近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（以下简称广州健康院）工具猪研究组与医用大动物研究组，联合五邑大学等机构，利用先导编辑技术结合体细胞核移植技术，成功培育出携带校对功能缺陷型线粒体DNA聚合酶γ的猪模型。该模型表现出线粒体DNA随年龄增长而累积突变的特征，并精准重现了人类线粒体功能障碍所导致的早衰表型。相关成果发表于《科学进展》。

（A）POLG基因突变位点示意图；（B）2月龄和4月龄纯合子猪模型照片（同一头猪）；（C）纯合子、杂合子和野生型猪mtDNA突变总体分布情况。研究团队供图

线粒体作为细胞的“能量工厂”，拥有独立的遗传物质——线粒体DNA，且仅通过母系遗传。线粒体DNA复制依赖DNA聚合酶γ（由POLG基因编码），其3′-5′外切酶结构域具有校对功能，可修正复制错误。当该校对功能缺失时，线粒体DNA突变大量积累，加速细胞衰老，最终引发体重下降、脱发、脊柱弯曲、寿命缩短等早衰症状。

为探究线粒体DNA突变积累与机体衰老的因果关系，既往研究多采用小鼠模型，并证实POLG蛋白功能缺陷所致突变累积是驱动衰老的关键因素。然而，小鼠与人类在体型、寿命、代谢方式等方面差异显著，难以精确模拟人类疾病的临床表型，研究成果向临床转化存在局限。猪因器官大小、生理代谢及免疫系统与人类高度相似，被视为更理想的人类疾病研究模型。

研究团队通过先导编辑技术，在猪POLG基因中实现特定碱基精准替换（A→C），使其编码蛋白的校对功能失活。经优化设计，细胞水平的编辑效率超过50%，随后利用体细胞核移植技术，成功获得纯合基因缺陷猪模型。该模型表现出典型的全身性早衰症状，包括体重显著下降、毛发粗糙、严重贫血、皮肤及睾丸组织病变，且寿命明显缩短（多数个体存活不足7个月）。与小鼠模型相比，猪模型的症状出现更早、程度更重，更贴近人类患者临床表型，弥补了小鼠模型“病情轻微”的不足。深度测序显示，突变猪体内线粒体DNA突变随年龄不断累积，且不同组织间突变负荷存在差异，该特征与人类线粒体疾病高度一致。

论文共同通讯作者、广州健康院研究员赖良学表示，将该猪模型中的线粒体DNA突变与人类致病突变数据库比对后发现，其可覆盖超过70%的人类致病性线粒体DNA突变。因此，该模型不仅是研究早衰的有力工具，更是一个“线粒体DNA突变生成器”，可通过筛选携带特定致病突变的个体，定向培育针对不同线粒体疾病的猪模型，有望解决当前该类疾病大动物模型极度匮乏的瓶颈问题。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adu0632