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    生殖研究 Reproductive study

    Cell: 人造精子成真!人類的繁衍不需要男人了?

    發布日期:2021-09-28    作者:昭遠制藥    

    國家統計局數據顯示,在過去十年中,男性不育的比率一直在上升,主要原因是精子缺乏或精子死亡,人工精子的需求日漸迫切。


    人工精子并不是人為制造的精子,只是將人體的精原干細胞用科學的技術提取出來,在體外的環境里培育成精子,最終和卵子結合完成受精的過程。


    人造精子研究已經持續了十幾年的時間,近日,日本京都大學在Cell Stem Cell上發表的研究表明,小鼠多能干細胞可以分化成有功能的精子,且可以成功孕育出健康、可孕的后代。



    人造精子已在小鼠身上實現


    1994年,美國的研究人員發展了在小鼠間移植精原干細胞的方法。1996年,科研人員將健康雄性老鼠的冷凍精原干細胞,植入了不能生育的雄性老鼠體內之后,后者順利產生了精子。


    但是此后數年間,人造精子研究進展不大。直到2003年初,日本研究人員宣布成功地把實驗鼠的胚胎干細胞變成了精子細胞。


    2004年,美國哈佛醫學院的研究者報道,他們用雄性老鼠的胚胎干細胞培育出精子細胞,并且把這些精子細胞注入了卵子。這也是首次使用人造精子使卵子受精的報道。同年,新加坡科學家培育出魚的精原干細胞,并從中培育出了活的成熟魚精子。


    2011 年,小鼠孤雌單倍體胚胎干細胞系首次于體外成功建立,該成果由英國科學家 Wutz 實驗室、奧地利科學家 Penninger各自獨立完成。


    2012年,中科院上海生科院生化與細胞所李勁松等團隊證實單倍體孤雄干細胞具有可替代精子和快速傳遞基因修飾能力。以往的所謂“人造精子”都是將干細胞在體外分化變成一個精子,這樣的精子是不能分裂,不能擴增的。但是這項研究的孤雄胚胎干細胞是可以在體外不斷培養,不斷傳代的,它具有精子的特性。這是一個完全不同的概念,也是一個重大的突破。


    2016年2月底,一支由中國科學院、南京醫科大學等組成的聯合科研團隊,利用小鼠的胚胎干細胞,在體外培育出了具有生殖功能的精子細胞,并成功用其繁衍出小鼠后代。結果發表在《Cell Stem Cell》上。



    而最近,日本京都大學的研究人員在Cell Stem Cell 上發表的研究表明,小鼠多功能干細胞可以分化成有功能的精子,且這些精子可成功生產健康、可育的后代。


    多功能干細胞分化成精子,通常分為三個模仿自然發育的階段:首先,干細胞分化為原始生殖細;然后分化為精原細胞,這是確定男性性別的過程;最后分化為精子。這項研究證明在小鼠上可行,為在試管中產生男性精子提供了很好的模型。



    臨床人造精子技術進展如何?


    據報道,英國紐卡斯爾大學教授卡里姆·納耶尼亞和他的同事們報道,可以通過男性骨髓細胞培育“人造精子”的技術。研究小組從男性志愿者身上提取一些骨髓組織,并從中分離出干細胞,將這些干細胞培育成精原細胞。


    對于大多數男性來說,他們體內的精原細胞最后都能自然發展成為成熟的精子。可以通過手術的方法分離病人的精原細胞,在實驗室中設法使這些精原細胞產生具有生殖功能的精子,再將這些精子植入到患者體內或直接冷凍保存,以便擇期將妻子的卵子取出進行體外受精;


    還可能通過核移植的克隆技術生產出攜帶有不育男子的遺傳物質(DNA)的胚胎干細胞,這些胚胎干細胞再經過培育,生產出人造精子。解決這一系列問題,將能用于治療男性不育癥。


    女性也能培育“人造精子”?


    《西游記》中,唐僧師徒四人路過女兒國,唐僧和八戒誤喝了子母河的水竟然懷孕了!后來從女兒國的人口中得知,女兒國沒有男子,當她們成年之后就去喝子母河的水,幾天后就可以生下一個女孩。這顯然是作者的異想天開,但是科學發展至今,科學家或許能做到讓女生沒有男盆友也能擁有自己的孩子了!



    人造精子同時也是一項能讓女性獨立生育的技術。科學家從女性身上提取骨髓細胞,分離出干細胞,將這些干細胞培育成“人造精子”,成熟的女性“人造精子”將可以和卵子進行試管授精,生育繁衍后代。這意味著從理論上來說,利用女性的骨髓細胞產生的“人造精子”,但此舉亦引發了巨大的爭議和質疑。


    如果將來真能通過女性骨髓細胞培育出成熟的“人造精子”,并用于孕育后代,那么這些“人造精子”只能生出女兒。因為通過女性細胞培育的“人造精子”中將缺少生育男孩所必需的Y染色體。


    不過,科學家觀察到,只有攜帶XY染色體的胚胎干細胞才能最終培育出人造精子,而帶有女性特征的XX染色體的干細胞,雖然能夠形成早期的精原干細胞,卻始終無法通過減數分裂的考驗。



    人類的繁衍不需要男人了?


    李勁松教授提到:從技術上層面可以這么理解,但是從生物進化的角度肯定是不可取的。因為精子的產生在減數分裂中會發生姐妹染色體互換,這是物種進化的一個重要保證。“人造精子”所有精子的遺傳信息是完全相同的,缺少了姐妹染色體互換的環節,這對物種進化是非常不利的。


    臨床實踐證明,無論是對單基因突變還是多基因突變導致的遺傳病,人造精子的修復效果都很顯著,是其他技術望塵莫及的。將來如果真要應用到人類,或許可以用于治療父性攜帶的遺傳疾病。比如說某位父親有遺傳疾病,可以用他的精子構建一個細胞系,在細胞系中把遺傳病基因修復好,然后當正常精子使用,生出一個健康的小孩。這其實可以作為個性化的醫療手段。


    但是這需要該技術非常成熟和完善,目前來說是做不到。另外,將該技術應用到人類,也面臨著一些倫理方面的爭議和障礙。






    參考文獻

    1.Mouse embryonic germ (EG) cell lines: transmission through the germline and differences in the methylation imprint of insulin-like growth factor 2 receptor (Igf2r) gene compared with embryonic stem (ES) cell lines. Development. 1994 Nov;120(11):3197-204.

    2.Expression of a specific mouse germ cell nuclear antigen (GCNA1) by early embryonic testicular

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