和受精率。

其次，胚胎发育一波三折。有幸通过PNT成为胚胎后，达到优质和良好等级的囊胚比例为63.2%，这意味着一旦胚胎跨越了受精的门槛，健康的线粒体环境将为其后续发育提供更好的支持。然而，在临床成功率上这种优势并未完全得到转化，每次胚胎移植后，PNT组获得的临床妊娠成功率为20%，也就是说，目前在临床应用上，三亲婴儿的成功率较低。

致病线粒体“复制优势”尚待验证

从目前公布的情况来看，8名已出生的三亲婴儿没有表现出他们母亲所携带的线粒体疾病迹象，但未来，还需要继续观察和深入研究。

此前，业界对三亲婴儿有一个担忧：受精卵的细胞核被移植到已去除细胞核的供者卵细胞中时，仍然会携带少量来自母亲的致病线粒体，随着胚胎的发育，致病线粒体的比例是否会增加到足以引发疾病的水平？

为此，研究团队进行了基因检测确认和研究。结果显示，8名三亲婴儿中，有5人没有或只检测到极低水平的来自母亲的致病线粒体，另外3人的致病线粒体比例从5%到16%不等。研究人员认为，这些异常线粒体的比例低于足以引发疾病的阈值，可视为这一技术阻断线粒体遗传病取得初步成功。

对于残留的致病性线粒体DNA，有一个假说：复制优势。有研究者认为，在某些情况下，来自线粒体异常母亲的线粒体DNA可能比捐赠者的线粒体DNA具有更强的复制能力，导致后代的线粒体DNA异质性水平在发育后期上升，从而诱发线粒体缺陷相关疾病。

尽管“复制优势”是假说，但也需谨慎寻求科学的验证。对于这8名以及未来的其他三亲婴儿，还应进行长时间研究和观察，确认其是否真能完全避免线粒体遗传病的发生。

捐赠线粒体基因不是“转基因”

一直以来，围绕三亲婴儿最具争议的其实是“超人”问题。过去很多人担心，三亲婴儿可能创造出“超人”，因为其拥有一个父亲和两个母亲的基因。在全球经过多年的激烈辩论，以及经历了超过10年的科学评估、公众咨询和立法讨论后，英国才在2015年成为首个明确立法并监管线粒体捐赠临床应用的国家。

2023年，有报道称英国已有5名三亲婴儿出生，但细节不明，人们不知道这些婴儿是否正常，也不清楚该项技术的有效性如何。现在，8名三亲婴儿的情况正式公布，初步解答了大家对三亲婴儿的一些疑问，尤其是三亲婴儿不可能创造“超人”。

三亲婴儿体内超过99.8%的DNA来自其父母，相貌、血型、染色体、性格等基本特征也只会遗传自父母；只有约0.1%的DNA和37个基因来自捐赠女性。从这个角度来看，父母细胞核DNA遗传的基因超过2万个，捐赠而来的线粒体基因的作用几乎可以忽略不计。

还有研究人员把三亲婴儿视为转基因婴儿，理由是其体内有另一位母亲的线粒体DNA。对于这种认识需要理性看待。三亲婴儿技术是经过伦理批准和充分可行性讨论的。尽管婴儿被转入了基因，但那不是人工制造或改造的基因，而是少量、正常的线粒体基因，且与正常人体的基因数量一致，不多不少。唯一需要注意的是，未来如何防止遗留在一些三亲婴儿体内的5%至16%的致病线粒体DNA诱发疾病。

三亲婴儿体内不止增加了另一位母亲的线粒体DNA，还有其细胞质中的其他细胞器，如内质网、高尔基体、核糖体、中心体、溶酶体、液泡等。除了线粒体的功能是提供能量之外，其他细胞器有多种功能。比如，内质网参与蛋白质、脂质的合成和加工；高尔基体参与蛋白质的加工、分类和运输，是细胞内蛋白质的交通枢纽；核糖体是蛋白质合成的场所；中心体在细胞分裂过程中起重要作用；溶酶体含有多种水解酶，负责细胞内的消化作用，分解衰老、损伤的细胞器以及吞噬入侵的病毒和细菌；液泡的主要作用是储存物质和维持细胞的渗透压。目前，研究人员并没有发现三亲婴儿体内的这些细胞器具有超额作用，因此也不可能成为变成“超人”的助力。

既然三亲婴儿拥有另一位女性的细胞质及其中的所有细胞器，那这位女性算不算是三亲婴儿的母亲呢？英国现行法律没有将捐赠健康卵子的母亲定义为孩子的第二位母亲，在法律意义上，孩子仍然只有一父一母。当然，相关各方也不会告知父母与孩子这位捐赠者的身份。这是目前三亲婴儿技术领域需要遵循的法律和伦理。