Nat Commun：沒有卵子受精，精子也能產後代

生物探索

編者按

精子在不受精的情況下也能產後代？如今科學家得出了肯定的回答，他們利用非卵細胞成功創造了胚胎，並且能生育後代。

這意味著，也許有一天我們可以利用其它類型的細胞來創建胚胎，例如體細胞、皮膚細胞等。

該研究也顛覆了傳統的哺乳動物生育觀。

當精子與卵子受精時，會發生許多染色體和DNA的改變事件，這種改變也被稱為重編程。

幾個世紀以來，科學家們認為只有卵子能影響精子的重編程過程。

然而，近日發表在《Nature Communications》雜誌上的新研究首次利用非卵細胞成功創造了胚胎，且這種胚胎能生育出健康的且具有生育力的後代。

1精子在不受精的情況下也能產後代

研究人員以孤雌胚胎作為研究起點——在缺少雄性配子基因組的情況下直接激活有減數分裂Ⅱ期卵子能夠形成孤雌囊胚。

儘管未受精，發生減數分裂的卵母細胞可通過化學誘導而進行正常的細胞分裂。

在化學誘導13小時後（在該時間段，細胞進行DNA複製以及為第一次細胞分裂做準備），研究人員利用卵胞漿內單精子注射技術（ICSI）將精子注射到卵母細胞中，它們均包含一個單倍體基因組，隨著細胞周期的發展，胚胎分裂成兩個細胞。

染色體在這兩個細胞之間有多種可能的分配方式。

研究人員選取了一個兩細胞的胚胎，在這個胚胎中，其中一個細胞的染色體有一半來自卵母細胞一半來自精子，這也是最具有生存機會的細胞。

隨後研究人員摧毀了該胚胎中的另外一個細胞，通過這種方式創建的胚胎被稱為「phICSI」。

此外，研究人員在減數分裂中期II時通過ICSI將精子注射到卵母細胞中，這也是受精時通常發生的過程，以此創建的胚胎作為對照組，並稱為ICSI胚胎。

在兩細胞時期，研究人員摧毀每個ICSI胚胎中的一個細胞。

接下來，研究人員將phICSI和ICSI胚胎植入到假孕雌鼠體內。

結果發現，phICSI胚胎組能存活的有10.4%，而ICSI胚胎組中有43.4%的存活率。

研究人員還在化學誘導7小時和10小時後將精子注射到卵母細胞中，但發現生成的胚胎存活率要小得多。

2首次表明，通過不同的表觀遺傳學途徑來獲得後代

除了觀察生存能力，研究人員還研究了 phICSI 胚胎組和ICSI胚胎組中染色質的重組方式。

精子重編程的步驟之一是將精子DNA中纏繞著的卵子組蛋白替換成精蛋白。

研究人員發現，phICSI 胚胎組能正常進行組蛋白和精蛋白的交換，但重組還涉及到了其他的表觀遺傳學變化，且這種變化在 ICSI 胚胎組和 phICSI胚胎組中有差異。

例如， phICSI胚胎組中母體染色質中的H3K9二甲基化水平較低。

巴斯大學的生物學家Anthony Perry是該研究的引領者，他說，「能生育後代的phICSI胚胎，幾乎都是與ICSI胚胎組存在這些表觀遺傳學差異的胚胎，因此我認為這是非常重要的，因為它表明可以通過不同的表觀遺傳學途徑來獲得後代。

」

美國密西根Van Andel 研究所發育編程研究員Piroska Szabó對該研究評論道，「能培養正常且具有生殖能力的小鼠，這是非常驚人的，因為在這些案例中發生了很多的表觀遺傳學事件。

」

3顛覆傳統觀點

加拿大麥吉爾大學發育生物學家Hugh Clarke對該研究評論道，「研究人員表明，已經開始胚胎髮育並進行分裂的卵母細胞仍能「改變」精子DNA，這種能力不僅限於受精時的卵子。

」該研究質疑了孤雌囊胚不能長期發育的觀點。

Clarke 寫道，「在該研究中，研究人員在孤雌胚胎中加入了父系基因組，使之具備了長期發育的能力，因此哺乳動物胚胎必須由精子和卵子受精而形成的觀點被顛覆了。

」

Clarke指出，在減數分裂中期II（ICSI胚胎組的注射精子時間）和第一次細胞分裂中期（phICSI胚胎組的精子注射時間），核膜破裂，核中的蛋白質如組蛋白溢出並被細胞利用，這些蛋白質對精子的重組是有必要的。

他說，「精子在減數分裂中期使用這些蛋白，這屬於正常的使用時間，但它還在有絲分裂中期使用這些蛋白，這也是這項研究的創新之處。

」

Perry說，「這是首次通過向胚胎注射精子實現了足月發育。

也許有一天我們可以利用其它類型的細胞來創建胚胎，例如體細胞、皮膚細胞等。

」對於未來，研究人員打算進一步調查精子重編程的機制，並確定其在卵母細胞和孤雌胚胎進行有絲分裂時是否會有差異。

參考資料：