科學家首次體外培養人卵泡樣細胞，助力研究不孕症

新華社北京6月13日電（記者喻菲）清華大學的科學家在世界上首次實現人類胚胎幹細胞體外誘導為卵泡樣細胞，這一研究將有助於改進輔助生育技術，或為研究女性卵巢早衰等疾病提供直接測試基因突變的體外模型。

清華大學醫學院教授紀家葵課題組的這一研究成果6月12日在國際權威學術期刊《自然－通訊》在線發表。

紀家葵課題組的研究表明，在外源因子（GDF9與BMP15）與內源基因（DAZL和BOULE）共同作用下，人胚胎幹細胞能分化為人類卵泡樣細胞。這項研究為體外獲得人類生殖細胞打開了新的思路。

馬來西亞華裔科學家紀家葵解釋這項研究的初衷時說，與人的體細胞不同，只有生殖細胞能把父源和母源的基因染色體傳到下一代。在遺傳過程中，生殖細胞會進行獨有的減數分裂、基因重組。生殖細胞如何調控這所有過程？怎樣把上一代的基因傳給下一代，又製造出多元化的基因組？每一代基因重組後，既要維持一定的保守性，又要有一定的多元化，這樣的平衡是如何做到的？

「這是最奇妙，最吸引我做生殖發育研究的地方。」紀家葵說。然而要研究人的生殖細胞發育過程非常困難。

之前科學家主要通過小鼠之類的動物來研究生殖發育過程。但人的基因組與小鼠的有很大差別。儘管在知情同意的情況下，科學家在臨床上可以獲得一些人的生殖細胞樣本，但樣本量很小，經過分選後，一般只能獲得幾十個或幾百個有活性的細胞。然而分子實驗和細胞實驗需要的細胞量通常是百萬級或千萬級的，這使得相關研究受到很大限制。

「我們需要建立一個可供開展實驗的體外體系，深入了解生殖發育過程中的各種機制。因此，我們想到用人的胚胎幹細胞，誘導它進入減數分裂，進而發育成為成熟的生殖細胞，即精子或卵子。」紀家葵說。

人類卵泡樣細胞體外分化體系流程（受訪者提供）

紀家葵團隊曾於2009年在《自然》雜誌上發表文章，介紹了其成果：在世界上首次用人的胚胎幹細胞分化培育出原始生殖細胞以及類精子細胞。

雖然國際上也有其他科學家做過類似的實驗，但是都沒有使人生殖細胞分化到這樣成熟的階段。2015年英國科學家與以色列科學家合作，用人的幹細胞分化出原始生殖細胞。2016年日本科學家用小鼠的幹細胞分化出類卵細胞。

在體外成功培育出人的類精子細胞後，紀家葵團隊想了解人的卵巢、卵泡是否也能在體外培育。

「卵泡是由一個卵母細胞和周圍許多顆粒細胞所組成。在體外誘導分化時，能否也產生顆粒細胞？我們一開始擔心不能成功。」紀家葵說。

這其中，尋找到促進卵泡發育的生長因子非常關鍵。科學家發現，人體內每一個發育階段都有很多不同的生長因子發揮重要作用。在細胞培養中什麼階段添加哪些生長因子，添加的時間和濃度是多少，這些都需要一點點嘗試。

「我們比較幸運，試了四五種不同的生長因子，就找到了GDF9與BMP15生長因子的組合。」紀家葵的好運還包括他在一次香港的學術會議中，遇到了一位美國研究生殖發育的專家。他對紀家葵的研究很感興趣，並提供了他們實驗室生產的生長因子，比紀家葵團隊原先使用的效果更好，提高了實驗效率。

實驗人員在觀察顯微鏡下的胚胎幹細胞。記者喻菲 攝

經過一年多的嘗試，紀家葵團隊成功地在顯微鏡下，觀察到由胚胎幹細胞培養出的顆粒細胞從單層生長到多層，包裹著卵母樣細胞，就像許多士兵圍繞著皇后。

獲得了這些細胞，只完成了研究的三分之一。課題組又花了約三年時間用分子生物學、基因組學等很多指標驗證培養出的細胞到底是不是卵泡。

「我們使用了所有能使用的科學指標進行對比，這些體外培養出的細胞與體內細胞非常接近，但我們還只能稱其為卵泡樣細胞或類卵泡細胞。下一步，我們希望將實驗的效率提高一個數量級，獲得更多的卵泡樣細胞，還希望培養出更成熟的有腔卵泡，驗證它們是否具有卵子的功能。」紀家葵說。

幫助不孕不育的病人，是這個課題組的最終目標。「有些女性在35歲前就絕經了，不能生育後代，如何去幫助這些卵巢早衰的病人呢？我們或許能通過體外生殖細胞實驗，研究是否是某種基因突變造成了不孕，這樣就可以用醫學手段去幫助這些病人，有針對性地研發藥物。」紀家葵說。如果能在體外培養出成熟的精子、卵子，也能幫助那些完全不能產生精子或卵子的病人。

此外，紀家葵課題組還正在天舟一號貨運飛船上，開展微重力條件下人胚胎幹細胞分化為生殖細胞的實驗，研究太空環境對人類生殖的影響，探索人類在太空生育後代的可能性。

點擊以下鏈接：http://www.nature.com/articles/ncomms15680，查看《自然-通訊》在線發表的紀家葵團隊這項研究成果。

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