當地時間3月8日,在英國倫敦召開的第三屆人類基因組編輯國際峰會上,來自日本的科學家表示,他們首次利用雄性老鼠的細胞培育出有活力的卵子,使兩只雄性老鼠“產”下后代。
是的,你沒有看錯,兩只雄性老鼠。
生育和繁殖這個話題一直為人們所熱議。為了改變“男人三分鐘播種,女人十個月懷胎”的不公平傳統,科學家們可謂不遺余力,用人造子宮、孤雌生殖等技術,在生殖領域創造了無限可能。再加上最近研究的孤雄生殖,很多人就開始猜測:人類隨心所“育”應該不是夢了吧?
01
人造子宮
首先是人造子宮。試想如果把受精卵放在一個類似電飯鍋的設備里,經過十個月就可以收獲一個寶寶,免去母親懷孕的痛苦,是不是很多女性的夢想?
人造子宮就是通過模擬哺乳動物的子宮條件,在人造環境中培育受精卵,使之發育為正常生命體的技術。
2017年,美國費城兒童醫院成功讓8只早產的小羊在人造子宮中存活8周,是相關研究中時間最長的一次,對人類早產嬰兒的救治具有重要意義。
△美國費城兒童醫院研究團隊打造的人造子宮,讓早產小羊順利存活(圖片來源:AP)
2021年,《自然》雜志一篇文章稱,以色列的一家研究所,創建了一個人造機器子宮,并首次使用人造子宮培養了小鼠胚胎6天時間(達到小鼠整個妊娠期的三分之一),且胚胎在人造子宮培育過程中發育正常。
我們知道,人類試管嬰兒是在試管中培育受精卵后,將其放入人類母體子宮內,經過十個月孕育并生產的,而這次實驗直接將試管嬰兒技術培育的小鼠受精卵放入人造子宮,其實這是一個模仿了子宮胎盤環境的玻璃容器。
△以色列科學家開發的人造子宮系統,小鼠胚胎能在其中正常生長6天時間
遺憾的是,這項實驗中,胚胎只存活了大約一周,之后液體環境因為無法供應胚胎需求,而相繼死去。不過,這項實驗也將人造子宮的研究向前推進了一大步。人造子宮技術一旦成熟,就能夠從一個受精卵細胞開始培育,在人工環境中長大、出生。從生物學上看,這為復活已經滅絕的生物帶來希望;從社會問題上看,人造子宮也許能夠解決很多發達國家少子化、生育率低的問題。
02
孤雌生殖
2022年,科學家在哺乳動物身上實現了孤雌生殖。就像《西游記》里女兒國的人喝子母河里的水就可以懷孕一樣神奇,這一研究的成功一度讓男性的地位岌岌可危。
△82版電視劇《西游記》畫面
實際上,科學家們一直都在嘗試利用孤雌生殖繁育的方法來培育哺乳動物后代。早在2004年,東京農業大學的研究人員,就把兩只雌性小鼠卵細胞的細胞核結合起來,成功誕生了10只沒有父親的小鼠。
可惜的是,只有1只雌性小鼠活到了成年,就是大名鼎鼎的“輝夜姬”小鼠,它是首例孤雌生殖的哺乳動物,這篇文章當時發表在《自然》雜志上,轟動一時。不過,10只小鼠中僅有1只發育到成年,無論成功繁育率還是生長發育方面都還有很大改善空間。
中科院動物所的研究團隊也分別于2015年和2018年,在頂級期刊上發表了他們的研究,他們把兩只雌性小鼠中一只的卵子轉換成具備精子的功能,然后使完成轉換的卵母細胞與另一只雌鼠的卵細胞結合,來誘導由雙卵子形成的胚胎發育成熟。這項研究一共做了210個胚胎,有29只小鼠出生,它們在發育行為代謝方面與正常繁殖的小鼠幾乎無異,其中7只小鼠可以正常繁育。
2022年,上海交通大學的魏延昌團隊有了進一步的改進,他們直接在一只小鼠的卵子內實施基因編輯,找到父系印記的基因,改變相關控制區域的甲基化狀況,使卵細胞進入類似受精后的狀態。再經過多次重復實驗,把編輯后的卵細胞放到適宜的雌性小鼠子宮后,最終成功制造出了孤雌生殖的小鼠,而且該小鼠能夠生長到成年并正常生育,這項研究發表在 PNAS 雜志。
這個研究只用了一只母鼠的卵細胞,雖然目前成功率還不高,但相較之前的研究有了較大的改進。
我們知道,在自然界中,一些昆蟲、魚類、爬行類動物都能夠進行孤雌生殖,卵子不用受精就能夠生育正常的個體。但就算在繽紛萬千的自然界,孤雄生殖也極為罕見。如果說孤雌生殖是人類的勇于嘗試,那孤雄生殖就簡直是異想天開了。
但陳規就是用來被打破的。
03
孤雄生殖
還是中科院動物所的研究團隊,他們在2018年時,曾利用干細胞和基因編輯技術,得到世界上首只雙父親來源的小鼠,論文刊登在本周《細胞-干細胞》(Cell Stem Cell)上,首次實現了哺乳動物的孤雄生殖。
研究團隊是在攻克雙母親小鼠的誕生后,開始嘗試攻克雄性間的同性生殖。同樣是用去除單倍體胚胎干細胞中基因組印記的方式,但盡管經過了復雜的多輪改造和精確修飾,對比雙母親來源的小鼠成功繁衍了健康的后代,雙父親來源的小鼠卻在出生后不久就去世了,12只中只有2只存活超過48小時。雖然成功率極低,但還是讓研究孤雄生殖的科學家們看到了希望。
今年3月8日,第三屆人類基因組編輯國際峰會上,日本九州大學的林克彥(Katsuhiko Hayashi)教授團隊介紹的研究,與之前研究的區別在于是對染色體的改造。他們通過將雄性老鼠體細胞轉化成類似干細胞的狀態,然后將一個細胞內的Y染色體剔除,再加入一條X染色體,并把兩條X染色體“粘”在一起,從而使干細胞轉變為卵細胞。經過受精后,放入代孕老鼠體內,最終產下健康的小鼠幼仔。
雖然研究成果還沒正式發表,但林克彥介紹,這些小老鼠看起來很健康,會有一個正常的壽命,并在成年后得以繼續生育后代,可以說是個比較成功的結果。
很多媒體對該研究解讀為,“男性生娃不是夢”。但其實兩只雄性小鼠是不能完成整個生育過程的,需要有雌性小鼠代孕,而且科學家們的研究動機主要還是希望用于不孕不育癥、同性戀等。再加上,目前研究仍處于早期階段,在動物身上實驗的成果成功率和可復制性都較低,如果想安全地用于人類,還需要時間讓技術更加成熟。
不過,隨著人類技術的不斷突破,從人造子宮,到克隆技術,再到孤雌生殖/孤雄生殖,未來,繁殖對于人類等高等哺乳動物來說,或許可以不再局限于一男一女,或許有一天真的可以隨心所“育”。
參考資料:
[1] EA Partridge, MG Davey, MA Hornick, et al. An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb. (2017) Nat Commun. 8:15112
[2] Kono, T., Obata, Y., Wu, Q. et al. Birth of parthenogenetic mice that can develop to adulthood. Nature 428, 860–864 (2004). https://doi.org/10.1038/nature02402
[3] https://www.theguardian.com/science/2023/mar/08/scientists-create-mice-with-two-fathers-after-making-eggs-from-male-cells
[4] Alejandro Aguilera-Castrejon, Bernardo Oldak, Tom Shani, et al. Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis. (2021) Nature. 119–124.
[5] Yanchang Wei, Cai-Rong Yang, Zhen-Ao Zhao. Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes.(2022)PANS. 119 (12) e2115248119. doi.org/10.1073/pnas.2115248119
[6] Li ZK, Wang LY, Wang LB, et al. Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. (2018) Cell Stem Cell .23(5):665-676.e4. doi: 10.1016/j.stem.2018.09.004