香港中文大學（中大）生命科學學院副教授姜秉昊教授與美國的研究團隊合作，以跨學科研究方法，成功揭示線粒體DNA（去氧核醣核酸）只能通過母體遺傳背後的重要機制，為此科學謎團帶來嶄新的啟示。新發現同時有助進一步研究與線粒體DNA相關的神經退化疾病及改善人工受孕技術。

只會遺傳自母親

約於50 年前， 科學家發現人體DNA不只存在於細胞核內，而同時存在於細胞內的線粒體。線粒體是真核細胞進行氧化代謝的部位，人體吸收的糖類、脂肪和胺基酸最終會在線粒體氧化，為細胞提供能量。線粒體DNA只佔人體總DNA的很小部分，在人體約20,000個基因中，只有37個基因由線粒體DNA編碼而成。在大部分動物中細胞核DNA遺傳自雙親，線粒體DNA只會遺傳自母親。來自父親的線粒體DNA，為何會在受精卵中消失？它又是怎樣消失？科學界一直未有明確的答案。

姜秉昊教授與美國科羅拉多大學薛定教授的研究團隊，透過研究秀麗隱桿線蟲（C.Elegans）精子內的線粒體嘗試找出答案。秀麗隱桿線蟲是一種非寄生線蟲，可以獨立生存，身長約一毫米，一般生長於溫帶泥土中。科學家長久以來利用秀麗隱桿線蟲作細胞研究，是生物學研究的一種模式生物（Model Organism）。

新發現助改善 人工受孕技術

科學家已知道，線蟲母親的卵子細胞會產生自噬作用，吞噬精子的線線粒體DNA粒體，並將它們分解（Degrada -tion）。但姜教授及研究團隊利用高解析度的電子顯微鏡，觀察線蟲細胞內部結構小至納米尺度的三維影像時，發現精子線粒體在母親卵子的自噬作用發生之前，已經出現衰退的跡象。

姜教授表示，發現精子線粒體有自我分解的機制（Self-degradation），如同一種自殺行為。當精子進入卵子時這個內在機制就會立即啟動，且當此機制遭到延緩胚胎的生存率便會降低。此發現有助科學家了解與此機制相關的疾病，以及改善人工授孕的技術。

可望為相關疾病 開啟治療新窗

基於以上的發現，研究團隊再進一步尋找促進精子線粒體自我分解的蛋白質，發現於線粒體表面的CPS-6蛋白有切斷DNA分子的功能。此發現在分子層面直接解釋了為何線粒體DNA不能通過父系遺傳：當精子進入卵子時，CPS-6蛋白會移動到精子線粒體上並分解其DNA。研究人員更發現，假如父親的線粒體不被清除，將會傷害發育中的胚胎。

由於線粒體為細胞代謝提供能量時，非常容易受到損傷，因此它們受到細胞自噬系統的嚴密監察，異常的線粒體會被自噬作用清除。在人體中，如果這個清除功能發生異常，便有可能引致神經退化疾病。深入了解線蟲的父系線粒體DNA的清除過程，將為研究人體細胞的自噬系統提供新方向，甚至可為相關的疾病提供治療方法，包括帕金遜症、腦退化症及一些心臟疾病及失明等。

■姜秉昊教授利用高解析度電子顯微鏡研究線蟲，揭示精子線粒體的自我分解機制。

■卵母細胞產生自噬作用（紅）吞噬精子線粒體（藍）的三維圖像。圖像是根據電子顯微鏡數據製成。