日本科學(xué)家用小鼠的皮膚細胞成功地培育出了能夠產(chǎn)生后代的精子和卵細胞，這甚至意味著(zhù)任何人都可以生孩子了。而如何安全而合乎道德地利用這種技術(shù)，也成了一個(gè)問(wèn)題。

　　從去年10月開(kāi)始，京都大學(xué)的分子生物學(xué)家林克彥（Katsuhiko Hayashi）開(kāi)始陸續收到來(lái)自世界各地的電子郵件，大多數都是不育的中年夫婦。其中一名來(lái)自英國、已經(jīng)絕經(jīng)的女士，甚至要求前來(lái)拜訪(fǎng)京都大學(xué)的實(shí)驗室，希望能夠懷孕?！斑@是我唯一的愿望”，她這樣寫(xiě)道。

　　事情源于他發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文。林和他的同事們成功地用小鼠的皮膚細胞，在體外培育了原始生殖細胞（primordial germ cells，PG細胞），用于發(fā)育生物學(xué)相關(guān)的研究。為了證明人工培育的PG細胞和生物體自然形成的并無(wú)區別，他將其培育成了卵細胞，再經(jīng)體外受精育成小鼠。林說(shuō)，小鼠的出生只是個(gè)“副反應”。

　　然而“副反應”卻也意味深長(cháng)：利用不育婦女的皮膚細胞“制造”受精卵，或許將就此成為現實(shí)。同時(shí)，由于男性的體細胞能夠制造卵細胞，女性的細胞也能制造精子，同性戀產(chǎn)子也不再是虛妄之談——事實(shí)上，林克彥收到的郵件中，就有來(lái)自同性戀雜志編輯的垂詢(xún)。

　　突如其來(lái)的公眾反應讓林克彥和他的上級教授齊藤通紀（Mitinori Saitou）措手不及。事實(shí)上，他們已經(jīng)花了十多年的時(shí)間，研究哺乳動(dòng)物生殖細胞的產(chǎn)生過(guò)程，并嘗試在體外進(jìn)行人工模擬。

意外的驚喜

　　“干細胞”這個(gè)詞，你也許并不陌生。它們是未經(jīng)分化的細胞，具有形成多種組織器官的潛在功能，然而，如何通過(guò)人工的方法讓它們變成生殖細胞，卻一直是個(gè)難題。不同于一般體細胞，每個(gè)生殖細胞內只含有一套染色體。這也意味著(zhù)，生殖細胞是通過(guò)減數分裂形成的，而不是通常的有絲分裂。

　　在小鼠體內，生殖細胞在胚胎發(fā)育的一周之后開(kāi)始出現，最初的PG細胞大約有40個(gè)。正是這個(gè)微小的細胞團，而后一步步形成了母鼠體內成千上萬(wàn)的卵細胞，以及公鼠體內每天產(chǎn)生的以百萬(wàn)計的精子。齊藤通紀想要弄清楚，究竟是何種信號分子在指引并控制著(zhù)這個(gè)過(guò)程。

　　過(guò)去數十年中，他發(fā)現了幾種基因—包括Stella、Blimp1和Prdm14—它們的特定組合，以及特定的表達時(shí)間，在PG細胞的發(fā)育中起到了關(guān)鍵的作用。利用這些基因作為標記，他得以挑選出PG細胞，并且研究它們身上的變化。

　　2009年，齊藤在神戶(hù)的理化學(xué)研究所（RIKEN Center for Developmental Biology）的實(shí)驗室發(fā)現，當培養條件適宜的時(shí)候，只要在培養液中加入骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4（Bmp4），并精確地控制加入時(shí)間，就能將小鼠胚胎細胞轉化為PG細胞。Bmp4濃度足夠時(shí)，轉化率幾乎達到了100%。這個(gè)結果來(lái)得如此順利，以至于他自己也不敢相信。

　　齊藤這種謹慎觀(guān)察的實(shí)驗風(fēng)格，和同領(lǐng)域的其他科學(xué)家不太一樣。通常的研究方法，是用多種信號分子，不分青紅皂白地去“轟擊”干細胞，然后根據需要挑選出合適的分化類(lèi)型。如此，雖然能夠得到目標細胞，卻沒(méi)有人知道它們形成的確切機理，以及與非人造的有什么區別。齊藤所做的工作，就是排除多余的東西，弄清楚原始生殖細胞到底是哪種信號分子的作用，同時(shí)找到合適的作用時(shí)間。

　　直到2009年，齊藤的實(shí)驗起點(diǎn)還是從小鼠胚胎提取的外胚層細胞，也就是胚胎發(fā)育第一周末期，出現在胚胎一端的杯狀細胞團，恰好在PG細胞出現之前。為了對這個(gè)過(guò)程有個(gè)更清晰的了解，齊藤想培養一個(gè)能穩定產(chǎn)生PG細胞的細胞系。

用干細胞培養生殖細胞

　　這個(gè)計劃交給了當年剛剛從劍橋大學(xué)回到日本的林克彥。巧的是，林在劍橋的博士后訓練，和齊藤在同一個(gè)實(shí)驗室完成。他們共同的導師蘇拉尼（Azim Surani）對二位評價(jià)都很高，說(shuō)他們倆“無(wú)論是性格，還是解決問(wèn)題的風(fēng)格和方式，都非?；パa”。齊藤是“系統化的，對于設定及完成目標非常篤定”，而林“更依賴(lài)直覺(jué)，看問(wèn)題的角度也更為廣闊”?！八麄儍蓚€(gè)組建的團隊非常有力，”蘇拉尼說(shuō)。

　　林加入齊藤在京都大學(xué)的小組之后，很快就發(fā)現了這里跟劍橋的不同。在這里，人們很少對實(shí)驗計劃做理論上的考量，幾乎是想到什么點(diǎn)子，就立刻著(zhù)手做實(shí)驗?！坝袝r(shí)候這很沒(méi)效率，但也有可能帶來(lái)巨大的成功?！?/span>

　　林直接培養PG細胞的嘗試沒(méi)有成功，幸而他很快轉變了方向。他在查閱文獻中發(fā)現，在一種關(guān)鍵調節分子和生長(cháng)因子的作用下，胚胎干細胞能夠在體外轉化為外胚層細胞的同源細胞。胚胎干細胞已經(jīng)能夠在體外大量培養，這啟發(fā)了林：可以從胚胎干細胞出發(fā)，先分化為外胚層細胞，再用齊藤的方法培育為PG細胞。

　　這次他成功了。為了表明這些PG細胞的有效性，林得證實(shí)，它們確實(shí)能夠分化為可育的精子或卵細胞。這一過(guò)程的原理非常復雜而未知，林決定讓動(dòng)物體來(lái)完成這件事情，于是他將PG細胞注入了不育公鼠的睪丸。齊藤認為他們大概有一半的勝算，終于在第三或者第四只公鼠身上，精液產(chǎn)生了。他們提取精液注射入卵細胞中，再把受精卵植入代孕母鼠體內。第一批“人造”小鼠隨后誕生，有雌鼠和雄鼠，健康且可育。

　　他們繼而用誘導性多功能干細胞（iPS細胞）重復了這個(gè)實(shí)驗。iPS細胞由京都大學(xué)的山中伸彌2006年首先研制成功，是成熟細胞逆分化為類(lèi)胚胎細胞的狀態(tài)，山中也因此獲得了2012年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎。實(shí)驗進(jìn)行得很順利，這意味著(zhù)，以iPS細胞為中間體，成熟的體細胞也能最終轉變?yōu)镻G細胞。

　　2011年，齊藤小組先用小鼠iPS細胞制成了可育的精子。卵細胞的制造要復雜一些，去年，林用正常小鼠的體細胞培育了一些PG細胞，先在體外和白化小鼠的卵巢體細胞一同培養，再植入其卵巢中發(fā)育成熟。這些寶貴的卵細胞經(jīng)過(guò)體外受精誕下了幼鼠，當林看到它們的黑眼珠滴溜溜地在半透明的眼皮下轉動(dòng)時(shí)，他知道自己又一次成功了。

　　這在干細胞分化領(lǐng)域是鮮有的成就：科學(xué)家們常常爭論的一個(gè)問(wèn)題就是，他們用干細胞造出的各種細胞，到底能不能真正起作用。加州大學(xué)洛杉磯分校的生殖學(xué)專(zhuān)家克拉克（Amander Clark）說(shuō)，“這是多功能干細胞研究中，僅有的幾個(gè)分化出具有明確功能細胞的案例之一?！?/span>

巨大的科研價(jià)值

　　除了京都大學(xué)的研究組之外，也有其他研究人員在嘗試人工制造PG細胞，但他們并不是用于培育小鼠。人工PG細胞對實(shí)驗胚胎學(xué)的科研具有重要的意義：研究DNA的甲基化。

作為表觀(guān)遺傳的重要證據，DNA甲基化在很多時(shí)候能告訴你，這個(gè)生命體究竟經(jīng)歷過(guò)什么，比如在子宮中的化學(xué)物質(zhì)暴露，甚至童年的饑荒或者心理陰影。與經(jīng)典的孟德?tīng)栠z傳法則不同，表觀(guān)遺傳是指在不改變DNA序列的前提下，由某些機制引起的可遺傳的基因表達，或者細胞表現型的變化。

表觀(guān)遺傳的標記在胚胎發(fā)育過(guò)程中，能夠指導細胞朝不同方向發(fā)展，然而PG細胞卻很特殊，當它們發(fā)育為精子和卵細胞的時(shí)候，甲基化的標記被抹掉了。正是由于這一點(diǎn)，PG細胞才能夠在日后形成全能的受精卵。

　　表觀(guān)遺傳中的微小差錯，都有可能造成不育，或者諸如睪丸癌之類(lèi)的功能紊亂。蘇拉尼的研究小組，已經(jīng)在利用人工PG細胞，研究幾種酶在表觀(guān)遺傳調控中的作用，希望能破解表觀(guān)遺傳與此類(lèi)疾病的相互作用。

　　有一點(diǎn)是確定的：人工培育的PG細胞為科研工作者們提供了充足的實(shí)驗資源，這是前所未有的。最起碼，他們不必再解剖胚胎獲得那40個(gè)寶貴的PG細胞了。

遙遙無(wú)期的臨床應用

　　盡管PG細胞發(fā)育成的小鼠看上去是健康可育的，但PG細胞本身看上去卻不完全正常，第二代的PG細胞常常會(huì )產(chǎn)生易碎、變形或者異位的卵細胞。受精之后，有的卵細胞會(huì )形成含有三套染色體的受精卵，而通常情況下哺乳動(dòng)物都應該是二倍體。另外，人工PG細胞的體外受精成功率只有通常情況的1/3。哈佛大學(xué)醫學(xué)院教授張毅也發(fā)現，人工PG細胞不能夠抹去表觀(guān)遺傳的標記。

在通往臨床應用的道路上，首當其沖的技術(shù)問(wèn)題在于，如何在體外制造成熟的精子和卵細胞，而不用把人工PG細胞植入睪丸和卵巢內。林正在試圖解碼這個(gè)過(guò)程中起作用的信號分子，一旦成功，就能夠利用它們去誘導PG細胞的體外分化。

　　更為困難的挑戰是如何將小鼠實(shí)驗應用于人類(lèi)。京都大學(xué)的研究小組已經(jīng)開(kāi)始用對付小鼠細胞的方法來(lái)處理人體iPS細胞，但林和齊藤都明白，人類(lèi)的信號分子系統和小鼠是完全不同的。并且，用于實(shí)驗的小鼠胚胎細胞相對容易獲取，人類(lèi)胚胎細胞卻不能通過(guò)解剖的辦法獲得。

他們因此退而求其次，從猴子入手。不久前獲批的1200萬(wàn)美元研究經(jīng)費中，就有一大部分用于每周20個(gè)猴子胚胎的供應。林說(shuō)，如果一切順利的話(huà)，他們能夠在5-10年內在猴子身上重復小鼠實(shí)驗，之后經(jīng)過(guò)一些調整，有望應用于人類(lèi)。

　　然而，利用PG細胞進(jìn)行不育治療仍然是個(gè)很大膽的做法，包括齊藤在內的很多科學(xué)家，都呼吁人們謹慎。iPS細胞和胚胎干細胞都很容易在培養過(guò)程中，發(fā)生染色體異常、基因突變和表觀(guān)遺傳紊亂，微小的錯誤逐漸累積，可能會(huì )在幾代之后才表現出異常。

　　若能證明這項技術(shù)對猴子是安全的，則有可能打消人們的顧慮。但是，究竟要生出多少健康的猴子，才能證明其安全性，又應該觀(guān)察多少世代呢？

　　理想的前景大概是這樣：一種新的、非破壞性的影像技術(shù)能夠讓醫生準確地挑出好的胚胎，那些看上去正常的，才能被植入人體，發(fā)育成胎兒。研究經(jīng)費也許會(huì )來(lái)自私人資金，或者對胚胎研究限制更少的國家。

　　一些更加不可思議的繁殖方式都可能由此出現。比如，理論上來(lái)說(shuō)，男性的皮膚細胞也能夠用來(lái)制造卵細胞，從而與精子結合，然后在代孕媽媽體內發(fā)育成胎兒。有些人懷疑其可能性——辛克斯頓團（the Hinxton Group），一個(gè)討論干細胞倫理的國際科學(xué)家的協(xié)會(huì )就表示，從男性的XY體細胞中產(chǎn)生卵細胞，以及從女性的XX體細胞中產(chǎn)生精子，都是不可能的。

　　齊藤制造的精子來(lái)自雄鼠，卵細胞來(lái)自雌鼠，但是他認為反過(guò)來(lái)也沒(méi)有問(wèn)題。PG細胞沒(méi)有性別之分，分化為精子還是卵細胞，由培養環(huán)境決定。如果是這樣的話(huà)，同一只小鼠產(chǎn)生的精子和卵細胞也能產(chǎn)生受精卵，產(chǎn)生自體繁殖的小鼠。這是從未有過(guò)的生物，但林和齊藤都不打算嘗試，“只有存在一個(gè)好的科研理由時(shí)，我們才有可能考慮?！蹦壳?，他們還沒(méi)有看到這方面的必要。

　　林和齊藤都已經(jīng)感受到了來(lái)自不育患者和日本財團的壓力。這種技術(shù)，對于體外受精無(wú)效的不育婦女，以及因患病而無(wú)法產(chǎn)生精子或卵細胞的人，也許是最后一線(xiàn)希望。林無(wú)奈地警告了給他寫(xiě)信的人們，可行的不育治療手段在10年甚至50年之后才能成熟?！拔矣X(jué)得這是很遙遠的事，我不想給人們無(wú)謂的念想?！?/span>