科學家首次通過第一次極體轉移技術在獼猴後代中進行線粒體置換

線粒體DNA（mtDNA）突變是母系遺傳給後代的，線粒體置換療法（MRT）為預防與mtDNA相關的疾病提供了一種有前途的方法。第一極體轉移（PB1T）已用於線粒體置換，以產生小鼠後代以及產生胚胎幹細胞的正常人類胚胎。然而，尚未見到使用PB1T產生靈長類後代的報導。

2020年7月28日，中國科學院神經研究生孫強及劉真共同通訊在Cell Research 在線發表題為「Mitochondrial replacement in macaque monkey offspring by first polar body transfer」的研究論文，該研究表明基於PB1T的線粒體置換可以產生健康的獼猴（Macaca fascicularis），這是一種有用的非人類靈長類動物模型，用於評估PB1T用於MRT的效率和安全性的方法。

總之，在人類胚胎中進行的SCC轉移，PB1轉移和核前轉移，在MRT中顯示了mtDNA突變疾病的廣闊前景。所有這些方法都應用於生成非人類靈長類動物後代，以在將其應用於臨床之前測試其安全性和效率。在該研究中，首先證明了PB1可以在功能上替代SCC，從而通過PB1T產生健康的靈長類動物後代。使用PB1T衍生的卵母細胞進行ICSI和妊娠的效率與使用未操縱的卵母細胞相似。這些結果表明，PB1T是預防線粒體DNA突變疾病的潛在且有希望的替代方法。鑑於去除PB1不會影響卵母細胞的質量，PB1也可用於增加不育治療的卵母細胞來源，這將有利於卵巢儲備有限的患者。

線粒體DNA（mtDNA）突變是母系遺傳給後代的，線粒體置換療法（MRT）為預防與mtDNA相關的疾病提供了一種有前途的方法。第一極體轉移（PB1T）已用於線粒體置換，以產生小鼠後代以及產生胚胎幹細胞的正常人類胚胎。然而，尚未見到使用PB1T產生靈長類後代的報導。在這裡，該研究表明基於PB1T的線粒體置換可以產生健康的獼猴（Macaca fascicularis），這是一種有用的非人類靈長類動物模型，用於評估PB1T用於MRT的效率和安全性的方法。

該研究首先研究了獼猴（Macaca fascicularis）的第一個極體轉移（PB1）的基因組完整性。通過相應研究手段，發現結構變異的數量沒有顯著差異，表明在PB1的基因組完整性沒有退化。

用針對DNA損傷標記磷酸H2A.X的抗體進行的免疫染色顯示PB1和SCC均無免疫反應。對5-甲基胞嘧啶（5mC），H3K9me3和組蛋白H3磷酸-S10（磷酸H3）的進一步免疫染色表明，猴PB1和SCC表現出相似的表觀遺傳修飾。為了進一步解決SCC和PB1基因組是否具有相似的DNA甲基化水平，該研究應用了單細胞亞硫酸氫鹽測序來繪製SCC和PB1的全基因組鹼基解析度DNA甲基化圖。數據表明，PB1和SCC基因組中的DNA甲基化水平相似。所有這些結果暗示，猴子PB1可以在功能上替代卵母細胞的SCC。

PB1和SCC相關的線粒體可以通過用螢光染料MitoTracker和DNA染料Hoechst染色猴卵母細胞來觀察。該研究發現，在完整的卵母細胞中，與PB1相關的線粒體集中在高密度簇中，而與SCC相關的線粒體與其他線粒體一樣均勻地分布在卵質中。儘管PB1比SCC攜帶更多的mtDNA拷貝，但分離的PB1中mtDNA的量約為整個卵母細胞的1/1000。這表明在不攜帶大量mtDNA的情況下，PB1T可用於MRT。

接下來，該研究使用來自一位雌性猴子供體的PB1和來自另一位供體的去核卵母細胞，通過PB1T檢查了重組卵母細胞的胚胎發育生存力。總共，該研究獲得了30個重建的卵母細胞，其PB1和宿主卵母細胞來自不同的猴子。用胞漿內精子注射（ICSI）使PB1T重建的卵母細胞受精，獲得25個受精卵，包括具有兩個原核的21個正常受精卵和具有一個或三個原核的4個異常受精卵。該受精率與未受操縱的卵母細胞的ICSI相似。

經超聲檢查證實，隨後將20個重建的正常胚胎轉移到6個雌性代孕中，產生了兩次單胎妊娠。該妊娠率與使用未操縱的卵母細胞的ICSI的妊娠率相當。分別在162天和145天通過剖宮產成功分娩了兩隻健康的猴子後代，分別稱為PB1T嬰兒A和PB1T嬰兒B。提交手稿時，這兩隻猴子現在分別為27個月和22個月大，身體健康。已經在PB1T嬰兒A和PB1T嬰兒B的耳組織的核基因組上使用短串聯重複序列（STR）進行了基因分型分析，以鑑定其父母起源。30個STR基因座的結果表明，兩隻猴子都繼承了其PB1供體猴子的母體基因組。為了鑑定兩隻PB1T衍生猴子中mtDNA的起源，該研究對這些猴子以及PB1和宿主卵母細胞供體猴子的線粒體D環區域或線粒體基因ND3進行了測序。單核苷酸多態性（SNPs）的比較表明，兩個後代的mtDNA主要來自宿主卵母細胞供體猴子。

在人類胚胎中進行的SCC轉移，PB1轉移和核前轉移，在MRT中顯示了mtDNA突變疾病的廣闊前景。所有這些方法都應用於生成非人類靈長類動物後代，以在將其應用於臨床之前測試其安全性和效率。在該研究中，首先證明了PB1可以在功能上替代SCC，從而通過PB1T產生健康的靈長類動物後代。使用PB1T衍生的卵母細胞進行ICSI和妊娠的效率與使用未操縱的卵母細胞相似。這些結果表明，PB1T是預防線粒體DNA突變疾病的潛在且有希望的替代方法。鑑於去除PB1不會影響卵母細胞的質量，PB1也可用於增加不育治療的卵母細胞來源，這將有利於卵巢儲備有限的患者。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0381-y