日本科學(xué)家用小鼠的皮膚細(xì)胞成功地培育出了能夠產(chǎn)生后代的精子和卵細(xì)胞,，這甚至意味著任何人都可以生孩子了。而如何安全而合乎道德地利用這種技術(shù),，也成了一個問題,。

從去年10月開始，京都大學(xué)的分子生物學(xué)家林克彥（Katsuhiko Hayashi）開始陸續(xù)收到來自世界各地的電子郵件,，大多數(shù)都是不育的中年夫婦,。其中一名來自英國、已經(jīng)絕經(jīng)的女士,，甚至要求前來拜訪京都大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室,，希望能夠懷孕。“這是我*的愿望”,，她這樣寫道,。

事情源于他發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文。林和他的同事們成功地用小鼠的皮膚細(xì)胞,，在體外培育了原始生殖細(xì)胞（primordial germ cells,，PG細(xì)胞）,，用于發(fā)育生物學(xué)相關(guān)的研究。為了證明人工培育的PG細(xì)胞和生物體自然形成的并無區(qū)別,，他將其培育成了卵細(xì)胞,，再經(jīng)體外受精育成小鼠。林說,，小鼠的出生只是個“副反應(yīng)”,。

然而“副反應(yīng)”卻也意味深長：利用不育婦女的皮膚細(xì)胞“制造”受精卵，或許將就此成為現(xiàn)實(shí),。同時,，由于男性的體細(xì)胞能夠制造卵細(xì)胞，女性的細(xì)胞也能制造精子,，同性戀產(chǎn)子也不再是虛妄之談——事實(shí)上,，林克彥收到的郵件中，就有來自同性戀雜志編輯的垂詢,。

突如其來的公眾反應(yīng)讓林克彥和他的上級教授齊藤通紀(jì)（Mitinori Saitou）措手不及,。事實(shí)上，他們已經(jīng)花了十多年的時間,，研究哺乳動物生殖細(xì)胞的產(chǎn)生過程,，并嘗試在體外進(jìn)行人工模擬。

意外的驚喜

“干細(xì)胞”這個詞,，你也許并不陌生,。它們是未經(jīng)分化的細(xì)胞，具有形成多種組織器官的潛在功能,，然而,，如何通過人工的方法讓它們變成生殖細(xì)胞，卻一直是個難題,。不同于一般體細(xì)胞,，每個生殖細(xì)胞內(nèi)只含有一套染色體。這也意味著,，生殖細(xì)胞是通過減數(shù)分裂形成的,，而不是通常的有絲分裂。

在小鼠體內(nèi),，生殖細(xì)胞在胚胎發(fā)育的一周之后開始出現(xiàn),，zui初的PG細(xì)胞大約有40個。正是這個微小的細(xì)胞團(tuán),，而后一步步形成了母鼠體內(nèi)成千上萬的卵細(xì)胞,，以及公鼠體內(nèi)每天產(chǎn)生的以百萬計(jì)的精子。齊藤通紀(jì)想要弄清楚,，究竟是何種信號分子在指引并控制著這個過程,。

過去數(shù)十年中,，他發(fā)現(xiàn)了幾種基因—包括Sla、Blimp1和Prdm14—它們的特定組合,，以及特定的表達(dá)時間,，在PG細(xì)胞的發(fā)育中起到了關(guān)鍵的作用。利用這些基因作為標(biāo)記,，他得以挑選出PG細(xì)胞，并且研究它們身上的變化,。

2009年,，齊藤在神戶的理化學(xué)研究所（RIKEN Center for Developmental Biology）的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)條件適宜的時候,，只要在培養(yǎng)液中加入骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4（Bmp4）,，并地控制加入時間，就能將小鼠胚胎細(xì)胞轉(zhuǎn)化為PG細(xì)胞,。Bmp4濃度足夠時,，轉(zhuǎn)化率幾乎達(dá)到了100%。這個結(jié)果來得如此順利,，以至于他自己也不敢相信,。

齊藤這種謹(jǐn)慎觀察的實(shí)驗(yàn)風(fēng)格，和同領(lǐng)域的其他科學(xué)家不太一樣,。通常的研究方法,，是用多種信號分子，不分青紅皂白地去“轟擊”干細(xì)胞,，然后根據(jù)需要挑選出合適的分化類型,。如此，雖然能夠得到目標(biāo)細(xì)胞,，卻沒有人知道它們形成的確切機(jī)理,，以及與非人造的有什么區(qū)別。齊藤所做的工作,，就是排除多余的東西,，弄清楚原始生殖細(xì)胞到底是哪種信號分子的作用，同時找到合適的作用時間,。

直到2009年,，齊藤的實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)還是從小鼠胚胎提取的外胚層細(xì)胞，也就是胚胎發(fā)育*周末期,，出現(xiàn)在胚胎一端的杯狀細(xì)胞團(tuán),，恰好在PG細(xì)胞出現(xiàn)之前。為了對這個過程有個更清晰的了解,，齊藤想培養(yǎng)一個能穩(wěn)定產(chǎn)生PG細(xì)胞的細(xì)胞系,。

用干細(xì)胞培養(yǎng)生殖細(xì)胞

這個計(jì)劃交給了當(dāng)年剛剛從劍橋大學(xué)回到日本的林克彥,。巧的是，林在劍橋的博士后訓(xùn)練,，和齊藤在同一個實(shí)驗(yàn)室完成,。他們共同的導(dǎo)師蘇拉尼（Azim Surani）對二位評價(jià)都很高，說他們倆“無論是性格,，還是解決問題的風(fēng)格和方式,，都非常互補(bǔ)”,。齊藤是“系統(tǒng)化的,，對于設(shè)定及完成目標(biāo)非常篤定”，而林“更依賴直覺,，看問題的角度也更為廣闊”,。“他們兩個組建的團(tuán)隊(duì)非常有力，”蘇拉尼說,。

林加入齊藤在京都大學(xué)的小組之后,，很快就發(fā)現(xiàn)了這里跟劍橋的不同。在這里,，人們很少對實(shí)驗(yàn)計(jì)劃做理論上的考量,，幾乎是想到什么點(diǎn)子，就立刻著手做實(shí)驗(yàn),。“有時候這很沒效率,，但也有可能帶來巨大的成功。”

林直接培養(yǎng)PG細(xì)胞的嘗試沒有成功,，幸而他很快轉(zhuǎn)變了方向,。他在查閱文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，在一種關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子和生長因子的作用下,，胚胎干細(xì)胞能夠在體外轉(zhuǎn)化為外胚層細(xì)胞的同源細(xì)胞,。胚胎干細(xì)胞已經(jīng)能夠在體外大量培養(yǎng)，這啟發(fā)了林：可以從胚胎干細(xì)胞出發(fā),，先分化為外胚層細(xì)胞,，再用齊藤的方法培育為PG細(xì)胞。

這次他成功了,。為了表明這些PG細(xì)胞的有效性,，林得證實(shí)，它們確實(shí)能夠分化為可育的精子或卵細(xì)胞,。這一過程的原理非常復(fù)雜而未知,，林決定讓動物體來完成這件事情，于是他將PG細(xì)胞注入了不育公鼠的睪丸。齊藤認(rèn)為他們大概有一半的勝算,，終于在第三或者第四只公鼠身上,，精液產(chǎn)生了。他們提取精液注射入卵細(xì)胞中,，再把受精卵植入代孕母鼠體內(nèi),。*批“人造”小鼠隨后誕生，有雌鼠和雄鼠,，健康且可育,。

他們繼而用誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）重復(fù)了這個實(shí)驗(yàn)。iPS細(xì)胞由京都大學(xué)的山中伸彌2006年首先研制成功,，是成熟細(xì)胞逆分化為類胚胎細(xì)胞的狀態(tài),，山中也因此獲得了2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得很順利,，這意味著，以iPS細(xì)胞為中間體,，成熟的體細(xì)胞也能zui終轉(zhuǎn)變?yōu)镻G細(xì)胞,。

2011年，齊藤小組先用小鼠iPS細(xì)胞制成了可育的精子,。卵細(xì)胞的制造要復(fù)雜一些,，去年，林用正常小鼠的體細(xì)胞培育了一些PG細(xì)胞,，先在體外和白化小鼠的卵巢體細(xì)胞一同培養(yǎng),，再植入其卵巢中發(fā)育成熟。這些寶貴的卵細(xì)胞經(jīng)過體外受精誕下了幼鼠,，當(dāng)林看到它們的黑眼珠滴溜溜地在半透明的眼皮下轉(zhuǎn)動時,，他知道自己又一次成功了。

這在干細(xì)胞分化領(lǐng)域是鮮有的成就：科學(xué)家們常常爭論的一個問題就是,，他們用干細(xì)胞造出的各種細(xì)胞,，到底能不能真正起作用。加州大學(xué)洛杉磯分校的生殖學(xué)專家克拉克（Amander Clark）說,，“這是多功能干細(xì)胞研究中,，僅有的幾個分化出具有明確功能細(xì)胞的案例之一。”

巨大的科研價(jià)值

除了京都大學(xué)的研究組之外,，也有其他研究人員在嘗試人工制造PG細(xì)胞,，但他們并不是用于培育小鼠。人工PG細(xì)胞對實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的科研具有重要的意義：研究DNA的甲基化,。

作為表觀遺傳的重要證據(jù),，DNA甲基化在很多時候能告訴你，這個生命體究竟經(jīng)歷過什么，比如在子宮中的化學(xué)物質(zhì)暴露,，甚至童年的饑荒或者心理陰影,。與經(jīng)典的孟德爾遺傳法則不同，表觀遺傳是指在不改變DNA序列的前提下,，由某些機(jī)制引起的可遺傳的基因表達(dá),，或者細(xì)胞表現(xiàn)型的變化。

表觀遺傳的標(biāo)記在胚胎發(fā)育過程中,，能夠指導(dǎo)細(xì)胞朝不同方向發(fā)展,，然而PG細(xì)胞卻很特殊，當(dāng)它們發(fā)育為精子和卵細(xì)胞的時候,，甲基化的標(biāo)記被抹掉了,。正是由于這一點(diǎn)，PG細(xì)胞才能夠在日后形成的受精卵,。

表觀遺傳中的微小差錯,，都有可能造成不育，或者諸如睪丸癌之類的功能紊亂,。蘇拉尼的研究小組,，已經(jīng)在利用人工PG細(xì)胞，研究幾種酶在表觀遺傳調(diào)控中的作用,，希望能找到表觀遺傳與此類疾病的相互作用,。

有一點(diǎn)是確定的：人工培育的PG細(xì)胞為科研工作者們提供了充足的實(shí)驗(yàn)資源，這是的,。zui起碼,，他們不必再解剖胚胎獲得那40個寶貴的PG細(xì)胞了。

遙遙無期的研究應(yīng)用

盡管PG細(xì)胞發(fā)育成的小鼠看上去是健康可育的,，但PG細(xì)胞本身看上去卻不*正常,，第二代的PG細(xì)胞常常會產(chǎn)生易碎、變形或者異位的卵細(xì)胞,。受精之后,，有的卵細(xì)胞會形成含有三套染色體的受精卵，而通常情況下哺乳動物都應(yīng)該是二倍體,。另外,，人工PG細(xì)胞的體外受精成功率只有通常情況的1/3。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授張毅也發(fā)現(xiàn),，人工PG細(xì)胞不能夠抹去表觀遺傳的標(biāo)記,。

在通往研究應(yīng)用的道路上，*的技術(shù)問題在于,，如何在體外制造成熟的精子和卵細(xì)胞,，而不用把人工PG細(xì)胞植入睪丸和卵巢內(nèi),。林正在試圖解碼這個過程中起作用的信號分子，一旦成功,，就能夠利用它們?nèi)フT導(dǎo)PG細(xì)胞的體外分化,。

更為困難的挑戰(zhàn)是如何將小鼠實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于人類。京都大學(xué)的研究小組已經(jīng)開始用對付小鼠細(xì)胞的方法來處理人體iPS細(xì)胞,，但林和齊藤都明白,，人類的信號分子系統(tǒng)和小鼠是*不同的。并且,，用于實(shí)驗(yàn)的小鼠胚胎細(xì)胞相對容易獲取,，人類胚胎細(xì)胞卻不能通過解剖的辦法獲得。

他們因此退而求其次,，從猴子入手,。不久前獲批的1200萬美元研究經(jīng)費(fèi)中，就有一大部分用于每周20個猴子胚胎的供應(yīng),。林說,，如果一切順利的話，他們能夠在5-10年內(nèi)在猴子身上重復(fù)小鼠實(shí)驗(yàn),，之后經(jīng)過一些調(diào)整,，有望應(yīng)用于人類。

然而,，利用PG細(xì)胞進(jìn)行不育治療仍然是個很大膽的做法，包括齊藤在內(nèi)的很多科學(xué)家,，都呼吁人們謹(jǐn)慎,。iPS細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞都很容易在培養(yǎng)過程中，發(fā)生染色體異常,、基因突變和表觀遺傳紊亂,，微小的錯誤逐漸累積，可能會在幾代之后才表現(xiàn)出異常,。

若能證明這項(xiàng)技術(shù)對猴子是安全的,，則有可能打消人們的顧慮。但是,，究竟要生出多少健康的猴子,，才能證明其安全性，又應(yīng)該觀察多少世代呢,？

理想的前景大概是這樣：一種新的,、非破壞性的影像技術(shù)能夠讓醫(yī)生準(zhǔn)確地挑出好的胚胎，那些看上去正常的,，才能被植入人體,，發(fā)育成胎兒。研究經(jīng)費(fèi)也許會來自私人資金，或者對胚胎研究限制更少的國家,。

一些更加不可思議的繁殖方式都可能由此出現(xiàn),。比如，理論上來說,，男性的皮膚細(xì)胞也能夠用來制造卵細(xì)胞,，從而與精子結(jié)合，然后在代孕媽媽體內(nèi)發(fā)育成胎兒,。有些人懷疑其可能性——辛克斯頓團(tuán)（theHinxton Group）,，一個討論干細(xì)胞倫理的科學(xué)家的協(xié)會就表示，從男性的XY體細(xì)胞中產(chǎn)生卵細(xì)胞,，以及從女性的XX體細(xì)胞中產(chǎn)生精子,，都是不可能的。

齊藤制造的精子來自雄鼠,，卵細(xì)胞來自雌鼠,，但是他認(rèn)為反過來也沒有問題。PG細(xì)胞沒有性別之分,，分化為精子還是卵細(xì)胞,，由培養(yǎng)環(huán)境決定。如果是這樣的話,，同一只小鼠產(chǎn)生的精子和卵細(xì)胞也能產(chǎn)生受精卵,，產(chǎn)生自體繁殖的小鼠。這是從未有過的生物,，但林和齊藤都不打算嘗試,，“只有存在一個好的科研理由時，我們才有可能考慮,。”目前,，他們還沒有看到這方面的必要。

林和齊藤都已經(jīng)感受到了來自不育患者和日本財(cái)團(tuán)的壓力,。這種技術(shù),，對于體外受精無效的不育婦女，以及因患病而無法產(chǎn)生精子或卵細(xì)胞的人,，也許是zui后一線希望,。林無奈地警告了給他寫信的人們，可行的不育治療手段在10年甚至50年之后才能成熟,。“我覺得這是很遙遠(yuǎn)的事,，我不想給人們無謂的念想。”