10月11日發(fā)表在《Cell Stem Cell》上的一篇論文顯示，中國(guó)北京中科院動(dòng)物研究所研究人員突破了哺乳動(dòng)物同性生殖障礙，利用兩只雌鼠DNA成功培育出了健康幼鼠，其中一些幼鼠已經(jīng)成年并有了自己的后代。另外，研究人員在世界范圍內(nèi)首次獲得了具有兩個(gè)父系基因組的孤雄小鼠，實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物的孤雄生殖。研究表明在技術(shù)上，同性生殖的生物障礙是可以克服的。

基因印記

大自然中，不少爬行類、兩棲類雌性動(dòng)物可以在不交配的前提下依靠自己就能生育下后代，例如一些蜥蜴、青蛙，甚至魚(yú)在沒(méi)有雄性的情況下也能生育后代，這稱為“孤雌生殖”，另外還有極其罕見(jiàn)的“孤雄生殖”，迄今為止科學(xué)家們只在一種斑馬魚(yú)中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。然而對(duì)于哺乳動(dòng)物，這兩種生殖方式都不存在，哺乳動(dòng)物需要異性成員共同來(lái)創(chuàng)造下一代。

“這里面有一個(gè)障礙，就是基因印記”，劍橋大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Azim Surani表示。基因印記是一種在哺乳動(dòng)物（以及開(kāi)花植物）中發(fā)現(xiàn)的一種進(jìn)化特征，是一種附著在DNA上負(fù)責(zé)關(guān)閉基因表達(dá)的化學(xué)標(biāo)簽，通常發(fā)生在精子和卵子的發(fā)育過(guò)程中，研究人員認(rèn)為它可以阻止這些物種在缺乏母親（母本）或父親（父本）DNA 的情況下產(chǎn)生后代。

目前發(fā)現(xiàn)了大約100 個(gè)基因?qū)儆诨蚪M中的“印記”基因，這些基因的兩份拷貝中只有一個(gè)是激活的，而另一個(gè)是沉默的，即只表達(dá)父源或者母源的等位基因。例如編碼胰島素的生長(zhǎng)因子 2（IGF2 / Igf2）基因，只有來(lái)自父親的IGF2基因能夠表達(dá)，而來(lái)源于母親的IGF2基因雖然序列無(wú)異，但是卻處于關(guān)閉狀態(tài)。

另外，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在胚胎中結(jié)合兩個(gè)相同的標(biāo)記基因時(shí)，即只擁有這個(gè)基因的母源拷貝或父源拷貝，那么就會(huì)出現(xiàn)胚胎生長(zhǎng)發(fā)育障礙，甚至是胚胎死亡。這意味著，只有同時(shí)攜帶父母雙方的染色體才能實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，后代才能正常發(fā)育，這正是同性來(lái)源的胚胎無(wú)法正常發(fā)育的關(guān)鍵。

刪除標(biāo)簽

為了克服這一障礙，北京中科院發(fā)育生物學(xué)家周琪及其團(tuán)隊(duì)使用了實(shí)驗(yàn)室培育的單倍體胚胎干細(xì)胞，這些細(xì)胞由精子或卵細(xì)胞培養(yǎng)而得，染色體數(shù)量只有體細(xì)胞的一半——與生殖細(xì)胞不同的是，它不包含任何使基因沉默的基因組印記，因此那些在通常情況下促使某些基因關(guān)閉的 DNA 標(biāo)記已被去除。

研究人員使用CRISPR-Cas9“分子剪刀”來(lái)將這些基因區(qū)域分批刪除以尋找在不中止健康胚胎生產(chǎn)的情況下可被移除的基因組。對(duì)于雌性小鼠，研究人員刪除了三個(gè)基因區(qū)域，并將改變后的干細(xì)胞與另一只雌性小鼠未改變的未成熟卵子結(jié)合起來(lái)，插入代孕鼠中進(jìn)行發(fā)育。而對(duì)于雄性小鼠，事實(shí)證明要難一些，必須剪掉七個(gè)區(qū)域。研究小組將精子和單倍體胚胎干細(xì)胞輸注到一個(gè)沒(méi)有細(xì)胞核的未成熟卵細(xì)胞中。起初，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果將這個(gè)改良的卵子插入子宮，它并不會(huì)生長(zhǎng)，因此他們不得不在將發(fā)育中的幼仔插入代孕鼠體內(nèi)之前，先在子宮外培育幼仔的生長(zhǎng)。這種困難在一定程度上是預(yù)料之中的，論文第一作者指出，雄性在沒(méi)有雌性參與的情況下生產(chǎn)在自然界是極其罕見(jiàn)的?！霸陂_(kāi)始這項(xiàng)工作之前，我們甚至不知道父系繁殖是否可以被跨越?！?/p>

最終科學(xué)家們成功地從中兩只雌性小鼠210 個(gè)胚胎中培育出29只健康幼鼠，其中7只后來(lái)有了自己的幼仔；從兩只雄性小鼠477 個(gè)胚胎中培育出12只幼鼠，但這些幼鼠很快出現(xiàn)呼吸困難、組織積液等問(wèn)題，最終僅存活了2天。不過(guò)這是人類首次獲得具有兩個(gè)父系基因組的孤雄小鼠，證實(shí)了即便在最高等的哺乳動(dòng)物中，孤雄生殖也有可能實(shí)現(xiàn)。

周琪表示，研究結(jié)果揭示出了一些阻止哺乳動(dòng)物同性繁殖的最重要的基因區(qū)域，通時(shí)提供了“在同性哺乳動(dòng)物之間繁衍后代的一種全新而清晰的方式”。

高風(fēng)險(xiǎn)、道德問(wèn)號(hào)

這已經(jīng)不是人類第一次讓兩只雌性小鼠產(chǎn)下后代了，2004年，日本研究人員宣布使用類似基因編輯的技術(shù)首次從雙雌鼠中得到了后代?！安贿^(guò)他們走的更遠(yuǎn)，”夏威夷大學(xué)Monika Ward談到這項(xiàng)新研究時(shí)表示，他們不僅試圖改進(jìn)這種方法，使用了單倍體胚胎干細(xì)胞，并將其用到了雄性小鼠身上，而且他們還試圖分辨去除各種印記區(qū)域的影響。

總的來(lái)說(shuō)，審閱論文的研究人員稱贊了這項(xiàng)工作的嚴(yán)謹(jǐn)性?！拔覠o(wú)法想象讓他們做更多的事情，” Behringer 表示，不過(guò)目前尚不清楚這種方法在未來(lái)將如何使用，以及它對(duì)人類可能意味著什么，許多科學(xué)家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)能否應(yīng)用于人類持懷疑態(tài)度。

以色列魏茨曼科學(xué)研究所分子遺傳學(xué)家Jacob Hanna表示:“即使不是全部，但他們培育出來(lái)的大多數(shù)胚胎仍然是異常的，無(wú)法存活。”研究中同雌性的胚胎成功率僅為14%，同雄性的則僅為2.5%?！拔艺J(rèn)為這幾乎不可能被允許用于臨床”。

馬里蘭州巴爾的摩市卡內(nèi)基科學(xué)研究所生殖生物學(xué)家Allan Spradling表示，目前還沒(méi)有任何指標(biāo)、證據(jù)能表明這些小鼠的正常程度，比如它們對(duì)疾病的易感程度如何等。 “我不認(rèn)為人們會(huì)覺(jué)得基因上有兩個(gè)母親或兩個(gè)父親是正常的，我們對(duì)此還不太了解，如果走得太遠(yuǎn)可能太冒險(xiǎn)了?！?/p>

“進(jìn)行基因靶向，有可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的副作用。你可能會(huì)改變其他你不想改變的序列，并且基因組中的這些變化是代代相傳的?！?Surani表示，盡管來(lái)自兩只雌鼠的幼崽大部分生長(zhǎng)正常，并且也有了自己的幼仔，但它們未來(lái)可能仍會(huì)遇到一些還未被發(fā)現(xiàn)的生長(zhǎng)發(fā)育問(wèn)題，并且目前也還不清楚為什么雄性的幼崽死得這么快。另外，研究也說(shuō)明雄性的基因需要大量的操作才能使胚胎充分發(fā)育。

參考文獻(xiàn)

《Same-sex mouse parents give birth via gene editing》

《Healthy mice from same-sex parents have their own pups》