再不用男性来提供精子了？首次实现在试管中利用多能干细胞重建功能性精子

　　

   

   

免疫荧光分析。采用体外精子诱导法培养的52日龄标本的冷冻切片进行免疫染色，确定精子的形成。红色表示GSCLC标记，绿色表示精子标记，白色表示细胞核。

横滨城市大学助理教授佐藤拓哉(Takuya Sato)提供

对于那些依靠有性生殖的物种，包括小鼠和人类，只有在雄性的精子与雌性的卵子受精的情况下才能产生后代。即使是人工受精技术也需要捐献者提供这两种细胞。然而，由ASHBi研究人员领导的一项新研究表明，小鼠多能干细胞可以分化成有功能的精子。这些精子被成功地用于生产健康、可育的后代，并为在试管中产生男性生殖细胞提供了迄今为止最全面的模型。

多能干细胞使科学家们能够研究人体中的每一个细胞是如何形成的。脑细胞、心脏细胞和肝脏细胞只是由这些干细胞制成的细胞类型的一些例子，现在被用于临床实验细胞治疗。然而，一些类型的细胞仍然难以从多能干细胞获得，特别是精子细胞。

在所有细胞类型中，生殖细胞是独特的。首先，与其他细胞(46条染色体)不同，生殖细胞只有23条染色体，其中卵子的所有染色体来自母亲，而精子的所有染色体来自父亲。

此外，它们是父母真正传递给后代的唯一细胞，根据该研究的作者之一、ASHBi主任Mitinori saiitou的说法，这使它们成为“维持和进化一个物种的驱动力。”

尽管还需要更多的研究，但科学家已经在用多能干细胞制造精子细胞方面取得了重大进展，至少对小鼠来说是这样。这一过程通常分为三个模仿自然发育的阶段。首先，干细胞分化为原始生殖细胞，然后分化为精原细胞，这是确定男性性别的过程，最后分化为精子。

精子原细胞是让男性一生都能产生精子的细胞，但这第二阶段被证明是实验室中最难再造的。

这很困难，但并非不可能。小鼠精原细胞干细胞可以被制造，但效率较低，这就是为什么该研究的另一位参与者Yukiko Ishikura博士得出结论说，需要优化分化过程。

她说:“精子分化率比小鼠体内慢大约一周，精原细胞干细胞对精子发生的贡献也很低。”

从小鼠多能干细胞开始，她和同事们准备了原始生殖细胞，并使用他们所谓的“新的重建睾丸方法”，在8种不同的条件下检查了10000多个细胞。

为了验证制造精原细胞的最佳条件，他们证实了这些细胞与小鼠睾丸中的细胞有几个共同的特性，包括关键基因的表达，表观遗传学，以及逆转录转座子的瞬时上调，这一点Saitou特别出乎意料。

“逆转录转座子控制被重新捕获。逆转录转座子调节是一种通过随机重复它们的调节来控制逆转录转座子对关键基因的影响的机制。”

同样，表观遗传学也至关重要。虽然基因是由DNA组成的，但它们的表达取决于DNA甲基化等表观遗传因素。生殖细胞在发育过程中显示出独特的DNA甲基化模式，这种模式被认为对它们产生后代的能力至关重要。

为了证实精原干细胞的行为与体内产生的相同，研究人员将实验室制造的精原干细胞注入小鼠睾丸，让这些细胞发育成精子细胞。这些精子被收集并注射到卵子中培养胚胎。这些胚胎随后被用于使小鼠受孕，小鼠随后产下健康的后代，这些后代也具有生育能力。

这些发现提供了从多能干细胞开始的最全面的男性生殖细胞发育重建。

“这是首次在试管中利用小鼠多能干细胞重建功能性精子的研究。这为男性生殖细胞分化提供了新的可能性。”

（生物通）

原文检索：

In Vitro Reconstitution of the Whole Male Germ-Cell Development from Mouse Pluripotent Stem Cells

DOI

10.1016 / j.stem.2021.08.005