Nature：科學家首次純體外培養，干細胞“變”卵細胞

在體外，從胚胎干細胞分化而成的成熟卵細胞（圖片來源：Hayashi實驗室）

　　10月17日，《Nature》期刊在線發表一篇重磅文章，揭示日本科學家成功在實驗室利用小鼠胚胎干細胞（ESCs）和誘導性多能干細胞（iPSCs）培育出成熟且具有生育能力的卵細胞。

　　這一研究為卵細胞發育研究提供了范本，且有望促進科學家將類似的技術體系運用在人類干細胞上。更為重要的是，這一技術獲得的卵細胞能夠用于繁殖。

　　第一次：在體外實現從多能干細胞培育成熟卵細胞的過程

　　小鼠卵細胞的前身是雌性原始生殖細胞（PGCs）。PGCs形成于胚胎發育的初期（約6.5天），經過一系列分裂形成卵母細胞，并在小鼠成年后在激素的調控下生成成熟的卵細胞。一直以來，利用多能干細胞誘導分化出具有活性的卵細胞是發育生物學研究的熱點之一。

　　現在，基于十多年的研究背景，日本九州大學的干細胞生物學家Katsuhiko Hayashi團隊成功實現了這一目標，他們以多能干細胞為材料，培育出小鼠生殖細胞（卵細胞、精細胞）。

　　早在2012年，Hayashi團隊就已經研發出將小鼠胚胎干細胞、誘導性多能干細胞誘導出原始生殖細胞的技術。但是體外培養5天后，研究人員需要將這些原始生殖細胞移植入成年小鼠體內，只有這樣才能獲得卵母細胞。

　　2016年7月，Hayashi團隊在實驗室實現了小鼠卵巢環境的重建，為原始生殖細胞的發育提供了支持，從而生成成熟、可育的卵細胞。這意味著，他們能夠在體外完成胚胎干細胞分化、卵細胞發育整個一系列過程，共計需要約30天時間。

　　這一最新技術打開了胚胎干細胞（ESCs）、誘導性多功能干細胞（iPSCs）培育卵細胞的新征程。成熟卵細胞的獲得需要經歷兩個重要的步驟：

　　首先，科學家們將ESCs、iPSCs誘導分化成不成熟的原始生殖細胞；

　　隨后，這些前體細胞將在體外培育至少一個月時間，期間需要提供類似卵巢環境的支持，例如發育3周內添加雌激素抑制劑，以促進卵母細胞在體外構建卵泡結構；隨后添加促卵泡激素和其他兩個因素促進卵泡的發育。

　　最終，研究團隊在體外獲得50多個成熟的卵細胞。但是這些卵細胞出現染色體異常的概率遠遠超出正常卵細胞異常的概率，但是幸好的是，75%的卵細胞染色體數量正常。

　　卵細胞經過體外受精生成胚胎，可生育健康的下一代

實驗室培育的卵細胞經過受精、胚胎發育后生下的健康小鼠（圖片來源：Hayashi實驗室）

　　他們將實驗室培育的卵細胞與精細胞融合完成受精過程，共獲得300多個胚胎。但是當把這些胚胎移植至代孕鼠子宮后，僅僅只有11例胚胎完成發育并產下足月的幼鼠。這意味著，這一技術生育下一代的成功率僅僅達到3%，遠遠低于成年小鼠體外受精生育的概率（62%）。

　　對于這一低成功率，科學家還未找到原因。

　　但是，研究人員表示，實驗室培育的卵細胞經過受精獲得的胚胎，研究人員能夠從中再次獲得ES細胞。這意味著，科學家可以在實驗室構建雌性生殖細胞的“循環”。

　　雖然目前的研究成果會生成有缺陷的卵細胞，生殖成功率低，且短時間內不能運用于人類生殖細胞中，但是這一技術有助于科學家們找到調控卵細胞發育、成熟的關鍵因素。在實驗室培育卵細胞，有助于更精細地弄清楚卵細胞發育的過程。

　　體外獲得人類卵細胞？

　　除了研究卵細胞發育，這一技術還預示著新可能：

　　我們能夠在實驗室環境下將皮膚或者其他捐贈細胞重編程分化成人類卵細胞，甚至于獲得轉基因卵細胞。它將為患有不孕不育疾病的女性提供新的選擇和機會。然而，任何涉及人類細胞的嘗試都需要投入很多工作和時間。

　　當然，這樣的治療思路無疑將面臨著新一輪的倫理質疑。如果研究人員能夠用皮膚細胞甚至于經過基因改造的胚胎干細胞生成卵細胞，它勢必會再次引發“設計嬰兒”的顧慮。

　　一些科學家警告，任何試圖重建卵細胞發育這一復雜過程的試驗都肯定會遺漏目前我們還未研究清楚的重要因素。卡內基科學研究所的卵原細胞發育研究員Allan Spradling解釋說：“誘導生成生殖細胞需要經歷很多實驗室操作，每一步都存在安全隱患，導致細胞異常。所以現有的技術無法挖掘出哪些關鍵因素發揮著決定性作用。”

　　但是，Hayashi強調，目前的研究還處于初期，距離臨床應用還很遠。現在，他和他的團隊正在將這一新技術運用到靈長類動物中。同時他們還需要找到規避缺陷卵細胞的方法。