科学家在没有卵巢支持细胞的情况下重现小鼠卵细胞的发育

日本和法国的研究人员成功在体外完全利用胚胎干细胞重建小鼠卵细胞（即卵母细胞）的发育过程，无需卵巢支持细胞。这项新方法为研究人员提供了一个强大的新平台，用于研究控制卵子发生（即卵细胞发育过程）的分子机制，并为未来在人类生殖生物学中的应用奠定了重要基础。

　　

在哺乳动物中，卵母细胞通常在卵巢内发育，并受到体细胞（例如颗粒细胞）和其他卵巢结构的紧密支持。这些支持细胞通过提供信号和营养物质来引导卵母细胞的发育、生长和成熟，发挥着至关重要的作用。然而，它们的存在也带来了复杂性，使得单独研究卵母细胞的发育变得困难。 

“通过重建没有卵巢体细胞的卵母细胞发育过程，我们能够识别卵母细胞发育所需的最小必需因子，”该研究的第一作者Yoshiaki Nosaka博士说道。“这使得我们能够逐步、详细地分析卵细胞发育各个阶段的分子机制。” 

为此，研究团队从小鼠胚胎干细胞诱导的原始生殖细胞样细胞入手，并应用了精细的分子信号组合，即视黄酸和骨形态发生蛋白（BMP），诱导其转化为胎儿卵母细胞样细胞，并最终转化为成熟的卵母细胞样细胞。至关重要的是，研究人员发现，只需缩短至2.5天的视黄酸处理结合BMP信号，即可启动这一过程，每次实验即可产生超过10万个胎儿卵母细胞样细胞。 

在此基础上，研究小组进行了一系列分析，以确定这些体外衍生的细胞是否遵循与自然卵母细胞相同的发育模式。他们利用单细胞RNA测序（一种能够高分辨率捕获基因表达谱的技术）追踪了这些细胞在卵子发生过程中的进展，并确定了与自然发育卵母细胞中发现的关键分子标记相匹配的分子标记。

 研究人员还检查了这些细胞是否能够进行减数分裂，即形成卵子和精子所需的特殊细胞分裂。他们观察到了诸如联会复合体之类的减数分裂结构的精确形成，这些结构促进了染色体的配对和重组——这是健康卵子发育的关键步骤。体外衍生的卵母细胞也形成了类似极体的结构，表明它们具有减数分裂能力，这是卵母细胞成熟的一个标志。 

进一步的成像和分子分析表明，这些卵母细胞样细胞呈现出许多与体内卵母细胞一致的结构和表观遗传特征，包括DNA甲基化和组蛋白修饰的变化，这两者都在发育过程中调控基因活性方面发挥着关键作用。这些细胞还表现出适当的转录组动力学、染色质结构，甚至皮质颗粒的形成，表明其功能成熟。 

尽管这项研究是在小鼠身上进行的，但研究人员相信他们的方法可以扩展到人类细胞，从而可能为人类体外配子发生提供新的基础，该领域旨在从干细胞产生人类卵子和精子，以用于生育力保存、再生医学和发育生物学。 

这项研究标志着重建卵母细胞从干细胞发育的机制迈出了重要一步，为研究卵子发生的分子机制提供了一个强大的新平台。通过鉴定卵细胞形成所需的最小因子，研究人员为基础生殖生物学开辟了新的可能性，并为未来人类生殖细胞研究的应用奠定了基础。

Generation of germinal-vesicle oocytes from mouse embryonic stem cells under an ovarian soma-free condition