线粒体病的基因治疗
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补特定基因突变导致的功能缺陷，或降低突变型与
抑制突变的线粒体ＤＮＡ的复制
抑制突变的线粒体ＤＮＡ的复制，保持野生型的
ｍｔＤＮＡ的复制，可以减少突变的线粒体ＤＮＡ在整 个线粒体基因组中的比例。肽核酸（ｐｅｐｔｉｄｅ—ｎｕｃｌｅｏ． ｔｉｄｅ ａｃｉｄｓ，ＰＮＡｓ）是一个富有创意的概念。用线粒 体靶向肽核酸选择性地与突变的线粒体ＤＮＡ杂交， 可以抑制突变的线粒体ＤＮＡ复制，而让野生型基因 组扩增，增大正常线粒体ＤＮＡ的比例以修复Ｏｘ． ＰＨＯｓ缺陷，此设想在体外分离的线粒体中获得成 功。在体外已成功降低肌阵挛性癫痫和不规整红纤 维病（ｍｙｏｃｌｏｎｉｃ ｅｐｉｌｅｐｓｙ ａｎｄ ｒａ｛娼ｅｄ ｒｅｄ ｆｉｂｅｒ ｄｉｓｅａｓｅ， ＭＥＲＲＦ）Ａ８３４４Ｇ突变型基因组的比例到病理性的 阈值以下∞Ｊ。但后来发现肽核酸并非那么容易被 转运到人类细胞中的线粒体№］，而且即使进入线粒 体，肽核酸也难于跨越线粒体内膜到达线粒体的 ＤＮＡ。因此，以后又设计了一种极性更大的“跨膜 寡肽分子”（ｃｅＵ ｍｅｍｂＬ帅ｅ
系。
均一，或涉及不止一个特定的基因。因此，转变线粒 体基因组的异质性，减少突变的线粒体ＤＮＡ在整个 线粒体基因组中的比例是一条很有意义的思路。 倘若线粒体基因的突变产生某个新的限制性内 切酶位点，向异质细胞线粒体输入相应的限制性内 切酶以选择性破坏突变的线粒体ＤＮＡ。这种设想 首先在啮齿类动物［２１然后在人类细胞系【３ ３中尝试。 通过向线粒体输入针对异常线粒体ＤＮＡ的特定限 制性内切酶的重组基因，使其表达相应的内切酶剪 切异常的线粒体ＤＮＡ。例如，带有Ｒ９９３Ｇ突变的 人ＡＴＰａｓｅ ６基因产生新的唯一的ＳｍａＩ位点。把内 切酶ｓｍａＩ基因接上一段线粒体靶向性序列，在细胞 的核基因表达体系中表达后可被转运人线粒体口Ｊ， 导入内切酶Ｓｍａｌ使突变的线粒体ＤＮＡ显著减少。 将特定的内切酶基因输送给相应患者可望降低突变 ｍｔＤＮＡ的比例，但该方案的前体条件是线粒体基因 突变后产生了新的特定的内切酶位点，成为该途径 的明显的局限性，使实际可操作的ＤＮＡ突变很有 限。但Ｂａｃｍａｎ等Ｈ１的研究显示不必产生专一的位 点，有差异的酶切位点也是可操作的。
第３２卷第２期
２０１１年４月
暨南大学学报（医学版） Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ ＪｉｎａＩｌ Ｕｎｉｖｅｒｓ埘（Ｍｅｄｉｃｉｎｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３２
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０ｌｌ
线粒体病的基 因治 疗
曹佐武
（暨南大学生命科学技术学院生殖免疫研究所，广东广州５１０６３２）
［摘要］线粒体基因突变导致的线粒体病仍是不治之症，目前只有针对症状的支持性疗法。根治线粒体病只能 寄希望于基因治疗。基因治疗的主要目标是修补特定基因突变导致的功能缺陷，或促使异质性的转变，以降低突 变型与野生型基因组的比例。所探讨的途径主要包括：①在肽核酸和锌指肽的引导下选择性抑制突变基因组的复 制；②利用特定的限制性内切酶去除突变的线粒体基因组；③把特定的ｔＲＮＡｓ输入线粒体；④把异位表达的线粒体 多肽输入线粒体。但临床上基因治疗线粒体病还需更多的研究。 【关键词］ 线粒体病；异质性；基因治疗；异位表达
ｃａ唧ｏｗｕ＠ｙａｌＩ∞．ｃ哪．ｃｎ
万方数据
第２期
曹佐武：线粒体病的基因治疗
中有２０％由ｍｔＤＮＡ编码，其余８０％由核基因编码， 线粒体及染色体基因编码的ＯＸＰＨＯｓ酶蛋白各亚 单位在线粒体内装配成功能呼吸链，完成细胞０Ｘ— ＰＨＯＳ，将能量储存于ＡＴＰ的高能磷酸键中以供生 命活动所需。 ｍｔＤＮＡ无组蛋白保护，线粒体缺乏有效的ＤＮＡ 修复系统。线粒体基因组突变率较染色体ＤＮＡ高 １０—２０倍。线粒体氧化磷酸化障碍可能是最常见 的代谢病¨Ｊ。线粒体还与老化、肿瘤发生有密切关
２
线粒体的ＤＮＡ突变最终结果引起线粒体基因 编码的线粒体蛋白缺陷。已发现与人类疾病相关联
的５０多种ｍｔＤＮＡ点突变和１００多种ｍｔＤＮＡ重排。
线粒体病的临床表现极为广泛，几乎涉及到所有的 组织和器官，属于一类分散的临床征候群。而中枢 神经系统、心脏、骨骼肌、内分泌腺等能量消耗较多 的组织更易发生病变。由线粒体病引发的常见病征 包括肌无力、神经退化、视网膜病、糖尿病、神经性耳 聋等。‘一般来说，由ｍｔＤＮＡ异常所致线粒体病始发 于童年，病情渐进式发展为瘫痪或无自理能力，最后 由于重要器官病变导致死亡。临床资料显示，全世 界平均每３ ｍｉｎ出生的新生儿中，即有１名儿童将 在１０岁前患线粒体病。 由于线粒体是相对独立的细胞器，ｍｔＤＮＡ是多 拷贝的核外基因，加上线粒体基因突变的复杂性，线 粒体病的治疗研究举步维艰。目前线粒体病仍是不 治之症，所能做的只是对症治疗。如Ｋｓｓ患者安装 起博器以修补心脏的功能；神经性耳聋可以通过植 入人工耳蜗减轻；糖尿病，不论是胰岛素依赖与否， 都可以通过饮食或药物疗法控制。然而，要根治线 粒体病只能寄希望于基因治疗。 由于线粒体结构的特殊性和线粒体基因突变的 复杂性，要直接修补线粒体基因突变存在更多的困 难：线粒体的三重膜屏障，线粒体独特的表达体系， 以及线粒体中多拷贝的基因组等，因而使治疗更困 难。但目前已探讨了一些替代性的修正途径，并积 累了许多经验，线粒体病基因治疗主要的目标是弥
ｔｈｅｒａｐｙ ａｉｍｓ ｍａｉｎｌｙ
ｅｉｔｈｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｔＤＮＡ ｍｕｔａｔｉｏｎ，ｏｒ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ“ｔｈｅ ｍｕｔａｔｅｄ ｇｅｎｏｍｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ｔ｝ｌｅ ｗｉｌｄ ｔｙｐｅ ｇｅｎｏｍｅｓ．ＳｅＶｅｒａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ
鼢，ＮＡＲＰ）细胞系中对线粒体基因的偈９９３Ｇ突变产 生了野生型线粒体ＤＮＡ所不具备甲基化模型。但在 向临床转化前还需要提高甲基化酶向线粒体转运的 效率，特别要改进向活组织转染和转运的效果。 ３
因此，要将核基因表达的目的蛋白转运进入线 粒体，可先在编码这个蛋白的ＤＮＡ序列上连接一段 来源于其它线粒体蛋白的线粒体引导肽序列。因而 该基因的表达产物在该线粒体引导肽的引导下被定 向转运至线粒体，与在线粒体中合成的ＡＴＰａｓｅ８一 起组装成ＯＸＰＨＯ复合物Ｖ。在人类ａｔｐ６基因缺陷 的细胞中，核基因化的人类线粒体ａｔｐ６表达后被转 运进入线粒体缓解了呼吸链的缺陷，在体外的胞质 杂种细胞中成功修复了髓９９３Ｇ突变¨刈和Ｇ１１７７８Ａ 突变¨２ ｏ的生化缺陷。在成纤维细胞中通过表达这 种核基因化的ＮＤｌ和ＮＤ４基因，表达产物转入线 粒体后恢复了呼吸链功能¨列ｊ这种异位表达的 ＮＡＤＨ脱氢酶４（ＮＡＤＨ
Ｒ３９４．８
［中图分类号］
［文献标志码］
Ａ
［文章编号］
１０００—９９６５（２０１１）０２一０１２２—０４
Ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ
ｏｎ
ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｍｉｔＯｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｉｓｅａｓｅｓ
ＣＡ０ Ｚｕｏ—ｗｕ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒｅｐｍｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｅｅ船ｄ’Ｉｋｈｎｏｌｏｇ）ｒ，Ｊｉｎ锄ｕｎｉｖｅｒｓ蛔，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０３２，Ｃｈｉｎａ）
Ⅱｌｏｖｉｎｇ
ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ；②ｒｅ一
ｓｐｅｅｉｆｉｃ
ｐａｍｏｇｅｎｉｃ ｍｔＤＮＡ ｇｅｎｏｍｅｓ ｂｙ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ
ｅｘｐＩ．ｅｓｓｉｏｎ
ｅｎｄｏｎｕｃｌｅａｓｅ．③Ｉｍｐｏｒｔｉｎｇ
ＲＮＡｓ ｉｎｔｏ
ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ；④Ａｕｏｔｏｐｉｃ
ａ．
ｏｆ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ卸ｄ ｉｍｐｏｒｔｉｎｇ ｂａｃｋ ｉｎｔｏ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉ－
用限制性内切酶选择性破坏突变的 线粒体ＤＮＡ
线粒体基因是多拷贝基因，其基因突变可能不
万方数据
暨南大学学报（医学版）
第Fra Baidu bibliotek２卷
下，甲基化酶进入线粒体与线粒体基因组结合对其 进行特定的异常甲基化＿叫１，突变的ｍｔＤＮＡ被异 常甲基化后，：复制被抑制，因而降低突变ｍｔＤＮＡ所 占的比例：已在神经性肌无力、运动失调及色素性
ｇｅｎｅ
ｔｈｅｒ印ｙ；
ａｌｌｏｔｒｏｐｉｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
线粒体是细胞内储存和供给能量的场所，直接 影响到细胞生存和增殖。人类线粒体ＤＮＡ（ｍｉｔｏ－ ｃｈｏｎ矗ａＬｌ ＤＮＡ，ｍｔＤＮＡ）被称为“第２５号染色体”，
１６ ５６９
因，２个与基因翻译有关的ｒＲＮＡ基因（１２ＳｒＲＮＡ和
１６ＳｒＲＮＡ）及２２个ｔＲＮＡ基因。 线粒体拥有１ ０００多种蛋白质，其中９８％以上
ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ
向线粒体输送特定的ｔＲＮＡ
一些线粒体病是由特定的ｔＲＮＡ的基因突变导
致的。修补线粒体ｔＲＮＡ的基因突变，可利用核基 因体系表达特定的ｔＲＮＡ，然后将该ｔＲＮＡ转运人线 粒体。自然界中，正常的酵母ｔＲＮＡｓ・可从细胞浆转 运至线粒体以补偿突变的线粒体ｔＲＮＡ，而在有特异 的酵母转运因子存在时，酵母的ｔＲＮＡ可被运人人 类线粒体归Ｊ。线粒体膜上的ｔＲＮＡ运人复合物（ｔＲ．
ＮＡ ｉｍｐｏｎ
４，ＮＤ４）还使
ｏｐｔｉｃ
ｃｏｍｐｌｅｘ，ＲＩＣ）在修复相应的线粒体基因
Ｌｅｂｅｒ氏遗传性视神经病（Ｌｅｂｅｒ，ｓ 准备用于临床试验¨“。
ｈｅｒｅｄｉｔａｒｙ
缺陷中发挥重要作用。临床肌阵挛癫痫伴破碎红纤 维综合征（ＭＥＲＲＦ）病是由于线粒体ｔＲＮＡ的基因 突变引起的。在带有转运赖氨酸的线粒体ｔＲＮＡ （ｍｔ—ｔＲＮＡＬｙｓ）基因突变的人类细胞系中表达核基 因编码的酵母ｍｔ．ｔＲＮＡＬｙｓ，可使ＭＥＲＲＦ病的呼吸 链功能缺陷部分恢复¨０｜。但相对于ｍＲＮＡ的表达 与转运，对于ｔＲＮＡ的表达和转运机制知之甚少，还 需更多的基础研究。
ｔｏ
ｔｈｉｓ ｇｏａｌ
ｓｔｕｄｉｅｄ：①Ｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ
０ｆ ｍｕｔａｎｔ ｇｅｎｏｍｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｌｙ ｔａＪｌｇｅｔｅｄ ｐｅｐｔｉｄｅ
ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄｓ（ＰＮＡｓ）ｏｒ ｓｅｑｕｅｉＩＪｃｅ—ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｚｉｎｃ ｆｉｎｇｅｒ－ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅ ｄｅｓｔｉｎｅｄ ｆｏｒ
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｇｅｎｅ
ｔｏ
ｍｕｔａｔｉｏｎ
ｏｆ ｍｔＤＮＡ
ａｒｅ
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ｓｏ
ｆ打．Ｔｈｅ
ｃｕｎ．ｅｎｔ
ｔ｝ｌｅｓｅ ｄｉｓｅａｓｅｓ
ａｔ
ａｒｅ
ｏｎｌｙ ｓｙｍｐｔｏｍａｔｉｃ．（ｋｎｅ山ｅｒａｐｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｈｅ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ
ｂｐ的闭合双链环状分子包含１３个氧化磷酸 化（ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎ，ＯｘＰＨＯＳ）酶亚单位基
由细胞核编码，少数蛋白质由线粒体基因直接编码。 线粒体内膜呼吸链０ｘＰＨＯ酶复合物的６３个亚基
［收稿日期］２０ｌＯ—１２—０ｒ７ ［基金项目】 ［作者简介］ 国家自然科学基金重点项目（２１３０７０１７） 曹佐武（１９６３一），男，博士，研究员，硕士生导师，研究方向：发育生物学和分子生物学方面的研究．Ｔｅｌ：０２０—８５２２０２５；Ｅ．ｍａｉｌ：
ｔｏ
Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｈ鹊ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｉｎ ｔＩｌｅｓｅ ｓｔｕｄｉｅｓ，ｂｕｔ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｈａｓ
ｂｅ ｄｏｎｅ ｂｅｆｏｒｅ
ｃ】ｉｎｉｃａｌ ｔ而ａｌｓ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］
ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｉｓｅａｓｅ；
ｈｅｔｅｒｏｐｌａｓｍｙ；
视网膜炎（ｎｅｕｒｏｐａｔ｝ｌｙ，ａｔａ）【ｉａ，狮ｄ
ｒｅｔｉｎｉｔｉｓ ｐｉｇｍｅｎｔｏ一
到线粒体装配成呼吸链复合体。大部分线粒体蛋白 质在核糖体上合成时，其Ｎ端都带有一信号肽段， 或称为引导肽（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ
ｌｅａｄｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅ，ＭＬＰ），
ｓｅｑｕｅｎｃｅ，
或靶向序列（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｔ叫吾ｅｔｉｎｇ Ｍ偈），信号肽可将该蛋白导向线粒体。
ｃｒｏｓｓｉｎｇ
ｏｌｉｇｏｍｅｒ，ＣＭ—
野生型基因组的比例。本文将介绍国外线粒体病基 因治疗研究中的一些主要尝试和进展。 １
ｃｏ），与肽核酸偶联后可以将肽核酸导向线粒体。 但是能否有效抑制ＤＮＡ复制尚有待研究，特别是要 应用到活体动物中将有更大的难度。 另一个抑制突变的线粒体ＤＮＡ的复制的尝试 是将一个ＤＮＡ甲基化酶与一个锌指肽（ｚｉｎ卜ｆｉｎｇｅｒ ｐｅｐｔｉｄｅ，ｚＦＰ）相连，在一个线粒体导向序列的引导
抑制突变的线粒体ＤＮＡ的复制
抑制突变的线粒体ＤＮＡ的复制，保持野生型的
ｍｔＤＮＡ的复制，可以减少突变的线粒体ＤＮＡ在整 个线粒体基因组中的比例。肽核酸（ｐｅｐｔｉｄｅ—ｎｕｃｌｅｏ． ｔｉｄｅ ａｃｉｄｓ，ＰＮＡｓ）是一个富有创意的概念。用线粒 体靶向肽核酸选择性地与突变的线粒体ＤＮＡ杂交， 可以抑制突变的线粒体ＤＮＡ复制，而让野生型基因 组扩增，增大正常线粒体ＤＮＡ的比例以修复Ｏｘ． ＰＨＯｓ缺陷，此设想在体外分离的线粒体中获得成 功。在体外已成功降低肌阵挛性癫痫和不规整红纤 维病（ｍｙｏｃｌｏｎｉｃ ｅｐｉｌｅｐｓｙ ａｎｄ ｒａ｛娼ｅｄ ｒｅｄ ｆｉｂｅｒ ｄｉｓｅａｓｅ， ＭＥＲＲＦ）Ａ８３４４Ｇ突变型基因组的比例到病理性的 阈值以下∞Ｊ。但后来发现肽核酸并非那么容易被 转运到人类细胞中的线粒体№］，而且即使进入线粒 体，肽核酸也难于跨越线粒体内膜到达线粒体的 ＤＮＡ。因此，以后又设计了一种极性更大的“跨膜 寡肽分子”（ｃｅＵ ｍｅｍｂＬ帅ｅ
系。
均一，或涉及不止一个特定的基因。因此，转变线粒 体基因组的异质性，减少突变的线粒体ＤＮＡ在整个 线粒体基因组中的比例是一条很有意义的思路。 倘若线粒体基因的突变产生某个新的限制性内 切酶位点，向异质细胞线粒体输入相应的限制性内 切酶以选择性破坏突变的线粒体ＤＮＡ。这种设想 首先在啮齿类动物［２１然后在人类细胞系【３ ３中尝试。 通过向线粒体输入针对异常线粒体ＤＮＡ的特定限 制性内切酶的重组基因，使其表达相应的内切酶剪 切异常的线粒体ＤＮＡ。例如，带有Ｒ９９３Ｇ突变的 人ＡＴＰａｓｅ ６基因产生新的唯一的ＳｍａＩ位点。把内 切酶ｓｍａＩ基因接上一段线粒体靶向性序列，在细胞 的核基因表达体系中表达后可被转运人线粒体口Ｊ， 导入内切酶Ｓｍａｌ使突变的线粒体ＤＮＡ显著减少。 将特定的内切酶基因输送给相应患者可望降低突变 ｍｔＤＮＡ的比例，但该方案的前体条件是线粒体基因 突变后产生了新的特定的内切酶位点，成为该途径 的明显的局限性，使实际可操作的ＤＮＡ突变很有 限。但Ｂａｃｍａｎ等Ｈ１的研究显示不必产生专一的位 点，有差异的酶切位点也是可操作的。
第３２卷第２期
２０１１年４月
暨南大学学报（医学版） Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ ＪｉｎａＩｌ Ｕｎｉｖｅｒｓ埘（Ｍｅｄｉｃｉｎｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３２
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０ｌｌ
线粒体病的基 因治 疗
曹佐武
（暨南大学生命科学技术学院生殖免疫研究所，广东广州５１０６３２）
［摘要］线粒体基因突变导致的线粒体病仍是不治之症，目前只有针对症状的支持性疗法。根治线粒体病只能 寄希望于基因治疗。基因治疗的主要目标是修补特定基因突变导致的功能缺陷，或促使异质性的转变，以降低突 变型与野生型基因组的比例。所探讨的途径主要包括：①在肽核酸和锌指肽的引导下选择性抑制突变基因组的复 制；②利用特定的限制性内切酶去除突变的线粒体基因组；③把特定的ｔＲＮＡｓ输入线粒体；④把异位表达的线粒体 多肽输入线粒体。但临床上基因治疗线粒体病还需更多的研究。 【关键词］ 线粒体病；异质性；基因治疗；异位表达
ｃａ唧ｏｗｕ＠ｙａｌＩ∞．ｃ哪．ｃｎ
万方数据
第２期
曹佐武：线粒体病的基因治疗
中有２０％由ｍｔＤＮＡ编码，其余８０％由核基因编码， 线粒体及染色体基因编码的ＯＸＰＨＯｓ酶蛋白各亚 单位在线粒体内装配成功能呼吸链，完成细胞０Ｘ— ＰＨＯＳ，将能量储存于ＡＴＰ的高能磷酸键中以供生 命活动所需。 ｍｔＤＮＡ无组蛋白保护，线粒体缺乏有效的ＤＮＡ 修复系统。线粒体基因组突变率较染色体ＤＮＡ高 １０—２０倍。线粒体氧化磷酸化障碍可能是最常见 的代谢病¨Ｊ。线粒体还与老化、肿瘤发生有密切关
２
线粒体的ＤＮＡ突变最终结果引起线粒体基因 编码的线粒体蛋白缺陷。已发现与人类疾病相关联
的５０多种ｍｔＤＮＡ点突变和１００多种ｍｔＤＮＡ重排。
线粒体病的临床表现极为广泛，几乎涉及到所有的 组织和器官，属于一类分散的临床征候群。而中枢 神经系统、心脏、骨骼肌、内分泌腺等能量消耗较多 的组织更易发生病变。由线粒体病引发的常见病征 包括肌无力、神经退化、视网膜病、糖尿病、神经性耳 聋等。‘一般来说，由ｍｔＤＮＡ异常所致线粒体病始发 于童年，病情渐进式发展为瘫痪或无自理能力，最后 由于重要器官病变导致死亡。临床资料显示，全世 界平均每３ ｍｉｎ出生的新生儿中，即有１名儿童将 在１０岁前患线粒体病。 由于线粒体是相对独立的细胞器，ｍｔＤＮＡ是多 拷贝的核外基因，加上线粒体基因突变的复杂性，线 粒体病的治疗研究举步维艰。目前线粒体病仍是不 治之症，所能做的只是对症治疗。如Ｋｓｓ患者安装 起博器以修补心脏的功能；神经性耳聋可以通过植 入人工耳蜗减轻；糖尿病，不论是胰岛素依赖与否， 都可以通过饮食或药物疗法控制。然而，要根治线 粒体病只能寄希望于基因治疗。 由于线粒体结构的特殊性和线粒体基因突变的 复杂性，要直接修补线粒体基因突变存在更多的困 难：线粒体的三重膜屏障，线粒体独特的表达体系， 以及线粒体中多拷贝的基因组等，因而使治疗更困 难。但目前已探讨了一些替代性的修正途径，并积 累了许多经验，线粒体病基因治疗主要的目标是弥
ｔｈｅｒａｐｙ ａｉｍｓ ｍａｉｎｌｙ
ｅｉｔｈｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｔＤＮＡ ｍｕｔａｔｉｏｎ，ｏｒ
ｔｏ
ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ“ｔｈｅ ｍｕｔａｔｅｄ ｇｅｎｏｍｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ｔ｝ｌｅ ｗｉｌｄ ｔｙｐｅ ｇｅｎｏｍｅｓ．ＳｅＶｅｒａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ
鼢，ＮＡＲＰ）细胞系中对线粒体基因的偈９９３Ｇ突变产 生了野生型线粒体ＤＮＡ所不具备甲基化模型。但在 向临床转化前还需要提高甲基化酶向线粒体转运的 效率，特别要改进向活组织转染和转运的效果。 ３
因此，要将核基因表达的目的蛋白转运进入线 粒体，可先在编码这个蛋白的ＤＮＡ序列上连接一段 来源于其它线粒体蛋白的线粒体引导肽序列。因而 该基因的表达产物在该线粒体引导肽的引导下被定 向转运至线粒体，与在线粒体中合成的ＡＴＰａｓｅ８一 起组装成ＯＸＰＨＯ复合物Ｖ。在人类ａｔｐ６基因缺陷 的细胞中，核基因化的人类线粒体ａｔｐ６表达后被转 运进入线粒体缓解了呼吸链的缺陷，在体外的胞质 杂种细胞中成功修复了髓９９３Ｇ突变¨刈和Ｇ１１７７８Ａ 突变¨２ ｏ的生化缺陷。在成纤维细胞中通过表达这 种核基因化的ＮＤｌ和ＮＤ４基因，表达产物转入线 粒体后恢复了呼吸链功能¨列ｊ这种异位表达的 ＮＡＤＨ脱氢酶４（ＮＡＤＨ
Ｒ３９４．８
［中图分类号］
［文献标志码］
Ａ
［文章编号］
１０００—９９６５（２０１１）０２一０１２２—０４
Ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ
ｏｎ
ｔｈｅ ｇｅｎｅ ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｍｉｔＯｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｉｓｅａｓｅｓ
ＣＡ０ Ｚｕｏ—ｗｕ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒｅｐｍｄｕｃｔｉｖｅ Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｅｅ船ｄ’Ｉｋｈｎｏｌｏｇ）ｒ，Ｊｉｎ锄ｕｎｉｖｅｒｓ蛔，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０３２，Ｃｈｉｎａ）
Ⅱｌｏｖｉｎｇ
ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ；②ｒｅ一
ｓｐｅｅｉｆｉｃ
ｐａｍｏｇｅｎｉｃ ｍｔＤＮＡ ｇｅｎｏｍｅｓ ｂｙ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ
ｅｘｐＩ．ｅｓｓｉｏｎ
ｅｎｄｏｎｕｃｌｅａｓｅ．③Ｉｍｐｏｒｔｉｎｇ
ＲＮＡｓ ｉｎｔｏ
ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ；④Ａｕｏｔｏｐｉｃ
ａ．
ｏｆ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ卸ｄ ｉｍｐｏｒｔｉｎｇ ｂａｃｋ ｉｎｔｏ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉ－
用限制性内切酶选择性破坏突变的 线粒体ＤＮＡ
线粒体基因是多拷贝基因，其基因突变可能不
万方数据
暨南大学学报（医学版）
第Fra Baidu bibliotek２卷
下，甲基化酶进入线粒体与线粒体基因组结合对其 进行特定的异常甲基化＿叫１，突变的ｍｔＤＮＡ被异 常甲基化后，：复制被抑制，因而降低突变ｍｔＤＮＡ所 占的比例：已在神经性肌无力、运动失调及色素性
ｇｅｎｅ
ｔｈｅｒ印ｙ；
ａｌｌｏｔｒｏｐｉｃ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ
线粒体是细胞内储存和供给能量的场所，直接 影响到细胞生存和增殖。人类线粒体ＤＮＡ（ｍｉｔｏ－ ｃｈｏｎ矗ａＬｌ ＤＮＡ，ｍｔＤＮＡ）被称为“第２５号染色体”，
１６ ５６９
因，２个与基因翻译有关的ｒＲＮＡ基因（１２ＳｒＲＮＡ和
１６ＳｒＲＮＡ）及２２个ｔＲＮＡ基因。 线粒体拥有１ ０００多种蛋白质，其中９８％以上
ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ
向线粒体输送特定的ｔＲＮＡ
一些线粒体病是由特定的ｔＲＮＡ的基因突变导
致的。修补线粒体ｔＲＮＡ的基因突变，可利用核基 因体系表达特定的ｔＲＮＡ，然后将该ｔＲＮＡ转运人线 粒体。自然界中，正常的酵母ｔＲＮＡｓ・可从细胞浆转 运至线粒体以补偿突变的线粒体ｔＲＮＡ，而在有特异 的酵母转运因子存在时，酵母的ｔＲＮＡ可被运人人 类线粒体归Ｊ。线粒体膜上的ｔＲＮＡ运人复合物（ｔＲ．
ＮＡ ｉｍｐｏｎ
４，ＮＤ４）还使
ｏｐｔｉｃ
ｃｏｍｐｌｅｘ，ＲＩＣ）在修复相应的线粒体基因
Ｌｅｂｅｒ氏遗传性视神经病（Ｌｅｂｅｒ，ｓ 准备用于临床试验¨“。
ｈｅｒｅｄｉｔａｒｙ
缺陷中发挥重要作用。临床肌阵挛癫痫伴破碎红纤 维综合征（ＭＥＲＲＦ）病是由于线粒体ｔＲＮＡ的基因 突变引起的。在带有转运赖氨酸的线粒体ｔＲＮＡ （ｍｔ—ｔＲＮＡＬｙｓ）基因突变的人类细胞系中表达核基 因编码的酵母ｍｔ．ｔＲＮＡＬｙｓ，可使ＭＥＲＲＦ病的呼吸 链功能缺陷部分恢复¨０｜。但相对于ｍＲＮＡ的表达 与转运，对于ｔＲＮＡ的表达和转运机制知之甚少，还 需更多的基础研究。
ｔｏ
ｔｈｉｓ ｇｏａｌ
ｓｔｕｄｉｅｄ：①Ｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ
０ｆ ｍｕｔａｎｔ ｇｅｎｏｍｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｌｙ ｔａＪｌｇｅｔｅｄ ｐｅｐｔｉｄｅ
ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄｓ（ＰＮＡｓ）ｏｒ ｓｅｑｕｅｉＩＪｃｅ—ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｚｉｎｃ ｆｉｎｇｅｒ－ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅ ｄｅｓｔｉｎｅｄ ｆｏｒ
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｇｅｎｅ
ｔｏ
ｍｕｔａｔｉｏｎ
ｏｆ ｍｔＤＮＡ
ａｒｅ
ｉｎｃｕｒａｂｌｅ
ｓｏ
ｆ打．Ｔｈｅ
ｃｕｎ．ｅｎｔ
ｔ｝ｌｅｓｅ ｄｉｓｅａｓｅｓ
ａｔ
ａｒｅ
ｏｎｌｙ ｓｙｍｐｔｏｍａｔｉｃ．（ｋｎｅ山ｅｒａｐｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｈｅ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ
ｂｐ的闭合双链环状分子包含１３个氧化磷酸 化（ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎ，ＯｘＰＨＯＳ）酶亚单位基
由细胞核编码，少数蛋白质由线粒体基因直接编码。 线粒体内膜呼吸链０ｘＰＨＯ酶复合物的６３个亚基
［收稿日期］２０ｌＯ—１２—０ｒ７ ［基金项目】 ［作者简介］ 国家自然科学基金重点项目（２１３０７０１７） 曹佐武（１９６３一），男，博士，研究员，硕士生导师，研究方向：发育生物学和分子生物学方面的研究．Ｔｅｌ：０２０—８５２２０２５；Ｅ．ｍａｉｌ：
ｔｏ
Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｈ鹊ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｉｎ ｔＩｌｅｓｅ ｓｔｕｄｉｅｓ，ｂｕｔ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｈａｓ
ｂｅ ｄｏｎｅ ｂｅｆｏｒｅ
ｃ】ｉｎｉｃａｌ ｔ而ａｌｓ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］
ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｄｉｓｅａｓｅ；
ｈｅｔｅｒｏｐｌａｓｍｙ；
视网膜炎（ｎｅｕｒｏｐａｔ｝ｌｙ，ａｔａ）【ｉａ，狮ｄ
ｒｅｔｉｎｉｔｉｓ ｐｉｇｍｅｎｔｏ一
到线粒体装配成呼吸链复合体。大部分线粒体蛋白 质在核糖体上合成时，其Ｎ端都带有一信号肽段， 或称为引导肽（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ
ｌｅａｄｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅ，ＭＬＰ），
ｓｅｑｕｅｎｃｅ，
或靶向序列（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ｔ叫吾ｅｔｉｎｇ Ｍ偈），信号肽可将该蛋白导向线粒体。
ｃｒｏｓｓｉｎｇ
ｏｌｉｇｏｍｅｒ，ＣＭ—
野生型基因组的比例。本文将介绍国外线粒体病基 因治疗研究中的一些主要尝试和进展。 １
ｃｏ），与肽核酸偶联后可以将肽核酸导向线粒体。 但是能否有效抑制ＤＮＡ复制尚有待研究，特别是要 应用到活体动物中将有更大的难度。 另一个抑制突变的线粒体ＤＮＡ的复制的尝试 是将一个ＤＮＡ甲基化酶与一个锌指肽（ｚｉｎ卜ｆｉｎｇｅｒ ｐｅｐｔｉｄｅ，ｚＦＰ）相连，在一个线粒体导向序列的引导