前言：中國科學(xué)家終于成功在“體外”獲得了小鼠的功能性精子！為了達到這個(gè)目的，研究人員巧妙地將小鼠胚胎干細胞（ESC）誘導分化成功能性的精子（樣）細胞，借助輔助生殖技術(shù)產(chǎn)生了健康后代。這項工作2016年2月26日凌晨在線(xiàn)發(fā)表于干細胞權威雜志CellStemCell上，為今后治療男性不育的臨床研究搭建了最為簡(jiǎn)易而可行的平臺。

　　在體外獲得有受精能力的生殖細胞一直都是生殖生物學(xué)和生殖醫學(xué)領(lǐng)域的難題和熱點(diǎn)。這項研究所建立的系統，能夠在體外“復制/模擬”體內精子發(fā)生過(guò)程，產(chǎn)生功能性精子樣細胞。先前的一些研究雖然也報道過(guò)成功從“干細胞”誘導分化產(chǎn)生了“生殖細胞”，但未充分評估獲得的生殖細胞的功能性。

　　近年來(lái)國際生殖生物學(xué)領(lǐng)域同行共同認為“減數分裂”是體外誘導形成精子樣細胞的最大障礙，并制定了確定人工獲得精子的功能性的“黃金標準”。研究人員必須提供減數分裂特定時(shí)期的核DNA含量、染色體數目和各階段的染色體形態(tài)、精子樣細胞生產(chǎn)健康后代等有效證據。目前，達到所有以上指標（特別是完成減數分裂）仍然是在體外獲得功能性精子的最大考驗。

　　為克服這個(gè)壁壘，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所干細胞與生殖生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的周琪院士、趙小陽(yáng)研究員與南京醫科大學(xué)生殖醫學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的沙家豪教授組成聯(lián)合研究團隊。第一步，將小鼠胚胎干細胞（ESC）誘導分化成原始生殖細胞樣細胞（PGCLC）；第二步，研究人員模擬原始生殖細胞（PGC）體內發(fā)育的“自然組織環(huán)境”，即與睪丸細胞共培養并添加性激素如睪酮等。最終，ESC來(lái)源的PGCLC擦除基因印跡，完成減數分裂，最終產(chǎn)生了功能性精子樣細胞，具備上述“黃金標準”，借助胞漿內單精注射（ICSI）產(chǎn)生健康后代（如下圖）。

　　今后，研究人員計劃在基礎研究和臨床治療兩方面將這項研究深入下去。一方面，利用這個(gè)系統體外研究調控減數分裂的分子機制；另一方面將檢測該系統是否適用于其他動(dòng)物，特別是靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物。當然，這項實(shí)驗室工作距離臨床治療還長(cháng)路漫漫，可能的危險性必須排除，使用胚胎干細胞的倫理學(xué)問(wèn)題也需要慎重考量。

　　輔助生殖技術(shù)能不能解決全部的男性不育問(wèn)題？

　　不育癥是當今社會(huì )中較為常見(jiàn)的一類(lèi)生殖健康疾病，困擾著(zhù)全球范圍內約15%-20%的育齡夫婦，其中男性因素約占一半。男性不育病因復雜，許多遺傳與非遺傳因素均可致病，患者臨床多表現為非梗阻性無(wú)精子癥和少、弱、畸精子癥。精子的形成是一個(gè)復雜而連續的生殖細胞分化過(guò)程，它起始于原始生殖細胞（PGC）的遷移與增殖，經(jīng)歷精原干細胞（SSC）的自我更新與分化、精母細胞減數分裂和精子變態(tài)等重要過(guò)程，最終產(chǎn)生“單倍體”功能性精子。

　　目前，試管嬰兒對于大眾并不陌生，但是借助這項技術(shù)使患有不育癥的男性成功當上父親還是有一個(gè)前提條件的——必須有“單倍體”精子。如果男性不育癥患者沒(méi)有“單倍體”精子，輔助生殖技術(shù)也束手無(wú)策?，F實(shí)中，的確有相當一部分男性不育癥患者經(jīng)睪丸活檢沒(méi)有“單倍體”精子，僅存在早期發(fā)育階段的生殖細胞，如精原干細胞，部分精母細胞等，這些早期生殖細胞不是“單倍體”，無(wú)法直接用于輔助生殖。

　　從“干細胞（ESC）”到“原始生殖細胞樣細胞（PGCLC）”，再到“精子”

　　最早在2003年，HansR.Scholer領(lǐng)導的研究組報道了小鼠胚胎干細胞（ESC）可體外經(jīng)誘導分化產(chǎn)生卵子樣細胞。這項開(kāi)創(chuàng )性研究隨即引發(fā)學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注，因為干細胞居然能夠產(chǎn)生生殖細胞？十多年后的今天，相關(guān)研究仍面臨一些主要的問(wèn)題：精子發(fā)生是一個(gè)非常復雜的生理過(guò)程，其中僅有某些階段可體外“復制”。如前所述，很多研究并未證明人工產(chǎn)生的精子究竟是不是“真正的”精子。

　　可以說(shuō)，日本科學(xué)家Saitou實(shí)驗室在方面做出了很大的貢獻。Saitou實(shí)驗室建立了胚胎干細胞（ESC）和誘導型多能干細胞（iPS）分化成為原始生殖細胞樣細胞（PGCLC）的黃金方法。即先將ESC分化成外胚層樣細胞（EpiLCs），之后在生長(cháng)因子或聯(lián)合過(guò)表達三種轉錄因子Blimp1、Prdm14和Tfap2c下，約30%的EpiLCs誘導成為PGCLC。但是，PGC樣細胞無(wú)法繼續在體外完成減數分裂，需移植到青春期前受體小鼠睪丸曲細精管中，進(jìn)行類(lèi)“體內”精子發(fā)生，產(chǎn)生精子和卵子。使用相似方法，人ESC也可分化產(chǎn)生PGCLC。

　　周琪、沙家豪、趙小陽(yáng)團隊的這項研究，ESC來(lái)源的PGCLC真正完全在體外完成了減數分裂，最終產(chǎn)生了功能性精子樣細胞，借助輔助生殖技術(shù)產(chǎn)生了健康后代。不僅驗證了人工產(chǎn)生的精子是“真正的”精子細胞，而且不借助受體鼠睪丸曲細精管移植，完全在體外獲得了功能性精子，向ESC到精子的臨床治療又邁出了一步。

　　能否從不育癥患者睪丸少量樣本直接獲得單倍體精子？

　　基于胚胎干細胞存在很大的倫理學(xué)問(wèn)題，科學(xué)家考慮能否直接通過(guò)微創(chuàng )手術(shù)獲得不育病人的一小塊睪丸組織樣本，通過(guò)體外培養方法直接獲得單倍體精子呢？一些研究人員已經(jīng)在這方面有所嘗試。

　　例如2011年日本科學(xué)家Ogawa研究團隊利用出生后幾天的小鼠睪丸組織小塊，置于瓊脂塊上，氣液聯(lián)合體外培養（添加許多生長(cháng)因子）最終分化出了單倍體精子，經(jīng)輔助生殖技術(shù)也獲得了健康后代。隨后Ogawa研究團隊利用睪丸組織塊培養模型，將精原干細胞（SSC）也誘導產(chǎn)生單倍體精子，并產(chǎn)生了健康的后代。但該項技術(shù)效率極低，重復性也存在爭議。

　　2014年上海交通大學(xué)仁濟醫院干細胞中心的何祖平教授研究團隊報道了隱睪病人（無(wú)單倍體精子）睪丸經(jīng)消化并體外培養（添加RA和SCF等生長(cháng)因子），可獲得單倍體圓形精子，通過(guò)圓形精子注射小鼠卵細胞（因為人的圓形精子注射人卵細胞不能發(fā)育）顯示受精卵具有一定發(fā)育潛能。但是，如何較為高效、穩定地獲得功能性單倍體精子仍需大量的基礎與臨床研究。