在體外制造出功能性的精子

中國科學(xué)家們終于成功地在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生有功能性的小鼠精子。為了完成這一壯舉，來自*動(dòng)物研究所、中國科技大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、南方醫(yī)科大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員首先誘導(dǎo)小鼠胚胎干細(xì)胞產(chǎn)生功能性的精子樣細(xì)胞（sperm-like cells），然后將這種精子樣細(xì)胞注入小鼠卵細(xì)胞中產(chǎn)生能生育的小鼠后代。相關(guān)研究結(jié)果于2016年2月25日在線發(fā)表在Cell Stem Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro”。

論文共同通信作者、南方醫(yī)科大學(xué)沙家豪(Jiahao Sha)教授說，“在體外重現(xiàn)生殖細(xì)胞發(fā)育一直是生殖生物學(xué)和生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)中心目標(biāo)。我們建立了一種穩(wěn)健的和循序漸進(jìn)的方法，利用該方法可在盤碟中重現(xiàn)功能性精子樣細(xì)胞形成。我們的方法*符合由一個(gè)生殖生物學(xué)家共識(shí)小組zui近提出的金標(biāo)準(zhǔn)，所以我們認(rèn)為它具有巨大的希望用于治療男性不育癥。”

不孕不育影著響高達(dá)15％的夫妻，其中大約三分之一的病例源于男性。男性不育癥的一個(gè)主要原因是睪丸中的前體生殖細(xì)胞（precursor germ cells）不能經(jīng)歷一種被稱作減數(shù)分裂的細(xì)胞分裂，因而也就不能產(chǎn)生功能性的精細(xì)胞（即精子）。之前的一些研究已報(bào)道了利用干細(xì)胞成功地產(chǎn)生精細(xì)胞，但是這些研究并沒有充分地評(píng)估這種生殖細(xì)胞的功能性，也沒有提供存在減數(shù)分裂所有關(guān)鍵性特征的證據(jù)。

zui近，一個(gè)生殖生物學(xué)家小組提出證實(shí)人工制造的生殖細(xì)胞中減數(shù)分裂主要事件發(fā)生的金標(biāo)準(zhǔn)。比如，科學(xué)家們必需給出在特定減數(shù)分裂階段正確的DNA含量、正常的染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)以及生殖能夠產(chǎn)生有活力的后代等方面的證據(jù)。在此之前，重現(xiàn)減數(shù)分裂所有必要步驟一直是在盤碟中產(chǎn)生功能性的精細(xì)胞和卵細(xì)胞的一個(gè)主要障礙。

為了克服這一障礙，沙家豪教授與同樣作為論文共同通訊作者的來自*動(dòng)物研究所的周琪（Qi Zhou）和趙小陽（Xiao-Yang Zhao）開展合作，開發(fā)出一種基于干細(xì)胞的方法，利用這種方法可以*重現(xiàn)減數(shù)分裂，以及產(chǎn)生功能性的精子樣細(xì)胞。該方法的*步就是讓小鼠胚胎干細(xì)胞（ESCs）接觸一種由GSK3抑制劑、MEK抑制劑和白血病抑制因子（LIF）組成的化學(xué)混合物，從而將ESCs誘導(dǎo)為原始生殖細(xì)胞（primordial germ cells）。接下來，研究人員模擬這些原始生殖細(xì)胞的天然組織環(huán)境：讓這些細(xì)胞接觸睪丸細(xì)胞和諸如睪酮之類的性激素。

在這些生物相關(guān)的條件下，這些由ESCs產(chǎn)生的原始生殖細(xì)胞經(jīng)歷完整的減數(shù)分裂，產(chǎn)生具有正確細(xì)胞核DNA和染色體含量的精子樣細(xì)胞。為了進(jìn)一步提供符合減數(shù)分裂金標(biāo)準(zhǔn)的證據(jù)，研究人員將這些精子樣細(xì)胞注射進(jìn)小鼠卵細(xì)胞中，將形成的胚胎植入雌性小鼠體內(nèi)。引人注目的是，這些胚胎發(fā)育正常，產(chǎn)生健康的有生育力的后代，而且這些后代也能繁殖下一代。

在未來的研究中，研究人員計(jì)劃利用他們的平臺(tái)來研究控制減數(shù)分裂的分子機(jī)制。他們還將在諸如靈長類動(dòng)物之類的其他動(dòng)物體內(nèi)測試他們的方法以便期待開展人體研究。然而，在將這種技術(shù)轉(zhuǎn)移到診所之前，必需排除潛在的風(fēng)險(xiǎn)，而且應(yīng)當(dāng)考慮關(guān)于使用胚胎細(xì)胞的倫理擔(dān)憂。

沙家豪教授說，“如果在人體中經(jīng)證實(shí)是安全和有效的，那么我們的平臺(tái)可能能夠潛在地產(chǎn)生*功能性的用于人工授精或體外受精的精子。因?yàn)楫?dāng)前可用的治療方法對(duì)很多夫婦沒有效果，我們希望我們的方法可以大大提高治療男性不育癥的成功率。”