我國科學家接連突破同性生殖障礙，沒對象也能生孩子了嗎？

2020-11-10 生物世界

婚姻和生育，或許是一個人一生中最重要的兩件事，前者是選擇契合的伴侶，後者是自身血脈的延續。不僅如此，總人口的婚育水平還會影響著和社會和經濟的發展，因此，世界各國政府也不斷出臺政策以維持婚育率和人口平衡。

然而，2020年6月，北京大學公共衛生學院兒童青少年衛生研究所馬軍/宋逸團隊在The Lancet Global Health 雜誌發表的論文顯示，自1990年以來，我國年輕女性已婚率和生育率持續下降【1】。這些社會壓力增大、受教育水平提高、男女性別比例不平衡等多種因素有關。

此外，當今社會，還有相當大的人群深受不孕不育的困擾，據統計，我國有超過5000萬不育不孕患者，超過正常育齡人口的10%，這一數字遠遠超過了我們的想像。

在自然界的自然規律裡，人類必然是男女結合，才能孕育下一代。然而，自人類進入分子生物學時代以來，生命科學的發展速度也遠遠超出了普通人的想像。

或許，在不久的將來，不育不孕夫妻或同性伴侶，就能通過生物技術擁有自己的孩子。

孤雌生殖

2015年12月，中科院動物研究所胡寶洋研究員、周琪院士、李偉研究員合作，在 Cell Research 雜誌發表了題為：Birth of fertile bimaternal offspring following intracytoplasmic injection of parthenogenetic haploid embryonic stem cells （雌性單倍體胚胎幹細胞胞漿內注射後生出可育的雙親後代）的研究論文【2】，該研究通過對印記基因的修飾，成功得到了活的具有兩個母系基因組的孤雌小鼠，首次實現了哺乳動物的孤雌生殖。

人造精子

2016年3月，中國科學院動物研究所周琪院士、趙小陽研究員、南京醫科大學沙家豪教授合作，在幹細胞領域頂級學術期刊 Cell Stem Cell 雜誌發表了題為：Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro （胚胎幹細胞衍生的生殖細胞在體外的完全減數分裂）的重磅研究論文【3】。

研究團隊首先誘導小鼠胚胎幹細胞產生了功能性精子樣細胞（sperm-like cells），然後將這種精子樣細胞注入小鼠卵細胞中，成功產生了能生育的小鼠後代。這是人類首次在實驗室中創造出有功能的「人造精子」。

研究團隊首先讓小鼠胚胎幹細胞接觸由GSK3抑制劑、MEK抑制劑和白血病抑制因子組成的化學混合物，從而將胚胎幹細胞誘導為原始生殖細胞（primordial germ cells）。


接下來，研究團隊模擬這些原始生殖細胞的天然組織環境：讓這些細胞接觸睪丸細胞和諸如睪酮之類的性激素。在這些條件作用下，這些由胚胎幹細胞產生的原始生殖細胞經歷了完整的減數分裂，產生具有正確細胞核DNA和染色體含量的精子樣細胞（sperm-like cells）。


最後，研究團隊將這些精子樣細胞注入小鼠卵細胞中，將形成的胚胎植入雌性小鼠體內。之後這些胚胎發育正常，成功產生健康的後代，而且這些後代也能繁殖下一代。

該研究開發出這種基於幹細胞的方法，可以完全重現生殖過程中的減數分裂，產生功能性的精子樣細胞，更重要的是，這些由幹細胞產生的精子樣細胞能夠與卵細胞結合，並成功孕育可育後代。

這些研究不僅有望解決男性不育症，而且，該技術的進一步發展，有望在不需要男性的情況下，通過幹細胞技術，實現自己做母親的願望。

孤雄生殖

2018年10月，中科院動物研究所胡寶洋研究員、周琪院士、李偉研究員合作，幹細胞領域頂級學術期刊 Cell Stem Cell 雜誌上發表了題為：Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region 的研究論文【4】。

該研究在之前的基礎上，結合單倍體幹細胞技術和基因編輯技術，首次獲得具有兩個父系基因組的孤雄小鼠，首次實現了哺乳動物的孤雄生殖。

同性生殖在低等動物中較常見，然而，對於哺乳動物和人類來說，進化而來的印記基因要求只有同時具備雙親染色體的胚胎才能存活。

為了突破這一難題，研究團隊在孤雄單倍體幹細胞中，篩選並最終刪除了7個重要的印記控制區段（Nespas，Grb10，Igf2r，Snrpn，Kcnq1，Peg3，Gnas）。然後將這些修飾過的細胞與另一顆精子所形成的孤雄胚胎幹細胞，成功發育成為了活的孤雄小鼠。

這是人類首次獲得具有兩個父系基因組的孤雄小鼠，證實了即便在最高等的哺乳動物中，孤雄生殖也有可能實現。


這些孤雄小鼠外觀正常，可以自主呼吸，但是都在出生後48小時內死亡。這也表明，哺乳動物的孤雄生殖比孤雌生殖更難實現。

從這些研究能夠看出，曾經不可想像的孤雌生殖、孤雄生殖，並非遙不可及，我國科學家已經在哺乳動物上實現了。自人類進入分子生物學時代以來，生命科學的發展速度也遠遠超出了普通人的想像。

或許，在不久的將來，不育不孕夫妻或同性伴侶，就能通過生物技術擁有自己的孩子。

參考文獻：

1、https://doi.org/10.1016/S2214-109X(20)30130-3

2、https://www.nature.com/articles/cr2015151

3、https://doi.org/10.1016/j.stem.2016.01.017

4、https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.09.004

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