线粒体是一种特殊的细胞器，存在于我们身体几乎所有的细胞中（除了成熟的红细胞）。与其他细胞器不同，线粒体内存在遗传物质，即线粒体DNA(mtDNA)，与核DNA(nDNA)一桶调控线粒体的代谢活动，具有半自主性。特别要提到的是，mtDNA遵循严格的母系遗传，即子代mtDNA均来源于母亲。
线粒体在细胞能量代谢中具有核心作用，因此，它也被称为细胞的“能量工厂”，主要负责有氧呼吸进而生成能量。线粒体的工作流程相当复杂但极其关键。它们通过一种叫做“氧化磷酸化”的过程，把我们摄入的食物转化为三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）。这样，细胞就有了执行各种任务（如运动、分裂和生长）所需的能量。在这个过程中，线粒体内有几种特殊的蛋白质复合物发挥作用。这些蛋白质由mtDNA和nDNA共同编码，是整个能量生产过程不可或缺的部分。
线粒体不仅是细胞的能量工厂，它们还像多才多艺的工程师，参与生命活动的多个方面，包括细胞的生长、信息传递、细胞凋亡等。如果我们把细胞看作一个公司，线粒体就不仅是财务部，还有点像人力资源部和研发部。因此，如果线粒体出现问题，那后果就会非常严重。它们的故障不仅能导致一些罕见的疾病（如坏死性脑病、癫痫、线粒体肌病等线粒体疾病），还可能是一些更普遍的健康问题的罪魁祸首（如糖尿病和心脏病）。

mtDNA突变包括同质性突变（细胞内只存在突变的mtDNA）和异质性突变（一个细胞内会存在正常和突变的mtDNA）。mtDNA突变对人体的影响范围广泛，就像一颗小螺丝钉能影响整台复杂机器的运行。而且，由于mtDNA具有母系遗传的特点，来自母亲的突变型mtDNA可能遗传给子代造成子代患病。过去，人们认为线粒体疾病很少见。现在研究发现，这种疾病其实比我们想象中更普遍。事实上，几乎每个人体内都会存在异质性mtDNA变异，随着年龄的增长，这些变异可能带来更多健康风险。根据统计，我国约有700万人携带有mtDNA突变，每200个健康人中至少有一人携带致病性的mtDNA突变，这些突变通常是低水平的，但仍然可能导致后代患病，进而造成家庭和社会巨大的经济负担。

线粒体疾病是一种由遗传缺陷的引起的线粒体代谢功能受损，导致ATP合成障碍和能量来源不足而引发的一组遗传代谢性疾病。线粒体疾病就像是细胞发电厂的电力中断，当细胞的发电厂失灵，整个细胞结构都会受影响，表现出各种症状和问题。广义的线粒体疾病是由线粒体mtDNA异常或nDNA异常导致，狭义的线粒体疾病仅指由mtDNA异常引起。
mtDNA的致病性突变可以让多个身体系统与脏器出现问题，尤其是神经系统。这就像一块倒下的多米诺骨牌，会引发一系列复杂的问题。如果这个异常影响到大脑，可能出现类似卒中的症状，如头痛、恶心和呕吐，甚至导致癫痫或精神问题。如果脑干受损，可能会导致Leigh综合征等一系列疾病。突变也可能影响视神经，导致中央视力下降，这种病症叫做Leber遗传性视神经病变（LHON）。除此以外，骨骼肌的受累会导致患者出现疲劳、肌肉疼痛、运动不耐受等，这称为线粒体肌病。特定的mtDNA突变甚至还与心脏问题和糖尿病有关，以及可能导致消化不良、肾衰竭或肿瘤。

（1）线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作（MELAS）
这是一种影响多个器官的病症，常见症状包括像卒中样发作、痴呆、癫痫、高乳酸血症、肌红纤维粗糙、运动不耐受、偏瘫、皮质视力丧失、复发性头痛、听力障碍、肌肉无力等。MELAS综合征主要由MTTL1（tRNALeu）、MTTQ（tRNAGlu）、MTTH（tRNAHis）等基因突变引起。其中最常见的是m.3243A>G点突变，约占80%。该突变导致tRNALeu基因结构异常，转录终止因子不能结合，从而改变了rRNA和mRNA合成的比例。当肌肉组织中突变型mtDNA达40%～50%时，可出现眼外肌麻痹、肌病和耳聋；当突变型mtDNA≥90%时，可致复发性休克、痴呆、癫痫、共济失调等。
（2）肌阵挛性癫痫伴随红纤维病（MERRF）
这种疾病典型特征是肌阵挛、全身性癫痫、共济失调和红纤维肌病。患者肌纤维紊乱、粗糙，肌细胞中常可见大量形态异常的线粒体，用Gomori Trichrome染色显示为红色，称破碎红纤维。这种病也是由于mtDNA突变引发的，其中m.8344A>G突变最常见，该变异导致tRNA赖氨酸结构异常，破坏了其与核糖体的连接，导致呼吸链复合体缺陷，进而使氧化呼吸链功能下降，患者出现多系统病变。
（3）Leigh综合征（LS）
这是一种神经退行性疾病，临床症状包括血液和（或）脑脊液乳酸水平升高、脑干和（或）基底节出现病变表现、肌张力低下、痉挛、亚急性精神运动阻滞、张力减退、共济失调等。最常见的突变为m.8993T>G/C突变，使得MT-ATP6基因第156位的亮氨酸置换为精氨酸或脯氨酸，ATP合酶结构发生改变，大脑及视网膜细胞ATP合成活性降低，从而导致细胞死亡。

PGT是通过对体外受精所得第3天胚胎的1-2个卵裂球或第5天囊胚的部分滋养层细胞进行活检，单细胞基因组扩增后进行分子遗传学检测，筛选出不携带或携带极少量致病mtDNA的胚胎进行移植，从而得到健康的后代。产前诊断取胎儿组织（绒毛、羊水或脐带血细胞等)检测突变的mtDNA水平。

线粒体置换技术是利用显微操作技术在卵母细胞或受精卵水平进行健康线粒体置换，可以有效减少致病mtDNA从母亲向子代传递，从而避免线粒体遗传病子代出生。线粒体置换产生的子代含有三种来源的遗传物质：父母的nDNA与健康线粒体供者的mtDNA,因而被称为“三亲试管婴儿”。目前该技术在英国已获批临床用于阻断严重线粒体遗传病向子代传递，我国尚未立法通过该项技术的临床应用。

卵子捐赠技术是一项常规开展的辅助生殖技术。对于那些具有子代患病风险的患者，可以通过接受供卵者的卵子（卵母细胞），和自己丈夫的精子体外受精，形成胚胎后进行宫腔移植。这种方法可以完全避免将突变型mtDNA遗传给子代。但是在传统观念的影响下，一些患者难以接受这种治疗方式。

安徽医科大学第一附属医院妇产科生殖医学中心“一线生机”团队自2012年开始进行线粒体遗传病阻断研究，并于2018年开设首个线粒体遗传病生育咨询专病门诊，多年来致力于解决单细胞mtDNA异质性检测服务难题。团队自主研发新技术“新型SeqStudio™ 基因测序系统在mtDNA遗传病胚胎植入前遗传学诊断中的应用”，2020年获得临床准入，建立了全国首个胚胎植入前线粒体遗传学检测（Preimplantation genetic test for mitochondria DNA, PGT-MT）技术平台。2022年12月，团队利用PGT-MT技术帮助mtDNA突变携带者患者产下健康婴儿，在全国尚属首例。经检测，新生儿脐带血、脐带和胎盘组织进行检测，均表现为“零突变”，这一突破填补了国内PGT-MT的空白，也代表着未来mtDNA突变携带者健康生育的希望。