未来辅助生殖干细胞技术开创新局面 - 新闻中心 - 科学网

　　日本研究人员利用尖端技术在实验室制造卵子和精子。现在，科学家们必须决定如何安全和道德地使用这些细胞。图片来源：VIKTOR KOEN

　　自去年十月以来，分子生物学家林胜彦（Hayashi Katsuhiko）收到了许多电子邮件，其中大部分是中年夫妇，所有人都渴望有一个事情：有孩子。一位英国女性在她晚年的更年期中向京都大学的Hayashi实验室提出了建议，希望能够帮助她，这是我唯一的愿望，她写道。

　　这些要求始于Hayashi出版的一项研究。 Hayashi培养的原始生殖细胞（PGCs）通过在小鼠皮肤细胞上进行体外实验，并且为了证实这些细胞与天然生长的PGCs真的是相同的，他再次使用它们来产生卵子和活的小鼠。这一结果增加了从不育女性皮肤细胞产生受精卵的可能性;这也说明一个男人的皮肤细胞也可以用来产生卵子，而一个女人的皮肤细胞也可以制造精子。

　　公众对这个实验的关注超出了Hayashi和资深教授笃信教授的期望，他们在哺乳动物配子中的体外重建领域已经工作了十多年，但是这些都是为了科学研究，而不是为了治疗因为他们把研究从老鼠推到猴子甚至人类，为未来的不育治疗奠定了基础，科学家和公众也开始面临随之而来的伦理问题。

　　不用说，他们真的改变了老鼠的领域。洛杉矶加利福尼亚大学生育专家克拉克指出，现在我们必须开始与游戏玩家讨论道德问题，以避免在技术证明有用之前将其打破。

　　在小鼠生长过程中，胚胎发育第一周后会出现生殖细胞（约40个），然后雄性和雌性小鼠分别形成大量的精子和卵子。斋藤想知道这些细胞生长过程是什么信号。

　　在过去的10年中，他发现某些特定时期的基因组合在PGCs的生长中起着重要的作用。使用这些基因作为标记，他能够从其他细胞中选择PGCs进行研究。 2009年，他在神户理化学研究所发现，在合适的培养条件下，在适当的时间加入BMP4可以将胚胎干细胞转化为PGCs。

　　以色列Rehovot的Weizmann科学研究所的干细胞专家Jacob Hanna说，Saitou跟踪自然进程的方法与其他人的研究形成了鲜明的对比，令人印象深刻的是，Saitou试图准确地确定元素生殖细胞形成，去除多余的信号，并注意各种分子的工作时机。英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）干细胞生物学专家哈利·摩尔（Harry Moore）称这种生殖细胞生长的严重重建为胜利。

　　斋藤的研究是从活体小鼠外胚层提取的细胞开始的，但是他想用现成的培养细胞来真正控制这个过程，2009年，林离开剑桥回到日本后，加入了斋藤。胚胎干细胞通过使用关键调节分子（激活素A）和碱性成纤维细胞生长因子的其他研究分化成外胚层，然后将该过程应用于斋节以前的研究，使其成为PGCs。

　　Hayashi将这些人工培养的PGCs注射到无精子的小鼠体内，使它们成功地获得精子生产。研究小组将精子注入鸡蛋中，将胚胎置于雌性小鼠体内，释放不育小鼠的后代。

　　人造PGCs很有希望

　　其他研究人员已经能够重现获得实验室生长的PGCs的过程，但是根据“自然”杂志的报道，尚无研究团队能够使用这种方法来培育活体动物。人造PGCs对研究表观遗传学的科学家有特殊的作用：决定基因表达的DNA的生物化学修饰。这些修饰中的大多数涉及将甲基添加到DNA碱基（在一些情况下携带生物体的历史（例如，与子宫接触的外来化学物质等））。

　　表观遗传标记在胚胎发育过程中像其他细胞上的PGCs一样起作用，但是PGCs是独特的，因为当它们长成精子和卵子时，它们的表观遗传标记消失，从而形成能够形成所有细胞类型受精卵的细胞。

　　微妙的表观遗传变化会导致不育，并产生睾丸癌和其他疾病。汉娜的研究小组已经开始使用人造PGC来研究个体酶在表观遗传调控中的作用，并且可能在将来发现与疾病相关的表观遗传网络。

　　事实上，汉娜说，体外PGCs为科学家们提供了数以百万计的细胞“研究，使得研究不再局限于通过解剖早期胚胎可以获得的少量细胞，这一点很重要，因为我们有罕见的细胞PGCs经历主要的基因组Hanna说，Clark同意Hanna的观点，即体外模型为科学家们提供了前所未有的研究可能性。

　　临床相关性

　　但是，林和斋头不能给不能分娩的夫妇提供任何帮助。在结果应用于临床之前，还有许多问题需要解决。

　　Saitou和Hayashi发现，这些后代产生的PGCs不是完全正常的，尽管通过他们的技术产生的后代往往看起来健康和肥沃。第二代PGCs经常产生脆弱的变形蛋。受精后，这些卵通常分为三组染色体细胞，通常分为两组。

　　另外，人造PGCs后代的成功率仅为正常体外受精的1/3。利用哈佛大学医学院的表观基因组学研究斋藤的方法发现，体外PGCs并不能像自然发生的PGCs一样消除表观遗传程序，他说：我们必须认识到这些细胞如PGCs不是PGCs。

　　PGCs用于不育治疗是一个巨大的飞跃，许多科学家，包括斋头，都敦促研究要谨慎。这项技术可以在猴子身上安全使用的事实有助于缓解这些担忧，但是在确定方法是否安全之前需要安全地出生多少只猴子呢？你需要几代？最终，人类胚胎将需要被制造和测试，由于胚胎生产的研究限制，这个过程可能会减慢。

　　斋头使用来自多能干细胞（iPS）的精子来源的精子，并产生雌性“iPS”的卵子，他说逆转实验是可能的，因此卵子和精子可以从同一只老鼠身上获得，产生了前所未有的东西：一个自我再生的小鼠，林和斋头还没有准备好研究这个研究，如果有科学需要，我会试验，但只能在老鼠身上。

　　两位科学家都感受到了病人和日本资助机构的压力，要求他们继续实验。这项技术应该是不能在体外受精的妇女的最后希望，也是那些在童年时期有癌症并且不能产生精子或卵子的人的最后希望。 Hayashi提醒那些写信给他的人，在未来的10年甚至50年内，可行的不孕症治疗可能不会出现。我的印象是距离很远，我不想给人不切实际的希望。他说。

　　病人将看到鼠标实验的成功，但往往忘记了这些尖端技术背后的艰苦工作。 Hayshi说，他们没有意识到，从老鼠到人的实验几乎意味着重启。因为人类早期的胚胎和老鼠完全不同。 （张冬）

　　“中国科学”（2013-08-28第3版国际）