線粒體可以為細胞提供能量，同時也承載著遺傳物質線粒體DNA（mtDNA）。對於mtDNA的「傳承」，科學家們多數認為只有母親才能把這種遺傳物質傳給他們的後代。也有科學家提出了mtDNA父系遺傳的疑議，並在羊、蒼蠅和老鼠身上得到了證實。但在人類中卻一直沒有找到令人信服的相關證據。不過，最近的一項新研究找到了人類mtDNA雙親遺傳的多個實例，也許mtDNA真的可以由父親遺傳給後代！
11月26日，PNAS期刊刊登了這一最新發現，科學家通過對具有神秘症狀的個體及其親屬的線粒體進行測序，發現了mtDNA父系遺傳證據。
儘管這種遺傳事件發生率較低，卻真實發生了。事實上，對於人類mtDNA的遺傳研究一直在進行，此前也有報導稱發現了父系遺傳的證據，但最後都被證實是樣本汙染和樣本混淆造成的錯誤結果。在PNAS發表的這項最新研究中，為避免出現以上錯誤，研究人員在發現mtDNA可雙親遺傳後，在不同獨立實驗室，利用不同方法進行高深度全mtDNA測序分析證實了這一結果。
該研究由美國辛辛那提兒童醫院線粒體疾病中心主任黃濤生教授和梅奧診所醫院的Paldeep S. Atwal教授共同領導進行。有意思的是，這項研究成果是一個意外發現。最初，黃教授研究團隊分析了一個疑似患有線粒體病的4歲小男孩的mtDNA。在研究過程中發現，他線粒體基因組沒有致病性或可能致病的基因突變，但卻有較高水平的異質性，包括9種同質變異體和31種異質變異體。在31個異質變異體中，10個變異體的平均異質性水平為29%，21個變異體平均異質性水平為71%。異常高水平的異質性，意味著不同的線粒體似乎含有不同的基因。
小知識
mtDNA發生突變時，就會同時出現野生型與突變型mtDNA，這種情況被稱為mtDNA異質性。mtDNA異質性可以存在於一個個體的細胞和組織。隨著細胞分裂，異質性細胞中突變型mtDNA和野生型mtDNA的比例會發生漂變，向同質性的方向發展。分裂旺盛的細胞（如血細胞）往往有排斥mtDNA異質性的能力，經無數次分裂後，細胞逐漸成為只有野生型mtDNA的同質性細胞。
對於這種不同尋常的現象，黃教授起初認為這不可能，並對患者的血液進行了復驗。為排除樣本混淆等因素，研究團隊還將樣本送往不同醫院進行檢測，都得到了相同的結果。他們意識到這一發現有可能將打破人類線粒體遺傳學的中心法則。
研究團隊對這一發現進行了更深入的探索分析。他們從男孩的家人那裡獲得了血液樣本，發現其母親和姐妹有著相同的線粒體異質性模式。當分析男孩外祖父母的mtDNA時，發現男孩的母親從其母親那裡遺傳了21個線粒體變體，從父親那裡遺傳了10個線粒體變體，表明該家庭中的mtDNA有雙親遺傳特徵。
為驗證這一遺傳模式，研究團隊擴大了對該家庭的研究範圍，發現男孩的兩個親屬和後代也有類似的mtDNA遺傳模式。同時，辛辛那提兒童醫院和梅奧診所也分別各自研究了一個獨立家庭，發現這兩個獨立家庭也存在類似的mtDNA遺傳模式。這三個獨立家庭有17個個體表現出高水平的mtDNA異質性（範圍從24％到76％），並在第二個家庭中發現，患者是通過母親繼承了祖父母的mtDNA。該研究由不同CAP-CLIA認證實驗室，使用不同實驗方法完成。
通常在受精過程中，來自父本的線粒體會被拋棄，但顯然這3個家庭的線粒體基因組正在打破這一規律。來自父本的mtDNA以某種方式留了下來，使後代擁有了混合的線粒體。此外，研究中的mtDNA遺傳出現了類似常染色體顯性遺傳的模式，這意味著一些繼承了混合線粒體基因組的男性能夠將其遺傳給他們的後代。
目前還不清楚mtDNA雙親遺傳是如何發生的。研究人員猜測父本mtDNA遺傳很可能與核基因突變有關，也許是細胞溶酶體途徑和內切酶G途徑的相關基因突變導致，因為這種突變會影響父本線粒體在胚胎的消失過程。
線粒體疾病並不少見，它可在任何年齡段表現出來，引發一系列症狀，包括聽力缺失、失明、肌肉萎縮和器官衰竭等，目前這些疾病尚無法治癒。科學家正進行多項研究，以開發新型療法和生物技術來預防這些疾病遺傳給下一代。黃濤生團隊曾成功幫助一對夫婦生育了一個「三親」嬰兒（一個爸爸，兩個媽媽）。嬰兒的母親身體健康，但她四分之一的線粒體攜帶亞急性壞死性腦病的基因，無法生育健康的孩子。黃教授及合作者利用捐贈者卵子的健康線粒體，替換了其有缺陷的線粒體，再進行體外受精，最終獲得了擁有健康mtDNA的嬰兒。
有科學家表示，這一新發現為線粒體疾病研究打開了新的大門，或許可以選擇利用父本的健康mtDNA替代母本有缺陷的mtDNA，幫助生育健康的孩子。但這只是猜想，還需要更深入的研究證實。闡明這種雙親遺傳發生的分子機制以及發生頻率，不僅能拓展我們對mtDNA遺傳過程的認識，幫助研究新的治療方法，還有助於輔助生殖技術的研究改進，以最大限度地減少致病性mtDNA的遺傳。
也許，這項新發現將深刻地改變人們對線粒體遺傳的普遍看法。這種不尋常的遺傳模式或將為線粒體醫學研究開闢新領域。
參考資料：
1. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans
2. Mitochondrial DNA Can Be Paternally Inherited in Humans, New Study Finds
3. Not Your Mom’s Genes: Mitochondrial DNA Can Come from Dad
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