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                行業(yè)新聞

                你可以和自己生孩子

                時(shí)間:2018-03-07 09:50:02 來(lái)源:本站 點(diǎn)擊:102次

                日本科學(xué)家用小鼠的皮膚細胞成功地培育出了能夠產(chǎn)生后代的精子和卵細胞,這甚至意味著(zhù)任何人都可以生孩子了。而如何安全而合乎道德地利用這種技術(shù),也成了一個(gè)問(wèn)題?! 娜ツ?0月開(kāi)始,京都大學(xué)的分子生物學(xué)家林克彥(KatsuhikoHayashi)開(kāi)始陸續收到來(lái)自世界各地的電子郵件,大多數都是不育的中年夫婦。其中一名來(lái)自英國、已經(jīng)絕經(jīng)的女士,甚至要求前來(lái)拜訪(fǎng)京都大學(xué)的實(shí)驗室,希望能夠懷孕?!斑@是我唯一的愿

                  日本科學(xué)家用小鼠的皮膚細胞成功地培育出了能夠產(chǎn)生后代的精子和卵細胞,這甚至意味著(zhù)任何人都可以生孩子了。而如何安全而合乎道德地利用這種技術(shù),也成了一個(gè)問(wèn)題。

                  從去年10月開(kāi)始,京都大學(xué)的分子生物學(xué)家林克彥(Katsuhiko Hayashi)開(kāi)始陸續收到來(lái)自世界各地的電子郵件,大多數都是不育的中年夫婦。其中一名來(lái)自英國、已經(jīng)絕經(jīng)的女士,甚至要求前來(lái)拜訪(fǎng)京都大學(xué)的實(shí)驗室,希望能夠懷孕?!斑@是我唯一的愿望”,她這樣寫(xiě)道。

                  事情源于他發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文。林和他的同事們成功地用小鼠的皮膚細胞,在體外培育了原始生殖細胞(primordial germ cells,PG細胞),用于發(fā)育生物學(xué)相關(guān)的研究。為了證明人工培育的PG細胞和生物體自然形成的并無(wú)區別,他將其培育成了卵細胞,再經(jīng)體外受精育成小鼠。林說(shuō),小鼠的出生只是個(gè)“副反應”。

                  然而“副反應”卻也意味深長(cháng):利用不育婦女的皮膚細胞“制造”受精卵,或許將就此成為現實(shí)。同時(shí),由于男性的體細胞能夠制造卵細胞,女性的細胞也能制造精子,同性戀產(chǎn)子也不再是虛妄之談——事實(shí)上,林克彥收到的郵件中,就有來(lái)自同性戀雜志編輯的垂詢(xún)。

                  突如其來(lái)的公眾反應讓林克彥和他的上級教授齊藤通紀(Mitinori Saitou)措手不及。事實(shí)上,他們已經(jīng)花了十多年的時(shí)間,研究哺乳動(dòng)物生殖細胞的產(chǎn)生過(guò)程,并嘗試在體外進(jìn)行人工模擬。

                意外的驚喜

                  “干細胞”這個(gè)詞,你也許并不陌生。它們是未經(jīng)分化的細胞,具有形成多種組織器官的潛在功能,然而,如何通過(guò)人工的方法讓它們變成生殖細胞,卻一直是個(gè)難題。不同于一般體細胞,每個(gè)生殖細胞內只含有一套染色體。這也意味著(zhù),生殖細胞是通過(guò)減數分裂形成的,而不是通常的有絲分裂。

                  在小鼠體內,生殖細胞在胚胎發(fā)育的一周之后開(kāi)始出現,最初的PG細胞大約有40個(gè)。正是這個(gè)微小的細胞團,而后一步步形成了母鼠體內成千上萬(wàn)的卵細胞,以及公鼠體內每天產(chǎn)生的以百萬(wàn)計的精子。齊藤通紀想要弄清楚,究竟是何種信號分子在指引并控制著(zhù)這個(gè)過(guò)程。

                  過(guò)去數十年中,他發(fā)現了幾種基因—包括Stella、Blimp1和Prdm14—它們的特定組合,以及特定的表達時(shí)間,在PG細胞的發(fā)育中起到了關(guān)鍵的作用。利用這些基因作為標記,他得以挑選出PG細胞,并且研究它們身上的變化。

                  2009年,齊藤在神戶(hù)的理化學(xué)研究所(RIKEN Center for Developmental Biology)的實(shí)驗室發(fā)現,當培養條件適宜的時(shí)候,只要在培養液中加入骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4(Bmp4),并精確地控制加入時(shí)間,就能將小鼠胚胎細胞轉化為PG細胞。Bmp4濃度足夠時(shí),轉化率幾乎達到了100%。這個(gè)結果來(lái)得如此順利,以至于他自己也不敢相信。

                  齊藤這種謹慎觀(guān)察的實(shí)驗風(fēng)格,和同領(lǐng)域的其他科學(xué)家不太一樣。通常的研究方法,是用多種信號分子,不分青紅皂白地去“轟擊”干細胞,然后根據需要挑選出合適的分化類(lèi)型。如此,雖然能夠得到目標細胞,卻沒(méi)有人知道它們形成的確切機理,以及與非人造的有什么區別。齊藤所做的工作,就是排除多余的東西,弄清楚原始生殖細胞到底是哪種信號分子的作用,同時(shí)找到合適的作用時(shí)間。

                  直到2009年,齊藤的實(shí)驗起點(diǎn)還是從小鼠胚胎提取的外胚層細胞,也就是胚胎發(fā)育第一周末期,出現在胚胎一端的杯狀細胞團,恰好在PG細胞出現之前。為了對這個(gè)過(guò)程有個(gè)更清晰的了解,齊藤想培養一個(gè)能穩定產(chǎn)生PG細胞的細胞系。

                用干細胞培養生殖細胞

                  這個(gè)計劃交給了當年剛剛從劍橋大學(xué)回到日本的林克彥。巧的是,林在劍橋的博士后訓練,和齊藤在同一個(gè)實(shí)驗室完成。他們共同的導師蘇拉尼(Azim Surani)對二位評價(jià)都很高,說(shuō)他們倆“無(wú)論是性格,還是解決問(wèn)題的風(fēng)格和方式,都非?;パa”。齊藤是“系統化的,對于設定及完成目標非常篤定”,而林“更依賴(lài)直覺(jué),看問(wèn)題的角度也更為廣闊”?!八麄儍蓚€(gè)組建的團隊非常有力,”蘇拉尼說(shuō)。

                  林加入齊藤在京都大學(xué)的小組之后,很快就發(fā)現了這里跟劍橋的不同。在這里,人們很少對實(shí)驗計劃做理論上的考量,幾乎是想到什么點(diǎn)子,就立刻著(zhù)手做實(shí)驗?!坝袝r(shí)候這很沒(méi)效率,但也有可能帶來(lái)巨大的成功?!?/span>

                  林直接培養PG細胞的嘗試沒(méi)有成功,幸而他很快轉變了方向。他在查閱文獻中發(fā)現,在一種關(guān)鍵調節分子和生長(cháng)因子的作用下,胚胎干細胞能夠在體外轉化為外胚層細胞的同源細胞。胚胎干細胞已經(jīng)能夠在體外大量培養,這啟發(fā)了林:可以從胚胎干細胞出發(fā),先分化為外胚層細胞,再用齊藤的方法培育為PG細胞。

                  這次他成功了。為了表明這些PG細胞的有效性,林得證實(shí),它們確實(shí)能夠分化為可育的精子或卵細胞。這一過(guò)程的原理非常復雜而未知,林決定讓動(dòng)物體來(lái)完成這件事情,于是他將PG細胞注入了不育公鼠的睪丸。齊藤認為他們大概有一半的勝算,終于在第三或者第四只公鼠身上,精液產(chǎn)生了。他們提取精液注射入卵細胞中,再把受精卵植入代孕母鼠體內。第一批“人造”小鼠隨后誕生,有雌鼠和雄鼠,健康且可育。

                  他們繼而用誘導性多功能干細胞(iPS細胞)重復了這個(gè)實(shí)驗。iPS細胞由京都大學(xué)的山中伸彌2006年首先研制成功,是成熟細胞逆分化為類(lèi)胚胎細胞的狀態(tài),山中也因此獲得了2012年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎。實(shí)驗進(jìn)行得很順利,這意味著(zhù),以iPS細胞為中間體,成熟的體細胞也能最終轉變?yōu)镻G細胞。

                  2011年,齊藤小組先用小鼠iPS細胞制成了可育的精子。卵細胞的制造要復雜一些,去年,林用正常小鼠的體細胞培育了一些PG細胞,先在體外和白化小鼠的卵巢體細胞一同培養,再植入其卵巢中發(fā)育成熟。這些寶貴的卵細胞經(jīng)過(guò)體外受精誕下了幼鼠,當林看到它們的黑眼珠滴溜溜地在半透明的眼皮下轉動(dòng)時(shí),他知道自己又一次成功了。

                  這在干細胞分化領(lǐng)域是鮮有的成就:科學(xué)家們常常爭論的一個(gè)問(wèn)題就是,他們用干細胞造出的各種細胞,到底能不能真正起作用。加州大學(xué)洛杉磯分校的生殖學(xué)專(zhuān)家克拉克(Amander Clark)說(shuō),“這是多功能干細胞研究中,僅有的幾個(gè)分化出具有明確功能細胞的案例之一?!?/span>

                巨大的科研價(jià)值

                  除了京都大學(xué)的研究組之外,也有其他研究人員在嘗試人工制造PG細胞,但他們并不是用于培育小鼠。人工PG細胞對實(shí)驗胚胎學(xué)的科研具有重要的意義:研究DNA的甲基化。

                作為表觀(guān)遺傳的重要證據,DNA甲基化在很多時(shí)候能告訴你,這個(gè)生命體究竟經(jīng)歷過(guò)什么,比如在子宮中的化學(xué)物質(zhì)暴露,甚至童年的饑荒或者心理陰影。與經(jīng)典的孟德?tīng)栠z傳法則不同,表觀(guān)遺傳是指在不改變DNA序列的前提下,由某些機制引起的可遺傳的基因表達,或者細胞表現型的變化。

                表觀(guān)遺傳的標記在胚胎發(fā)育過(guò)程中,能夠指導細胞朝不同方向發(fā)展,然而PG細胞卻很特殊,當它們發(fā)育為精子和卵細胞的時(shí)候,甲基化的標記被抹掉了。正是由于這一點(diǎn),PG細胞才能夠在日后形成全能的受精卵。

                  表觀(guān)遺傳中的微小差錯,都有可能造成不育,或者諸如睪丸癌之類(lèi)的功能紊亂。蘇拉尼的研究小組,已經(jīng)在利用人工PG細胞,研究幾種酶在表觀(guān)遺傳調控中的作用,希望能破解表觀(guān)遺傳與此類(lèi)疾病的相互作用。

                  有一點(diǎn)是確定的:人工培育的PG細胞為科研工作者們提供了充足的實(shí)驗資源,這是前所未有的。最起碼,他們不必再解剖胚胎獲得那40個(gè)寶貴的PG細胞了。

                遙遙無(wú)期的臨床應用

                  盡管PG細胞發(fā)育成的小鼠看上去是健康可育的,但PG細胞本身看上去卻不完全正常,第二代的PG細胞常常會(huì )產(chǎn)生易碎、變形或者異位的卵細胞。受精之后,有的卵細胞會(huì )形成含有三套染色體的受精卵,而通常情況下哺乳動(dòng)物都應該是二倍體。另外,人工PG細胞的體外受精成功率只有通常情況的1/3。哈佛大學(xué)醫學(xué)院教授張毅也發(fā)現,人工PG細胞不能夠抹去表觀(guān)遺傳的標記。

                在通往臨床應用的道路上,首當其沖的技術(shù)問(wèn)題在于,如何在體外制造成熟的精子和卵細胞,而不用把人工PG細胞植入睪丸和卵巢內。林正在試圖解碼這個(gè)過(guò)程中起作用的信號分子,一旦成功,就能夠利用它們去誘導PG細胞的體外分化。

                  更為困難的挑戰是如何將小鼠實(shí)驗應用于人類(lèi)。京都大學(xué)的研究小組已經(jīng)開(kāi)始用對付小鼠細胞的方法來(lái)處理人體iPS細胞,但林和齊藤都明白,人類(lèi)的信號分子系統和小鼠是完全不同的。并且,用于實(shí)驗的小鼠胚胎細胞相對容易獲取,人類(lèi)胚胎細胞卻不能通過(guò)解剖的辦法獲得。

                他們因此退而求其次,從猴子入手。不久前獲批的1200萬(wàn)美元研究經(jīng)費中,就有一大部分用于每周20個(gè)猴子胚胎的供應。林說(shuō),如果一切順利的話(huà),他們能夠在5-10年內在猴子身上重復小鼠實(shí)驗,之后經(jīng)過(guò)一些調整,有望應用于人類(lèi)。

                  然而,利用PG細胞進(jìn)行不育治療仍然是個(gè)很大膽的做法,包括齊藤在內的很多科學(xué)家,都呼吁人們謹慎。iPS細胞和胚胎干細胞都很容易在培養過(guò)程中,發(fā)生染色體異常、基因突變和表觀(guān)遺傳紊亂,微小的錯誤逐漸累積,可能會(huì )在幾代之后才表現出異常。

                  若能證明這項技術(shù)對猴子是安全的,則有可能打消人們的顧慮。但是,究竟要生出多少健康的猴子,才能證明其安全性,又應該觀(guān)察多少世代呢?

                  理想的前景大概是這樣:一種新的、非破壞性的影像技術(shù)能夠讓醫生準確地挑出好的胚胎,那些看上去正常的,才能被植入人體,發(fā)育成胎兒。研究經(jīng)費也許會(huì )來(lái)自私人資金,或者對胚胎研究限制更少的國家。

                  一些更加不可思議的繁殖方式都可能由此出現。比如,理論上來(lái)說(shuō),男性的皮膚細胞也能夠用來(lái)制造卵細胞,從而與精子結合,然后在代孕媽媽體內發(fā)育成胎兒。有些人懷疑其可能性——辛克斯頓團(the Hinxton Group),一個(gè)討論干細胞倫理的國際科學(xué)家的協(xié)會(huì )就表示,從男性的XY體細胞中產(chǎn)生卵細胞,以及從女性的XX體細胞中產(chǎn)生精子,都是不可能的。

                  齊藤制造的精子來(lái)自雄鼠,卵細胞來(lái)自雌鼠,但是他認為反過(guò)來(lái)也沒(méi)有問(wèn)題。PG細胞沒(méi)有性別之分,分化為精子還是卵細胞,由培養環(huán)境決定。如果是這樣的話(huà),同一只小鼠產(chǎn)生的精子和卵細胞也能產(chǎn)生受精卵,產(chǎn)生自體繁殖的小鼠。這是從未有過(guò)的生物,但林和齊藤都不打算嘗試,“只有存在一個(gè)好的科研理由時(shí),我們才有可能考慮?!蹦壳?,他們還沒(méi)有看到這方面的必要。

                 

                  林和齊藤都已經(jīng)感受到了來(lái)自不育患者和日本財團的壓力。這種技術(shù),對于體外受精無(wú)效的不育婦女,以及因患病而無(wú)法產(chǎn)生精子或卵細胞的人,也許是最后一線(xiàn)希望。林無(wú)奈地警告了給他寫(xiě)信的人們,可行的不育治療手段在10年甚至50年之后才能成熟?!拔矣X(jué)得這是很遙遠的事,我不想給人們無(wú)謂的念想?!?/span>



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