從皮膚細(xì)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(nèi)的每一個(gè)細(xì)胞都攜帶著一個(gè)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(gè)DNA分子可以有不同的修飾方式，導(dǎo)致攜帶著同一套遺傳信息的細(xì)胞可以具有完全不同的功能，如果能找到不同細(xì)胞DNA的修飾方式，理論上就可以變來變?nèi)チ恕?/p>

具體來說，要想把一個(gè)體細(xì)胞（比如皮膚細(xì)胞）變成精子或者卵子，需要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟。第一步，必須將這個(gè)已經(jīng)完全分化了的體細(xì)胞轉(zhuǎn)變成全能干細(xì)胞，這個(gè)目標(biāo)在2006年被日本科學(xué)家山中申彌實(shí)現(xiàn)了。他找到了一種很簡(jiǎn)單的辦法把體細(xì)胞轉(zhuǎn)變成“誘導(dǎo)型多功能干細(xì)胞”（iPS），并因此獲得了2012年度諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。

第二步，需要把這個(gè)iPS轉(zhuǎn)變成“原始生殖細(xì)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(xué)的齋藤通紀(jì)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(xì)胞培養(yǎng)液中加入一些特殊的細(xì)胞因子，誘導(dǎo)iPS細(xì)胞改變其DNA修飾方式，最終在體外培養(yǎng)出了健康的人工誘導(dǎo)型PGCs細(xì)胞。

第三步便是促使PGCs細(xì)胞發(fā)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(nèi)完成的，這兩種性腺組織為PGCs提供了一個(gè)獨(dú)特的微環(huán)境，誘導(dǎo)PGCs細(xì)胞分別向兩個(gè)完全不同的方向分化。科學(xué)家們尚不清楚這個(gè)微環(huán)境當(dāng)中到底是哪些因子在起作用，所以只能把PGCs細(xì)胞注入活的動(dòng)物卵巢或者睪丸內(nèi)，借助生命的力量完成這一關(guān)鍵步驟。

外行可能會(huì)覺得這沒什么，但對(duì)于內(nèi)行來說，凡是需要借助活體動(dòng)物才能完成的細(xì)胞誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)難度都太大了，因?yàn)槟壳凹?xì)胞誘導(dǎo)的成功率不高，需要進(jìn)行大量的后期篩選才能選出誘導(dǎo)成功的精子或者卵子，所以科學(xué)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)的限制，無論是時(shí)間還是成本都會(huì)大大下降。

經(jīng)過4年的艱苦摸索，現(xiàn)為日本九州大學(xué)教授的林克彥成功地實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。2016年10月17日出版的《自然》（Nature）雜志發(fā)表了林克彥團(tuán)隊(duì)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(yǎng)成胚胎，然后將其植入母鼠子宮內(nèi)，最終生出了一批健康的小鼠。這些小鼠后來也順利地產(chǎn)下了健康的后代，說明整套方法已經(jīng)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(xiàng)研究的目的只是為了研究哺乳動(dòng)物生殖系統(tǒng)的發(fā)育過程，但明眼人一看即知這個(gè)結(jié)果對(duì)于治療人類不孕不育的努力會(huì)有極大的幫助。想象一下，未來如果一名婦女因?yàn)楦鞣N原因錯(cuò)過了受孕的最佳年紀(jì)，她只需要把自己的皮膚細(xì)胞提交給醫(yī)院，醫(yī)院便會(huì)將其培養(yǎng)成健康的卵子，整個(gè)過程全部在實(shí)驗(yàn)室完成，不需要其他人的幫助。之后，醫(yī)院只需取得丈夫的精子進(jìn)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(jīng)相當(dāng)成熟了。

同理，如果一名男性因?yàn)楦鞣N原因無法生產(chǎn)出健康的精子，醫(yī)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(xì)胞生產(chǎn)出大量健康的精子。

另一個(gè)有趣的應(yīng)用就是同性戀夫婦也可以通過這個(gè)辦法生出屬于兩個(gè)人的孩子，因?yàn)閺睦碚撋现v，男性的皮膚細(xì)胞可以變成卵子，女性的皮膚細(xì)胞也可以變成精子。

當(dāng)然了，小鼠試驗(yàn)成功不一定保證人類能成功，林克彥的下一步計(jì)劃就是先拿靈長(zhǎng)類動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)，看看能不能行。不過，從動(dòng)物過渡到人類需要解決倫理問題，因?yàn)閺钠つw細(xì)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(gè)問題才能推廣。據(jù)科學(xué)家們估計(jì)，這項(xiàng)技術(shù)至少還需要等待10年才有可能用在人類身上。