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在顶尖学术期刊《自然》昨日上线的一篇论文中，一支日本研究团队展示了一项堪称“逆天”的研究成果：利用干细胞和染色体工程技术，他们让雄性小鼠产生了卵细胞，并且这些卵细胞能够受精并发育为胚胎，最终诞生出健康可育的后代！
这项被称为“男男生子”的突破性研究成果上线后迅速引起刷屏。《自然》的相关新闻指出，尽管只是早期概念性验证，但小鼠实验取得的成功为将来治疗某些不孕症提供了新的见解，甚至为单亲生殖提供了可能。甚至有生物伦理学家已经开始探讨，假如这种方法在人类中也可行，从理论上讲会发生什么。
▲这项重磅研究日前在《自然》杂志上线
我们知道，哺乳动物都需要雌雄两种性别的个体相结合才能繁殖。有没有可能只需要一种性别就进行繁殖呢？事实上，科学家们已经做出了不少尝试。这些尝试总体来说有两个角度：一是让雌性产生精细胞，也就是两个“妈妈”产生后代；一是让雄性产生卵细胞，也就是两个“爸爸”产生后代。相比只需要母亲，要创造出来自两个父亲的后代需要克服的障碍更多。
2018年，来自中国科学院动物研究所的研究团队率先利用单倍体胚胎干细胞（只含有一套染色体，接近精子或卵子的前体细胞）与基因编辑技术，造出了双亲都是同一性别的小鼠！根据他们发表在Cell Stem Cell上的论文，遗传物质来自两个母亲的幼崽可以活到成年并可育；而来自两个父亲的幼崽仅存活了几天。
2021年，来自日本京都大学的一支研究团队用小鼠的多能干细胞在试管中逐步分化出了有活力的精子，从而造出了可以不需要父亲的小鼠。
2020年，日本科学家林克彦（Katsuhiko Hayashi）、也是此次研究的负责人，领导的研究小组在《自然》发文描述了一种方法，把小鼠干细胞直接转变为类似卵母细胞的细胞，从而实现了人造卵细胞。2021年，这支研究团队进一步利用小鼠干细胞在体外重建出卵泡结构，为卵子发育成熟提供环境。
有了上述基础，林克彦教授领导的团队在此次的新研究中开展了一个新项目：从成年雄性小鼠体内取出细胞并在体外将其制造为卵子。
和人类一样，雄性小鼠的细胞中通常有一条X染色体和一条Y染色体。但制造卵母细胞需要的性染色体为XX，有Y染色体存在或缺少一条X染色体的情况下无法稳定产生卵母细胞。为了克服这一主要障碍，研究人员设计了一种细胞“性转”策略：借助干细胞长期培养时自发产生的错误，让雄性干细胞丢弃不需要的Y染色体，再复制其X染色体。
具体来说，他们利用干细胞技术先对雄性小鼠的皮肤细胞进行了重编程，使其回到胚胎发育早期状态，也就是创建出诱导性多能干细胞。在体外长期培养过程中，大约6%的多能干细胞会自发完全丢失Y染色体。通过监测每个细胞中的染色体数量，研究人员先找出这些只剩一条X染色体的多能干细胞，然后采用药物“逆转素“（reversine）对它们继续进行培养。这种化学物质会扰乱细胞分裂过程中的“质检”过程，导致X染色体可能发生复制。
▲利用雄性细胞制造卵细胞的流程（图片来源：参考资料[2]）
通过这种方法，研究人员得到了具有两条X染色体的多能干细胞。接下来，他们使用先前已开发的技术，将这些多能干细胞分化为原始生殖细胞样（PGC-like）细胞，也就是卵子和精子的前体。
这些PGC-like细胞在小鼠卵巢细胞提供的信号刺激下，能够进一步向卵子分化。然后，发育成熟的卵子通过体外受精的方式与精子结合，并发育为胚胎。
不过最后一步还是需要雌性小鼠提供子宫：研究人员将得到的胚胎移植到小鼠子宫中，最终诞生出幼崽。
▲由性转多能干细胞产生的卵母细胞最终受精成功，产生了后代（图片来源：参考资料[1]）
《自然》同期发表的评述文章指出，这项研究成功引导干细胞转换性别并形成可受精的卵子，标志着生殖生物学的一个里程碑。
值得注意的是，目前小鼠后代的存活率还很低。研究团队一共制造出630个小鼠胚胎，但只有7个胚胎顺利出生并发育成健康幼崽，存活率只有1%。
显然，这项技术还有很大的提升空间，要应用于人类更是还有很长的路要走。“小鼠和人类之间有很大的差异，”林克彦教授强调，因此要将生殖和干细胞生物学的相关发现从小鼠转化为临床还有一系列技术难题需要解决。研究团队表示他们首先需要尽可能全面地检查实验中诞生的幼崽，确认与传统方法繁殖的幼崽有何不同。
此外，中科院动物研究所干细胞与生殖生物学国家重点实验室的郭帆研究员在《自然》的新闻中还指出了一个重要问题：来自雄性细胞的卵细胞在表观遗传标记上的变化有必要进一步查看，因为DNA上的表观遗传标记影响着基因的活性，对后代发育的影响远远超过胚胎阶段。
当然，除了种种技术难关外，这项重磅研究展现出的应用前景无疑对伦理、法律、道德提出了很多挑战，引人深思。
参考资料：
[1] Kenta Murakami et al., (2023) Generation of functional oocytes from male mice in vitro. Nature DOI: 10.1038/ s41586-023-05834-x
[2] Jonathan Bayerl & Diana J. Laird (2023) Eggs from male stem cells using error-prone culture. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00755-1
[3] The mice with two dads: scientists create eggs from male cells. Retrieved March 16, 2023 from https://www.nature.com/articles/d41586-023-00717-7
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