日本研究人員使用頂尖技術在實驗室中制造出了卵子和精子。而現(xiàn)在，科學家不得不決定如何安全且合乎道德地使用這些細胞。

    從去年10月開始，分子生物學家Katsuhiko Hayashi已經(jīng)收到了不少電子郵件，其中大多數(shù)是中年夫妻，他們都為一件事感到絕望：生育孩子。一位處于更年期的英國女人提出到Hayashi位于京都大學的實驗室來，希望他可以在這件事上幫助她。“這是我唯一的愿望。”她寫道。這些請求始于Hayashi發(fā)表的一項研究結果。通過對小鼠的皮膚細胞進行體外實驗，Hayashi培養(yǎng)出了原始生殖細胞（PGCs），為了驗證這些細胞與自然生長的PGCs是否真的相同，他又用其創(chuàng)造出卵子乃至活鼠。這一結果提高了通過不孕女性的皮膚細胞產(chǎn)生受精卵的可能性；它同時還表明，男人的皮膚細胞也可以用來產(chǎn)生卵子，女人的皮膚細胞也能制造出精子。 公眾對該實驗的關注出乎Hayashi和資深教授Mitinori Saitou的意料。他們已經(jīng)在哺乳動物配子生產(chǎn)和對其進行體外重建的領域研究了十多年，但這些都是為了科學研究，而不是治療。當他們將這項研究從小鼠推進到猴子甚至人類時，他們正在給未來的不孕不育治療做鋪墊。

    而科學家和公眾則要開始面對隨之而來的倫理問題了。“不言而喻，他們真的在小鼠中改變了這一領域。”美國加州大學洛杉磯分校生育專家Amander Clark說，“現(xiàn)在，為了避免該技術在證明其用處之前遭到破壞，我們不得不開始討論這種配子方式的倫理問題。” 小鼠實驗 在小鼠的生長過程中，胚胎發(fā)育第一周后就會出現(xiàn)生殖細胞（約40個PGCs），進而雄鼠和雌鼠會分別形成大量的精子和卵子。Saitou希望了解這些細胞的成長過程是由哪些信號指導的。在過去的10年中，他發(fā)現(xiàn)一些基因在特定時間的特定組合對PGCs生長有重要作用。使用這些基因作為標記，他能夠從其他細胞中挑選出PGCs進行研究。

    2009年，在神戶市理化研究所，他發(fā)現(xiàn)在適宜的培養(yǎng)條件下，在適當時間添加骨形成蛋白4（Bmp4）可以將胚胎干細胞轉化為PGCs。以色列雷霍沃特市魏茨曼科學研究所的干細胞專家Jacob Hanna稱，Saitou一絲不茍遵循自然過程的方法與其他人的研究形成鮮明對比。Saitou試圖精確發(fā)現(xiàn)生殖細胞形成的要素，去除多余的信號并注意各種分子起作用的時間的做法，令人印象深刻。英國謝菲爾德大學的干細胞生物學專家Harry Moore將這種對生殖細胞生長過程的認真重建稱為“一場勝利”。Saitou的研究起點是從活鼠外胚層提取的細胞，但為了真正控制實驗過程，他希望使用現(xiàn)成的培養(yǎng)細胞。

    2009年，Hayashi離開劍橋大學回到日本后加入了Saitou的研究，他通過借鑒其他研究，使用關鍵的調(diào)節(jié)分子（活化素A）和堿性成纖維細胞生長因子來引導胚胎干細胞分化為外胚層，然后將其應用于Saitou之前的研究，促使其成為PGCs，這一過程獲得了成功。Hayashi將這些人工培養(yǎng)的PGCs注入自身無法產(chǎn)生精子的小鼠體內(nèi)，使其成功形成了精子。研究團隊再將這些精子注入卵子中，并將胚胎置于雌鼠體內(nèi)，從而得到了本不能生育的小鼠的后代。 人工PGCs大有可為 其他研究人員已經(jīng)可以復制該過程以獲得實驗室培養(yǎng)的PGCs，不過據(jù)《自然》雜志稱，尚未有研究團隊利用此方法培養(yǎng)出活的動物。人工PGCs對研究表觀遺傳學的科學家有特殊作用：對決定基因表達的DNA進行生物化學修改。這些修改——多數(shù)是向DNA堿基添加甲基——在一些情況下，會攜帶著有機體的歷史記錄（例如，曾在子宮接觸到的外界化學物質等）。表觀遺傳標記在胚胎發(fā)育期間像對其他細胞一樣對PGCs進行作用，不過PGCs很獨特，因為當生長成為精子和卵子后，其表觀遺傳標記便會消失，從而產(chǎn)生一個能形成所有細胞類型的受精卵。微妙的表觀遺傳變化中的錯誤會導致不育，并產(chǎn)生睪丸癌等疾病。Hanna的團隊已經(jīng)開始利用人工PGCs研究表觀遺傳調(diào)控中個別酶的作用，并且在將來可能會發(fā)現(xiàn)表觀遺傳網(wǎng)絡與疾病的相關性。Hanna表示，的確，體外形成的PGCs為科學家的研究提供了數(shù)以百萬計的細胞，使研究不再局限于通過解剖早期胚胎才能得到的少量細胞。“這很重要，因為我們擁有了這些經(jīng)歷著重大的全基因組表觀遺傳變化的罕見細胞——PGCs，我們對該過程了解得并不多。”Hanna說。Clark同意Hanna的看法：“體外模式為科學家提供了前所未有的研究可行性。” 臨床相關性 然而，Hayashi和Saitou并不能向那些不能生育的夫妻提供什么幫助。在研究結果可以應用于臨床之前，還有大量問題需要解決。Saitou和Hayashi發(fā)現(xiàn)，盡管通過他們的技術產(chǎn)生的后代通常看起來健康且可生育，但是這些后代所產(chǎn)生的PGCs卻并不完全“正常”。第二代的PGCs經(jīng)常會產(chǎn)生脆弱、畸形的卵子。在受精后，這些卵子經(jīng)常會分裂成為有3組染色體的細胞，而正常的會分裂成兩組。另外，人工PGCs產(chǎn)生后代的成功率只有正常體外受精的1/3。哈佛大學醫(yī)學院研究表觀遺傳學的Yi Zhang使用了Saitou的方法，發(fā)現(xiàn)體外形成的PGCs并不能像自然生成的PGCs那樣消除其之前的表觀遺傳編程。他說：“我們必須意識到這些像PGCs的細胞并不是PGCs。”將PGCs用于不孕不育治療將是一個巨大的飛躍，包括Saitou在內(nèi)的很多科學家都敦促須謹慎進行該研究。該技術可安全用于猴子的事實有助于緩解這些憂慮，但是在確定該方法是否安全之前需要有多少只猴子安全出生呢？需要得到多少代呢？最終，人類胚胎將需要被制造并測試，而這一過程會因對用于研究的胚胎制造的限制而變得緩慢。Saitou利用雄鼠的誘導多能干細胞（iPS）生成精子，并使用雌鼠的iPS產(chǎn)生了卵子，他表示，逆轉實驗應該是有可能的。

    如此一來，就可以從同一只小鼠獲得卵子和精子，并用于繁殖，產(chǎn)生一種從未出現(xiàn)過的東西：自我繁殖的小鼠。Hayashi和Saitou都還沒有準備好嘗試這一研究。“如果有科學需要，我會做實驗，但只在小鼠身上。”Saitou說。兩位科學家已經(jīng)感受到了病人和日本資助機構要求其繼續(xù)實驗的壓力。該技術應該是不能進行體外受精的女性，以及在童年時患癌癥而不能產(chǎn)生精子或卵子的病人的最后希望。Hayashi提醒那些寫信給他的人，可行的不孕治療可能在未來10年甚至是50年才會出現(xiàn)。“我的印象是它很遙遠，我不想給人們那些不切實際的希望。”他說。病人會看到小鼠實驗的成功結果，但是經(jīng)常會忽略這些尖端技術背后多年的艱苦工作。Hayshi表示，他們并沒有意識到從小鼠轉向人的實驗意味著幾乎要重新開始。因為人類早期胚胎與小鼠的完全不同。