Page 8 - 南京医科大学学报自然科学版
P. 8

第41卷第2期
               ·158 ·                            南 京    医 科 大 学 学         报                        2021年2月


              30%的患者由于肿瘤放疗或化疗会导致永久不育。                           等生殖细胞标志物的生殖细胞。2015 年，Sasaki 等
              对于儿童期放/化疗之前的生育力保存，由于保留的                           将人类多能干细胞经过早期中胚层样细胞（incipi⁃
              睾丸组织中生精细胞尚未进入减数分裂，没有形成                            ent mesoderm⁃like cell，iMeLC）诱导为人原始生殖细
              成熟精子，利用体外精子发生技术完成体外精子发                            胞样细胞（human primordial germ cell⁃like cell，hPG⁃
                                                                     ［6］
              生以及睾丸组织重建精子发生，有着非常重要的意                            CLC） 。2016年，中科院动物研究所周琪院士与赵
                ［5］
              义 。对于挽救 NOA 患者的生育力及青春期前患                          小阳教授，及南京医科大学生殖医学国家重点实验
              者的生育力保存，目前临床尚无好的方法。因此，                            室沙家豪教授首次报道了小鼠胚胎干细胞体外完
              建立并维持一个稳定的体外精子发生体系，不仅将                            成减数分裂过程，获得功能性精子细胞的研究。该
              有助于上述问题的有效解决，还可以帮助丰富人类                            研究利用小鼠胚胎干细胞，通过诱导分化形成原始
              生殖生物学基础理论研究，评价药物的生殖安全                             生殖细胞样细胞（primordial germ cell like cell，PG⁃
              性，为生育力重建提供方法。                                     CLC），并将 PGCLC 与睾丸体细胞（neonatal testicu⁃
                  精子发生是多步的骤复杂过程，包括在体细胞                          lar somatic cell）在睾丸性激素的作用下进行体外共
              微环境帮助下，原始生殖细胞分化而来的精原细胞                            培养，观察到遗传印记的擦除（erasure of genetic im⁃
              的有丝分裂，精母细胞的减数分裂以及精子细胞的                            printing）和染色体联会和重组（chromosomal synap⁃
              变形产生蝌蚪状精子，上述任一过程的缺陷均会导                            sis and recombination），产生的单倍体精子样细胞
              致精子发生障碍。近一个世纪以来，科学家们一直                            （spermatid⁃like cell）具有正确的核DNA和染色体含
              努力尝试在体外重复上述过程，其中最关键的是通                            量。在卵母细胞胞浆内注射精子样细胞，可产生有
              过体外减数分裂形成单倍体细胞。从体外精子发                             活力和可育的后代，表明该方法成功重建了体外雄
              生的策略来说，可以分别从体外干细胞培养分化形                            性配子发生，为未来研究人类体外精子发生奠定了
              成精子细胞，或者通过体外性腺组织培养形成精子                            基础。
              细胞，本文围绕该两种策略进行了阐述与分析，并
                                                                2  体外性腺组织培养诱导精子发生
              展望体外精子发生的应用前景与伦理挑战。
                                                                     组织培养法通常是利用多种方法培养组织碎
              1  体外干细胞培养分化精子细胞
                                                                片或小器官来完成体外精子发生的。体外组织培
                  在体外干细胞分化精子细胞方面，已有很多的                          养的核心优势在于，当生殖细胞在体外生长时，用
              尝试和研究。在精原干细胞体外分化方面，2002                           于培养的组织可以保持生殖细胞及体细胞的空间
              年，Feng 等报道了在缺乏支持细胞的情况下，将端                         排列，可以最大限度地模拟睾丸组织的微环境。近
              粒酶永生化的小鼠 A 型精原细胞系进行体外分化，                          一个世纪以来，人们进行了许多关于利用器官组织
              最终获得精母细胞和精子细胞。然而，这批由小鼠                            培养法进行生殖细胞培养的尝试，最早的体外睾丸
              精原细胞培养得到的圆形精子细胞是否具有受精                             组织培养可以追溯到 100 年前。1920 年，法国科学
              能力尚不清楚。2003年，Tanaka等报道了将无精子                       家 Champy 有史以来第一次报道了用器官组织培养
              症患者的初级精母细胞与Vero细胞体外共培养，获                          法进行生殖细胞体外分化。1959年，Trowell发明了
              得了具有23条染色体的单倍体圆形精子细胞，最高                           一种培养方法：将大鼠睾丸小管放在空腔玻片中，
              成功率约为10%。2014年，Yang等对隐睾来源的精                       同时使用 Eagle 的最低基本培养基（minimum essen⁃
              原干细胞体外分化进行了研究，通过使用视黄酸                             tial media，MEM），生精小管可存活 6 d。这一时期，
             （retinoic acid，RA）和干细胞因子（stem cell factor，         体外睾丸组织培养的主要目标是维持睾丸组织的

              SCF）培养后，隐睾患者精原干细胞（spermatogonial                  活力。尽管做出极大努力，但精子体外发生的研究
              stem cell，SSC）中表达了许多减数分裂和减数分裂                     进展不如期望，体外产生具有受精发育能力的单倍
              后的男性生殖细胞标志物，并最终获得单倍体精子                            体精子细胞更是困难重重 。
              细胞，但未能评价使人类卵子受精以及胚胎发育的                                 直到2011年，Yokonishi等用镊子将新生小鼠的
              能力。                                               睾丸组织分成 2~8 块，分别在 3 种不同的基础培养
                  在多能干细胞分化方面，Yang等成功将小鼠诱                        基（alpha⁃MEM、DMEM、StemPro⁃34⁃SFM）中培养，并

              导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iP⁃         辅以胎牛血清（fetal bovine serum，FBS），利用琼脂糖
              SC）体外诱导分化为阳性表达 VASA、c⁃Kit 与 SCP3                  凝胶支撑培养睾丸组织。所产生的精子细胞和精
   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13