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12月24日在線發(fā)表在《細(xì)胞》上的一項(xiàng)研究顯示：科學(xué)家不僅首次將皮膚細(xì)胞完全在體外誘導(dǎo)成為誘導(dǎo)干細(xì)胞(iPS)，并使其分化成人類原始生殖細(xì)胞（hPGCLC，精子和卵子細(xì)胞），還發(fā)現(xiàn)了體外培養(yǎng)出hPGCLC的關(guān)鍵基因——SOX17基因以及marker物質(zhì)——CD38糖蛋白。

以色列和英國科學(xué)家培養(yǎng)人類的卵子和精子，材料來自一個(gè)人的皮膚細(xì)胞。這一研究的成功將給不育癥的治療前進(jìn)了一步，當(dāng)然會面臨巨大的爭議和安全性審查。該研究12月24日在線發(fā)表在《細(xì)胞》上，科學(xué)家首先將皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)成為誘導(dǎo)干細(xì)胞(iPS)，這種細(xì)胞可以分化為任何細(xì)胞，包括精子和卵子。

科學(xué)家首次培養(yǎng)出人類精子和卵子細(xì)胞

自2012年10月開始，京都大學(xué)分子生物學(xué)家Katsuhiko Hayashi和干細(xì)胞學(xué)家Mitinori Saitou等人體外培養(yǎng)出生殖原細(xì)胞后，就陸陸續(xù)續(xù)收到了許多夫妻的郵件，這些夫妻大多人到中年，仍然在為了一件事情焦急：要一個(gè)孩子。其中有一位英國的已經(jīng)停經(jīng)的婦女愿意親自來到京都大學(xué)他的實(shí)驗(yàn)室尋找?guī)椭?，她寫道：“這是我唯一的愿望。”

回顧2012年的這篇論文，研究者當(dāng)時(shí)以為只有發(fā)育生物學(xué)家才會對他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果感興趣。在體外條件下，利用小鼠的皮膚細(xì)胞創(chuàng)造可以發(fā)育成精子和卵子的原始生殖細(xì)胞（ PGCs ）。為了證明這些實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的原始生殖細(xì)胞與自然發(fā)育而成的原始生殖細(xì)胞類似，研究者利用它們生成了卵子，進(jìn)而創(chuàng)造小鼠生命。（推薦閱讀：Stem cells: Egg engineers）

Hayashi 教授當(dāng)時(shí)表示，這個(gè)創(chuàng)造出來的小鼠生命僅僅是他研究的一個(gè)“副產(chǎn)品”，他的研究將意味著更多——利用不孕婦女的皮膚細(xì)胞為她們提供可受精的卵細(xì)胞。與此同時(shí)他還提出，男性的皮膚細(xì)胞也可以用來創(chuàng)造卵子，同樣，女性的皮膚細(xì)胞也可以生成精子。（事實(shí)上，研究結(jié)果發(fā)表后，許多同性戀發(fā)郵件給Hayashi ，索要更多的信息。）

這種細(xì)胞起源于胚胎發(fā)育過程，個(gè)體成年后這種細(xì)胞可產(chǎn)生精子細(xì)胞和卵細(xì)胞。

過去人類細(xì)胞體外培養(yǎng)嘗試：成功率極低

干細(xì)胞學(xué)家Saitou教授使用動(dòng)物皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)成干細(xì)胞，使用胚胎干細(xì)胞也能完成同樣的任務(wù)。盡管他的細(xì)胞不能繼續(xù)發(fā)育，但是Saito發(fā)現(xiàn)如果將這些細(xì)胞移植到小鼠睪丸內(nèi)，這種細(xì)胞能分化成熟并產(chǎn)生有功能的精子，如果將這種細(xì)胞移植到小鼠卵巢內(nèi)，這種細(xì)胞能分化成熟并產(chǎn)生有功能的卵子，這種精子和卵子能在體受精。在人類細(xì)胞的同樣嘗試也取得部分成功，也能體外培養(yǎng)出生殖原細(xì)胞，但是成功率非常低，難以進(jìn)行更多研究。

首次實(shí)現(xiàn)完全體外培養(yǎng)成熟精子和卵子細(xì)胞

實(shí)驗(yàn)原理

英國劍橋大學(xué)Azim Surani團(tuán)隊(duì)和以色列魏茨曼科學(xué)研究所Jacob Hanna團(tuán)隊(duì)合作開展的這一研究，率先實(shí)現(xiàn)完全體外培養(yǎng)出成熟精子和卵子細(xì)胞。

生物學(xué)家此次成功的關(guān)鍵是找到合適的起點(diǎn)。 體外培養(yǎng)人類細(xì)胞的一個(gè)主要障礙是：老鼠和人類胚胎干細(xì)胞是根本不同的，小鼠胚胎干細(xì)胞是“幼稚”——容易被誘導(dǎo)分化成任意路徑；而人類干細(xì)胞是“成熟” 的，他們的分化方式不能適應(yīng)所有途徑。Hanna和他的研究小組隨后建立了一種方法來下調(diào)分化遺傳信號通路，由此構(gòu)建出了一種新型的iPS細(xì)胞，他們將之命名為“原始細(xì)胞”（ na?ve cell）。這些原始細(xì)胞似乎讓iPS細(xì)胞更進(jìn)一步恢復(fù)了青春，更接近于能夠真正分化為所有細(xì)胞類型的原始胚胎狀態(tài)。由于這些原始細(xì)胞與它們的小鼠對應(yīng)物更加相似，Hanna和研究小組認(rèn)為可以將它們誘導(dǎo)分化為原始生殖細(xì)胞。

Hanna教授和他的合作者在去年的一篇論文中就表示認(rèn)識到了上述問題，他們在論文中寫道，通過改造細(xì)胞可以克服上述困難。

如他們此次發(fā)表的論文中所述：原始生殖細(xì)胞（Primordial germ cells，PGCs）在未進(jìn)入生殖嵴之前，既可分化為精原細(xì)胞，又可分化為卵原細(xì)胞，這種分化是由其和不同的生殖嵴細(xì)胞的結(jié)合所決定的。而此次他們的研究構(gòu)建了易于操控的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用胚胎干?xì)胞成人類原始生殖細(xì)胞（PGCs）的物質(zhì)hPGCLC（ hPGC-like cells），發(fā)現(xiàn)了SOX17基因是體外培養(yǎng)出成熟精子和卵子細(xì)胞的關(guān)鍵基因，CD38糖蛋白是添加在人類原始生殖細(xì)胞（hPGCLC）表面的marker（標(biāo)記物質(zhì)）。

研究者通過添加一種發(fā)紅光的熒光標(biāo)記物（CD38糖蛋白）到原始生殖細(xì)胞的部分基因上，可以精確估量出重編程的原始生殖細(xì)胞數(shù)量，結(jié)果顯示效率非常之高——多達(dá)40%的細(xì)胞變?yōu)榱嗽忌臣?xì)胞；這一數(shù)量使得能夠進(jìn)行簡單的分析。

科學(xué)家們還表示：原始生殖細(xì)胞還只是構(gòu)建出人類精子和卵子的第一步。在實(shí)驗(yàn)室能夠完成一連串事件，推動(dòng)成體細(xì)胞通過胚胎干細(xì)胞周期，變?yōu)榫踊蚵炎又?，還面臨著許多的障礙。舉例來說，在這一過程的某個(gè)點(diǎn)，這些細(xì)胞必須學(xué)會一種特技：在它們變?yōu)橛谢盍Φ纳臣?xì)胞之前要將它們的DNA分成兩半。

從研究者發(fā)表的文章提供的圖片可以看到，人類基因網(wǎng)絡(luò)完全不同于以往在小鼠中鑒別出的基因網(wǎng)絡(luò)，有可能會對未來的原始生殖細(xì)胞和其他早期胚胎細(xì)胞的研究造成重大影響。