重大突破!科学家用恒河猴的胚胎干细胞在体外分化出功能性精子细胞

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近日,有报道称,20世纪70年代男性平均每毫升精液有9900万个精子,到了2011年,这一数量降至4700万个,降幅高达53%。美国西奈山伊坎医学院环境医学和公共卫生学教授Shanna Swan因此预测,照这一趋势持续下去,到2045年时,男性或将“绝精”。

这一说法是否耸人听闻我们还无法下结论,但男性不育症已成为一个全球性的健康问题。全世界至少15%的夫妇受到不孕不育的困扰,其中一半是男性。男性不育的原因包括遗传缺陷、环境毒剂、损伤或治疗后遗症,如碱化化疗。目前还没有治疗不育症的方法。

近日,发表在《Fertility and Sterility Science》上的一项研究中,来自美国佐治亚大学领导的研究团队首次利用非人灵长类动物的胚胎干细胞在体外分化出功能性精子细胞。该研究是生殖和发育生物学领域的重大突破,有望在男性无法生成活精子的情况下治疗不育症。

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在此前的研究中,该研究团队、华东师范大学团队等已经证明利用小鼠干细胞分化出高级生精细胞的能力,但啮齿类动物精子的生成过程与人类截然不同。在这项工作开始之前,研究人员还不清楚这项技术能否应用于人类。

由于恒河猴与人类具有相似的生殖机制,而且它们的精子发生在动力学上也与人类更类似,这使其成为探索基于干细胞技术的男性不育疗法的理想和必要模型。

在这项新研究中,研究人员通过恒河猴实验首次表明功能性单倍体精子可以完全在体外从非人灵长类多能干细胞分化出来。这一结果代表了在体外生成雄性生殖细胞的重要一步。

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恒河猴睾丸圆形精子细胞活检(左)和体外衍生的圆形精子样细胞(右)


然而,研究人员表示仍存在一些问题。他们注意到精原干细胞介导的生殖细胞分化不会使TET3基因(通常在成熟精子中表达)表达提升到在恒河猴精子中观察到的水平。也就是说,生成的精子样细胞,就像灵长类动物体内的圆形精子一样,是不成熟的。因此,不能自行激活成熟的卵母细胞。

为了克服受精这一障碍,研究人员发现,加入激活因子和纯化的TET3蛋白可以提高生成健康胚胎的效率。

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总之,这项研究证明了非人灵长类多能干细胞可以分化成生精细胞系,包括可以使非人灵长类卵母细胞受精并发育到囊胚阶段的精子样细胞,该研究还强调了一些减数分裂机制参与了在体外生成单倍体圆形精子细胞样细胞。

研究人员表示,可以通过深入了解男性不育症患者精子发生停止的原因,来帮助弥合生殖和发育生物学领域的问题。

该研究负责人、佐治亚大学公共卫生学院首席研究员Charles Easley教授说:“这项研究是表明干细胞技术具有可转化性的重要一步。我们正在使用一种与我们更近的物种进行研究,并且在创造健康胚胎方面我们已取得了成功。”

今年秋天,研究人员计划进行下一个关键步骤,将这些胚胎植入代孕恒河猴体内,以检查这些体外生成的精子细胞是否能产生健康胚胎。

如果这一步成功,研究团队将使用源自恒河猴皮肤细胞的精子样细胞复制这一过程。

论文链接:

https://www.fertstertscience.org/action/showPdf?pii=S2666-335X%2821%2900066-5


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