基因修飾或成改變人類生命起源新方式

2020-12-03 第一財經

精子在不受精的情況下也能產後代?如今科學家得出了肯定的回答，巴斯大的科學家近期將精子注入非卵細胞，成功創造了小鼠胚胎，並且能生育後代。這項研究成果發表在《Nature Communications》雜誌上。

兩個男人也能生孩子

該研究也顛覆了傳統的哺乳動物生育觀。報告的高級作者Tony Perry博士表示：「這意味著，也許有一天我們可以利用其它類型的細胞來創建胚胎，例如體細胞、皮膚細胞等。甚至意味著未來生孩子不需要女性的參與，有一天兩個男人也能成為孩子的雙親。」

資助該項研究的英國醫學研究理事會負責生物演進的項目經理Paul Colville-Nash表示：「這個研究對於人們了解生命的起源和胚胎繁殖非常有意義，能夠讓人們了解生育的機理。甚至有一天，人們可以知道該如何治療不育，雖然這一天還很遙遠。」

這項研究開始是對未受孕的小鼠卵細胞進行化學誘導，讓它發展成為孤雌胚胎——在缺少雄性配子基因組的情況下直接激活有減數分裂Ⅱ期卵子能夠形成孤雌囊胚。儘管未受精，發生減數分裂的卵母細胞可通過化學誘導而進行正常的細胞分裂。

在化學誘導13小時後，來自巴斯大學的科研團隊利用了卵胞漿內單精子注射技術(ICSI)。ICSI是一種在人類IVF生育治療中將精子注射到卵子中的常見技術。科研人員將精子注射到卵母細胞中，它們均包含一個單倍體基因組，隨著細胞周期的發展，胚胎分裂成兩個細胞。 隨後研究人員選取了一個兩細胞的胚胎，在一部分胚胎中，兩個細胞的染色體有一半來自卵母細胞一半來自精子，這也是最具有生存機會的細胞，通過這種方式創建的胚胎被稱為「phICSI」。首次實驗培養出的一對小鼠分別以Phicsim和Phicsia命名，他們已經健康成長為成年鼠，並繁殖了後代。

改變精子DNA的不只有卵子

當精子與卵子受精時，會發生許多染色體和DNA的改變事件，這種改變也被稱為「重編程」。幾個世紀以來，科學家們認為只有卵子能影響精子的「重編程」過程。然而，在這個實驗中，Phicsim和Phicsia兩隻小鼠儘管看起來和普通小鼠是一樣的，但它們的DNA和生物標識是完全不同的。這意味著，在以「phICSI」方式創建胚胎的時候，基因發生了不同性質的「重編程」。

精子「重編程」的步驟之一是將精子DNA中纏繞著的魚精蛋白替換成卵母細胞中的組蛋白。研究人員發現，phICSI 胚胎組能正常進行組蛋白和精蛋白的交換，但重組還涉及到了其他的表觀遺傳學變化，且這種變化在 ICSI 胚胎組和 phICSI胚胎組中有差異。

加拿大麥吉爾大學發育生物學家Hugh Clarke對該研究評論道：「研究人員表明，已經開始胚胎發育並進行分裂的卵母細胞仍能『改變』精子DNA，這種能力不僅限於受精時的卵子。」

不過，該研究並不是首次對孤雌囊胚不能長期發育的觀點提出質疑。中科院生物化學與細胞生物學研究所發育生物學家李勁松研究員對《第一財經日報》表示：「我們實驗室和其它實驗室此前已經證明了孤雌胚胎經過印記基因修飾後是可以發育的。」他還表示，「因此哺乳動物胚胎必須由精子和卵子受精而形成的觀點也並不是首次被顛覆。」。

李勁松研究員對這項研究的目的提出質疑：「這項研究最重要的突破是將精子注入到活化的卵母細胞中產生健康後代。但是為什麼要去這麼做?因為人是不可能用這方法去做的，要發育，要形成胚胎，還是必須要有卵子，本研究中所用的處於有絲分裂期的卵子也是來自於正常的卵子。而且，證明處於有絲分裂過程中的最早期的胚胎有重編程精子的能力，這個角度的創新性也是不夠的。這可能也是該研究成果未能在更高端的學術刊物發表的主要原因。」

由李勁松研究院率領的中科院生物化學與細胞生物學研究所的團隊早在2011年就已經在《細胞研究》上發表文章，證明孤雌單倍體2-細胞胚胎能重編程球形精子。此外，今年初該團隊還發表了另一篇文章，證實了小鼠的高效孤雌生殖可以發生，而且可以不斷重複。

對此，李勁松的觀點是，他們用了2-細胞階段的胚胎做分析，精子進入胚胎滯後很多，看到明顯不同是完全可以理解的。但是重編程是一個漫長的過程，之後的細胞周期中都會存在重編程。所以最後能夠發育到個體的phICSI胚胎一定是與ICSI胚胎有較為相似的表觀遺傳學規律。

此外，對於細胞培育胚胎，李勁松認為，用皮膚細胞來進行生育的說法是天方夜譚，不過他表示：「如果把皮膚細胞通過體細胞重編程的方法變成IPS細胞，再進一步誘導IPS細胞定向分化成卵子，這個意義就又不一樣了，意味著人類可以在體外複製出無限多的卵子，這也是目前國際上的一個研究熱點。」

「胚胎能否重編程有絲分裂細胞?其它有絲分裂細胞能否重編程精子?其它有絲分裂細胞能否重編程另一些有絲分裂細胞?」這是Perry博士提出的三個問題。但這三個問題，李勁松表示都已經得到肯定的證明。那麼這是否將意味著生命的孕育可以不完全依賴於精子和卵子?Perry博士表示：」我們現在還不知道，不過遙遠的將來肯定會知道。到時候人們回頭看看，今天或許是一個起點。」

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