從皮膚細胞到健康嬰兒

袁越

大部分不孕夫婦之所以生不出孩子，主要原因就是精子或者卵子出了問題。人體內的每一個細胞都攜帶著一個人全部的DNA，從理論上講完全具備了變成精子或者卵子的可能性，問題在于同一個DNA分子可以有不同的修飾方式，導致攜帶著同一套遺傳信息的細胞可以具有完全不同的功能，如果能找到不同細胞DNA的修飾方式，理論上就可以變來變去了。

具體來說，要想把一個體細胞（比如皮膚細胞）變成精子或者卵子，需要經過以下幾個步驟。第一步，必須將這個已經完全分化了的體細胞轉變成全能干細胞，這個目標在2006年被日本科學家山中申彌實現了。他找到了一種很簡單的辦法把體細胞轉變成“誘導型多功能干細胞”（iPS），并因此獲得了2012年度諾貝爾醫學和生理學獎。

第二步，需要把這個iPS轉變成“原始生殖細胞”（PGCs），也就是精子和卵子共同的前體。這一步早在2012年便由日本京都大學的齋藤通紀和林克彥完成了，他們采用了和山中申彌類似的方法，即在細胞培養液中加入一些特殊的細胞因子，誘導iPS細胞改變其DNA修飾方式，最終在體外培養出了健康的人工誘導型PGCs細胞。

第三步便是促使PGCs細胞發育成卵子或者精子，自然情況下這一步驟是在卵巢或者睪丸內完成的，這兩種性腺組織為PGCs提供了一個獨特的微環境，誘導PGCs細胞分別向兩個完全不同的方向分化。科學家們尚不清楚這個微環境當中到底是哪些因子在起作用，所以只能把PGCs細胞注入活的動物卵巢或者睪丸內，借助生命的力量完成這一關鍵步驟。

外行可能會覺得這沒什么，但對于內行來說，凡是需要借助活體動物才能完成的細胞誘導實驗難度都太大了，因為目前細胞誘導的成功率不高，需要進行大量的后期篩選才能選出誘導成功的精子或者卵子，所以科學家們一直希望能夠在試管里完成這一步驟，那樣的話就可以不受動物實驗的限制，無論是時間還是成本都會大大下降。

經過4年的艱苦摸索，現為日本九州大學教授的林克彥成功地實現了這一目標。2016年10月17日出版的《自然》（Nature）雜志發表了林克彥團隊撰寫的論文，向全世界公布了這一消息。不但如此，研究人員還通過體外受精的方式將這批在試管中制造出來的卵子培養成胚胎，然后將其植入母鼠子宮內，最終生出了一批健康的小鼠。這些小鼠后來也順利地產下了健康的后代，說明整套方法已經和自然繁殖沒有差別了。

雖然林克彥博士在論文中一再聲明這項研究的目的只是為了研究哺乳動物生殖系統的發育過程，但明眼人一看即知這個結果對于治療人類不孕不育的努力會有極大的幫助。想象一下，未來如果一名婦女因為各種原因錯過了受孕的最佳年紀，她只需要把自己的皮膚細胞提交給醫院，醫院便會將其培養成健康的卵子，整個過程全部在實驗室完成，不需要其他人的幫助。之后，醫院只需取得丈夫的精子進行體外受精就可以了，所用的方法和試管嬰兒是一樣的，整套程序已經相當成熟了。

同理，如果一名男性因為各種原因無法生產出健康的精子，醫院可以如法炮制，在不需要借助其他人的情況下通過皮膚細胞生產出大量健康的精子。

另一個有趣的應用就是同性戀夫婦也可以通過這個辦法生出屬于兩個人的孩子，因為從理論上講，男性的皮膚細胞可以變成卵子，女性的皮膚細胞也可以變成精子。

當然了，小鼠試驗成功不一定保證人類能成功，林克彥的下一步計劃就是先拿靈長類動物做實驗，看看能不能行。不過，從動物過渡到人類需要解決倫理問題，因為從皮膚細胞制造出來的卵子有可能存在基因不良突變的問題，必須首先解決這個問題才能推廣。據科學家們估計，這項技術至少還需要等待10年才有可能用在人類身上。