科技日報記者 張夢然

一項(xiàng)由美國哈佛大學(xué)Wyss研究所與哈佛醫(yī)學(xué)院聯(lián)合開展的突破性研究，首次在體外引導(dǎo)人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）啟動減數(shù)分裂。減數(shù)分裂是形成健康卵子和精子的最關(guān)鍵生物學(xué)過程。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《科學(xué)進(jìn)展》，為理解人類生殖發(fā)育機(jī)制以及最終解決不孕癥問題帶來新希望。

全球超六分之一的成年人會經(jīng)歷不孕癥困擾。盡管輔助生殖技術(shù)如試管嬰兒已取得長足進(jìn)步，但許多病例的根本原因仍難以解決，尤其是源于生殖細(xì)胞發(fā)育早期階段的缺陷。其中，減數(shù)分裂的異常被認(rèn)為是重要源頭。

減數(shù)分裂是一種特殊的細(xì)胞分裂方式，這一過程極為精密，任何環(huán)節(jié)出錯都可能導(dǎo)致非整倍體胚胎，嚴(yán)重影響生育結(jié)果。然而，在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制這一復(fù)雜過程始終面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法通常嘗試先將干細(xì)胞誘導(dǎo)為“原始生殖細(xì)胞”（PGC）狀態(tài)，再促使其進(jìn)入減數(shù)分裂，但效率極低且難以持續(xù)進(jìn)展。

此次團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，完全繞過PGC階段，直接激活減數(shù)分裂程序。他們通過基因工程改造干細(xì)胞，使其一旦啟動減數(shù)分裂便發(fā)出熒光信號，便于實(shí)時監(jiān)測。隨后，他們又系統(tǒng)篩選了多種基因組合，并結(jié)合兩種小分子化合物，顯著提升了減數(shù)分裂的誘導(dǎo)效率。

經(jīng)過對超過64萬個細(xì)胞的高通量測試，團(tuán)隊(duì)鑒定出3個關(guān)鍵調(diào)控基因：BOLL、MEIOC和HOXB5。令人意外的是，HOXB5此前并未被明確關(guān)聯(lián)到減數(shù)分裂過程里，而此次發(fā)現(xiàn)揭示了其潛在的重要作用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在優(yōu)化條件下，細(xì)胞可在約12天內(nèi)完成減數(shù)分裂的前兩個階段——細(xì)線期和偶線期。到第15天，部分細(xì)胞進(jìn)入粗線期，實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)交換。這是人類細(xì)胞在體外首次被明確誘導(dǎo)進(jìn)入這一核心生殖過程。

研究還發(fā)現(xiàn)了一個引人注目的現(xiàn)象：當(dāng)培養(yǎng)溫度從常規(guī)的37℃降至34℃（接近睪丸生理溫度）時，無論是源自男性還是女性iPSC的細(xì)胞，進(jìn)入減數(shù)分裂的效率均顯著提高。這一結(jié)果挑戰(zhàn)了低溫僅有利于精子生成的傳統(tǒng)認(rèn)知，為未來構(gòu)建人工卵巢微環(huán)境提供了重要線索。

專家評論稱，該成果逐步揭開人類生命孕育中最神秘的篇章，是邁向“人工配子”技術(shù)的關(guān)鍵一步，有望徹底改變生殖醫(yī)學(xué)的格局。

總編輯圈點(diǎn)

科研人員開發(fā)了一套新方法，讓人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞跳過耗時漫長的中間階段，即原始生殖細(xì)胞階段，僅用15天直接在培養(yǎng)皿中啟動減數(shù)分裂，而這正是形成精子和卵子的關(guān)鍵過程。當(dāng)能在實(shí)驗(yàn)室觀察和控制神奇的減數(shù)分裂時，新的發(fā)現(xiàn)也隨之產(chǎn)生。科研人員找到了此前未與減數(shù)分裂產(chǎn)生明確關(guān)聯(lián)的調(diào)控基因，還發(fā)現(xiàn)了低溫環(huán)境同樣是卵子喜歡的溫度。新的成果可以幫助揭開生命初始階段的神秘面紗，未來還有助不孕不育家庭走出困境。