小鼠試驗表明,精子能在無卵子情況下發(fā)育成熟

佚名 2024-06-02 12:20:06

小鼠試驗表明,精子能在無卵子情況下發(fā)育成熟

科技日報北京9月13日電 (記者張夢然)英國《自然·通訊》雜志13日發(fā)表了一項生物學(xué)重要發(fā)現(xiàn)：注入到人工誘導(dǎo)(改造后失效)的孤雌單倍體胚胎細(xì)胞的小鼠精子，也能產(chǎn)生健康的后代

。這一結(jié)果意味著

，精子能在沒有卵子的情況下能發(fā)育成熟。這與此前人們的認(rèn)知相悖

，科學(xué)家們曾認(rèn)為這一過程只能在卵子中發(fā)生，但目前尚無證據(jù)表明同一過程在人類胚胎中也能成功

。

受精過程包括精子和卵子轉(zhuǎn)化為胚胎的多個步驟

。受精過程中會發(fā)生許多染色體和脫氧核糖核酸(DNA)改變(這一過程被稱為重編程)

，從而使精子成熟，能夠分裂產(chǎn)生生命體中的各個分化細(xì)胞

，這種能力叫做全能性

。但通常的觀點是，精子只能在卵子中被重編程來獲得全能性

。

此次

，英國巴斯大學(xué)安東尼·佩里及其同事，將精子細(xì)胞核注入經(jīng)過化學(xué)改造的

、不能正常發(fā)育的孤雌單倍體胚胎細(xì)胞中

。該胚胎細(xì)胞經(jīng)過化學(xué)處理后

，只含有一組不配對的染色體

，而不是精子和卵子融合通常會產(chǎn)生的一組配對染色體。實驗證明

，產(chǎn)生的胚胎發(fā)育成了健康的個體，但是，其比例最高只有對照組的24%

。

作者并沒有在論文中展示精子基因組如何重編程

，但他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改造的胚胎與對照組在染色體和DNA上有一定的相似之處

，然而在細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)方面卻有所差異，這意味著二者重編程的路徑是不同的

。該發(fā)現(xiàn)激勵了研究者們進(jìn)一步探究這種發(fā)育過程是如何發(fā)生的

。

研究人員強(qiáng)調(diào)

，雖然上述結(jié)果表明

，多數(shù)情況下，在為全能性而進(jìn)行的精子基因重編程中

，第一個胚胎細(xì)胞周期是可以被“繞過”的，但該發(fā)現(xiàn)距離在人類中應(yīng)用還為時尚早

。此次實驗中經(jīng)注射胚胎的存活率很低

，更重要的是，這項研究是在小鼠胚胎中進(jìn)行的

，目前尚沒有證據(jù)表明其在人類胚胎中也能成功。

科學(xué)家首次利用老鼠細(xì)胞培育出可生育的卵子

他們首次利用雄性小鼠的細(xì)胞

培育出了有活力的卵子

，

從而使兩只雄性老鼠“產(chǎn)”下了后代

。

日本科學(xué)家：

成功讓雄性老鼠體細(xì)胞變成卵細(xì)胞

當(dāng)?shù)貢r間3月8日，在英國倫敦召開的第三屆人類基因組編輯國際峰會上

，來自日本九州大學(xué)的林克彥（Katsuhiko Hayashi，音譯）教授介紹了該研究的詳細(xì)情況

，并表示已向科學(xué)雜志《自然》提交了這一研究

。

該技術(shù)包括首先從雄性老鼠身上提取皮膚細(xì)胞，然后將其轉(zhuǎn)化成類似干細(xì)胞的狀態(tài)

，以創(chuàng)建所謂的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS cells）——一種可以轉(zhuǎn)化為其他類型細(xì)胞的細(xì)胞

。因為該皮膚細(xì)胞從雄性老鼠身上提取，因此具有XY染色體

。林克彥教授的團(tuán)隊剔除了其中的Y染色體

，再向另一個細(xì)胞“借來”一個X染色體，然后將兩個X染色體巧妙地“粘”在一起
。這一流程使得干細(xì)胞變成卵細(xì)胞
。

“這其中最大的訣竅就是X染色體的復(fù)制?div id="4qifd00" class="flower right">

！绷挚藦┙淌谡f

，擁有兩個X染色體的這些細(xì)胞被放置在一個卵巢類器官中進(jìn)行培養(yǎng)
，從而形成卵子
。當(dāng)與正常精子受精后，科學(xué)家們獲得了大約600個胚胎

，并將其植入代孕老鼠體內(nèi)

。最終

，代孕老鼠誕生了7只小鼠幼仔

。

這些小老鼠看起來很健康，會有一個正常的壽命

，并在成年后得以繼續(xù)生育后代?div id="jfovm50" class="index-wrap">！八鼈兛雌饋磉€不錯

，在正常生長，以后能夠成為父親

?div id="jfovm50" class="index-wrap">！绷挚藦┙淌诒硎?div id="jfovm50" class="index-wrap">。實驗中約1%的生產(chǎn)成功率

，低于用正常女性卵細(xì)胞能夠達(dá)到的5%的成功率。

不孕不育癥患者的新希望

？

現(xiàn)階段該技術(shù)還不能安全用于人類

林克彥教授表示

，該研究的主要動機(jī)是希望能夠為罹患不孕不育癥的夫妻提供一種生育治療方法
，例如患有特納綜合征的婦女，她們拷貝的X染色體有一整個或部分缺失的情況

。

他繼續(xù)補(bǔ)充，目前

，這項研究仍處于早期階段

，卵細(xì)胞的質(zhì)量不高?div id="d48novz" class="flower left">

！凹词乖诶鲜笊砩蠈嶒?div id="d48novz" class="flower left">

，卵細(xì)胞的質(zhì)量也存在很多問題。因此

，在考慮將其作為一種生育治療方法之前

，我們必須克服這些問題，這可能需要很長的時間

。”他表示

。

同時

，在這個階段，技術(shù)還不能安全地用于人類

。但是，他認(rèn)為這一問題能夠在10年內(nèi)得到解決

。然而

，部分科學(xué)家認(rèn)為這一時間估計過于樂觀，因為目前在實驗室條件下還未能從女性細(xì)胞中創(chuàng)造出可行的人類卵細(xì)胞

。并且

，也有科學(xué)家提出，人類的細(xì)胞需要更長的培養(yǎng)時間來產(chǎn)生一個成熟的卵細(xì)胞

，這可能會增加細(xì)胞獲得不必要的遺傳變化的風(fēng)險

。

此外

，林克彥教授還提出對社會是否能夠接受這一技術(shù)的擔(dān)憂

，他并不贊同男性用自己的精子和人工制造的卵細(xì)胞來創(chuàng)造一個嬰兒。“在技術(shù)上這是可能的

。但是我不太確定在現(xiàn)在這個階段，它是否安全或為社會所接受

?div id="jfovm50" class="index-wrap">！?/p>

中國科學(xué)院的王浩義教授認(rèn)為，在考慮將該技術(shù)應(yīng)用于臨床之前

，還有很長的路要走

?div id="jfovm50" class="index-wrap">！翱茖W(xué)家從不說永遠(yuǎn)

，原則上，實驗已經(jīng)在老鼠身上完成了

，當(dāng)然它可能在人類身上實現(xiàn)

。但我可以預(yù)見到未來（該技術(shù)）會遇到很多挑戰(zhàn)

，我無法預(yù)測（克服它們）將花費多少年?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?/p>

馮學(xué)超解釋
，在生物界的繁殖中分為有性繁殖和無性繁殖兩種
，其中有性繁殖比起無性繁殖最大的優(yōu)勢就是能

“雄性老鼠產(chǎn)仔”究竟是怎么回事？此項研究的突破與未來發(fā)展前景如何

？倫理問題又如何避免

？11日下午

，紅星新聞記者聯(lián)系到東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生導(dǎo)師

、副教授馮學(xué)超來解讀這項研究。

相關(guān)新聞報道截圖自Nature
揭秘：
變雄性老鼠體細(xì)胞為卵細(xì)胞
兩只雄性老鼠“產(chǎn)”下后代
隨著基因編輯技術(shù)尤其是分子剪刀技術(shù)CRISPR-Cas9的普及

，對于人類基因進(jìn)行改造的倫理與道德爭議越來越多

。在這種背景下

，美國國家科學(xué)院

、美國國家醫(yī)學(xué)院、中國科學(xué)院和英國皇家學(xué)會在華盛頓共同舉辦人類基因編輯國際峰會

，探討人類基因編輯技術(shù)帶來的科學(xué)

、倫理和社會問題

。
在英國倫敦召開的第三屆人類基因組編輯國際峰會上

，來自日本九州大學(xué)的林克彥教授團(tuán)隊首次利用雄性小鼠的細(xì)胞培育出了有活力的卵子，從而使兩只雄性老鼠“產(chǎn)”下了后代

。通過梳理Nature的報道不難發(fā)現(xiàn)，該研究大致可以分為四個部分：
首先

，團(tuán)隊將從小鼠體內(nèi)分離出來的細(xì)胞體外培養(yǎng)

，通過稱為“細(xì)胞重編程”的技術(shù)將一般的細(xì)胞變成多功能干細(xì)胞(iPSC)。在這個過程中

，一些細(xì)胞自發(fā)地丟失了Y染色體

，這一步類似于遺傳過程中的突變

。
馮學(xué)超解釋，在生物界的繁殖中分為有性繁殖和無性繁殖兩種

，其中有性繁殖比起無性繁殖最大的優(yōu)勢就是能夠在進(jìn)化過程中創(chuàng)造一種變異

，“這是物種為了更好適應(yīng)外界的壓力而產(chǎn)生的?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?br>第二步是通過藥物作用誘發(fā)這些丟失了Y染色體的細(xì)胞產(chǎn)生染色體加倍

，產(chǎn)生了核型為XX的雄性小鼠細(xì)胞（雄性小鼠天然的性染色體為XY）。
然后

，通過基因編輯技術(shù)

，誘導(dǎo)細(xì)胞分化成卵細(xì)胞

?div id="m50uktp" class="box-center"> ？梢岳斫獬赏ㄟ^調(diào)整細(xì)胞這個機(jī)器運(yùn)行所需的“程序”，使原本的干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成了卵細(xì)胞

。
最后

，用類器官（一種在培養(yǎng)皿上生長的

，結(jié)構(gòu)類似真實器官的細(xì)胞基團(tuán)）培養(yǎng)該“卵細(xì)胞”

，并用小鼠精子完成類似試管嬰兒技術(shù)的體外受精。這些“受精卵”被移植到雌性小鼠的子宮內(nèi)完成發(fā)育

，產(chǎn)生幼崽

。
“這項研究從原理上看，還是比較簡單的

，實際上就是對‘誘導(dǎo)型干細(xì)胞’的應(yīng)用以及染色體的轉(zhuǎn)換問題

。”馮學(xué)超介紹

。
此外

，有網(wǎng)友對“母鼠背靠背跟公鼠縫在一起，共享妊娠期血液微環(huán)境”的實驗操作表示不解

，認(rèn)為這樣的話“兩只公鼠產(chǎn)子”的標(biāo)題有夸大的嫌疑

。

圖據(jù)Nature
事實上，通過手術(shù)將兩只小鼠的循環(huán)系統(tǒng)相連是一種常見的研究方法

，但這種技術(shù)需要使用“裸鼠”

，即被剝奪免疫功能的小鼠，否則小鼠將會對其他小鼠的血液產(chǎn)生免疫排斥而死亡

。“‘共享血液環(huán)境’其實是相當(dāng)難的

，因為會存在排異現(xiàn)象

。但是確實有可能性?div id="4qifd00" class="flower right">

！瘪T學(xué)超稱

，“兩只公鼠產(chǎn)子”實際上是一個遺傳學(xué)上的判斷，因為子代小鼠的遺傳物質(zhì)

，也就是DNA

，完全來自于兩只公鼠。
馮學(xué)超表示

，從實際應(yīng)用上來看，僅憑兩只公鼠確實無法完成所有過程

，需要有母鼠代孕

，“所以說‘兩只公鼠產(chǎn)仔’其實不太準(zhǔn)確的?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?br>專家：
最大突破是實現(xiàn)了染色體的轉(zhuǎn)換
要走上實際臨床應(yīng)用“相當(dāng)難”
“其實體細(xì)胞誘導(dǎo)成為干細(xì)胞在很多年前就已經(jīng)實現(xiàn)了

，日本科學(xué)家此項實驗最大的突破點主要是實現(xiàn)了染色體的轉(zhuǎn)換

?div id="m50uktp" class="box-center"> ！瘪T學(xué)超告訴紅星新聞記者。
馮學(xué)超認(rèn)為

，這項研究存在一定的局限性

，“不可能原封不動照搬到人的身上

。一方面是編程的與人體內(nèi)發(fā)育的體細(xì)胞差別是很大的

，還有很多缺陷存在；另一方面X染色體轉(zhuǎn)換的成功率是很低的

?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?br>眾所周知

，生物學(xué)前端技術(shù)用于臨床是一個相當(dāng)漫長的過程

，這里的漫長不僅僅是來自技術(shù)攻關(guān)的困難，也來自整個社會在倫理上的接受

。據(jù)媒體報道

，峰會上，研究人員除了討論CRISPR/Cas9等技術(shù)治療遺傳疾病的最新進(jìn)展

，也重點關(guān)注了基因編輯技術(shù)的倫理問題和政策監(jiān)管。
“受制于技術(shù)和倫理的雙重壓力