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Protein & Cell | 孤雌多能干细胞能否定向诱导分化形成卵子、产生健康个体后代呢？最新研究给出了明确答案

日期：2021-12-06　　浏览次数：7726

来源：BioArt

孤雌胚胎由卵子发育而来不包含父源基因组，但在妊娠中期会因为基因组印记缺陷和胎盘功能障碍而停止发育。尽管孤雌胚胎发育不全，但其可以产生孤雌（胚胎）多能干细胞（pESCs）。南开大学刘林实验室团队先前工作表明，使用小分子氯化锶（基本复制了精子激活卵子诱发引起的钙振荡）和细胞松弛素（抑制第二极体排出）孤雌激活卵母细胞并使其二倍体化，能够可靠地获得形态类似于正常受精胚胎的孤雌胚胎，并从孤雌胚胎高效获得具有与胚胎干细胞（ESCs）发育潜能多能性（包括生殖系传递能力）相似的pESCs【1,2】。因为pESCs的产生不用破坏正常发育胚胎，所以伦理问题较小。其次，pESCs对于卵子提供者自体移植（包括定向分化修复再生其它体细胞器官），可以避免免疫排斥反应【3,4】。此外，研究表明pESCs产生的新突变与核移植ESCs和iPSCs相比明显较少【5】。这些优点可能使pESCs临床应用前景广阔。


2021年11月30日，南开大学刘林团队发表了题为 Generation of developmentally competent oocytes and fertile mice from parthenogenetic embryonic stem cells 的研究成果。利用Saitou实验室先前建立的从ESCs分化获得原始生殖细胞样细胞(PGCLCs) 的方法【6】，成功将pESCs分化形成PGCLCs，并将该PGCLCs与小鼠雌性E12.5天胚胎性腺体细胞聚合移植到受体小鼠体内发育获得具有功能的卵子，受精后获得了具有正常繁育能力的健康小鼠后代【7】。


与相同遗传背景小鼠的雌性ESCs相比，pESCs表现出与母源一致的基因组印迹，且具有相对更高的X染色体活性。有意思的是，pESCs自身比ESCs就有表达更高水平的生殖细胞分化基因。进而，pESCs分化形成的PGCLCs在基因组印记和X染色体转录水平和甲基化水平上与体内晚期原始生殖细胞（PGCs）更相似，这表明pESCs产生的PGCLCs的甲基化和基因组印迹能够被高效的重编程。从转录组和甲基化表观组学看，相对于ESCs，pESCs形成PGCLCs的速度加快。这个结果有些意外，这可能与pESCs仅有母源基因组，因而更易向生殖细胞分化有关，但其明确关系和机制尚需更多的深入研究。




卵巢衰老以及放疗化疗引起的卵巢早衰会引起女性生殖能力下降、不孕不育、内分泌功能异常及相关慢性疾病的产生，如骨质疏松、心血管疾病等，危害女性的身心健康。卵巢衰老的根本原因在于卵子质量和数量的下降。大多数哺乳动物卵巢中的卵子数量在出生时就已经确定，卵子和卵泡的数目会随着年龄增加而逐渐减少。如果能再生大量的卵子并重建卵巢正常功能，对于生殖健康和提高生活质量有重要意义。目前的研究已经能够成功从胚胎干细胞和通过多能性因子转染产生的诱导性多能干细胞获得卵子【6】。但是 ESCs 的伦理问题和 iPSCs 产生过程中引入外源基因的风险、及可能的免疫排斥问题等制约了该技术在临床上的应用前景。然而，通过pESC技术途径可以进行卵子的大量扩增，即通过一个或几个卵子就可以产生无限多的正常功能性卵子，该工作表明这些卵子能够重建卵巢内分泌功能。


国内外已有多个实验室成功建立了人的pESCs 细胞系【3,8-12】。尤其是，生殖医学中心经常可见，取卵时有少部分卵子未能发育到成熟常没有用于受精而被废弃。小鼠工作表明，未成熟卵子经体外成熟后具有与体内成熟卵子同样能力、产生具有生殖系传递能力的pESCs【2】。将来这些“废弃”的未成熟卵子，可以充分利用起来，建立人的pESCs细胞库。这对于重建卵巢内分泌功能，治疗卵巢早衰不孕不育，干细胞自体移植用于修复、再生损伤组织器官均具有重要价值。这项发表在Protein & Cell的数据表明从 pESCs 分化而来的PGCLCs，发育成有正常功能的卵子，可正常受精产生健康、可育的小鼠。为人类 pESCs 作为一项多能干细胞的选择，用于生殖健康、再生医学提供了新的原理依据。


南开大学生命科学学院、南开大学药物化学生物学国家重点实验室、南开大学转化医学研究院的刘林教授为本文通讯作者。南开大学生命科学学院田成磊博士，博士研究生刘林林和曾明博士为论文的共同第一作者。南开大学实验动物中心技术员绳小艳、生命科学学院博士研究生衡黛、实验师王玲玲和叶孝颖，以及纽约大学医学院David L. Keefe教授对本课题有重要贡献。


原文链接：https://doi.org/10.1007/s13238-021-00865-4


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