研究人員將從皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)成干細(xì)胞，并進(jìn)一步催化為原始形態(tài)的精子。
癌癥、事故、年齡，或者是類似 B.D. 所患的精子缺失癥（azoospermia）等先天性疾病，都能造成不孕不育。不少研究人員稱人工精子和卵子將有望成為自1977年試管嬰兒技術(shù)問世以來生殖生育科學(xué)的又一大革命。斯坦福大學(xué)法學(xué)院教授、美國最有影響力的生物倫理學(xué)專家之一Henry Greely，曾在《性的終結(jié)》（The End of Sex）一書中大膽預(yù)言，到2040年時，至少一半的夫妻將不再自然受精，他們會轉(zhuǎn)而依賴于由皮膚或血液細(xì)胞為起點(diǎn)的繁衍方式：不是在試管中合成精子和卵子，而是在培養(yǎng)皿中制造、合成人工生殖細(xì)胞。
Greely的預(yù)言日前得到了越來越多的證據(jù)支持。2017年7月，媒體廣泛報(bào)道了西方男子精子數(shù)量減少、質(zhì)量下降的調(diào)查結(jié)果。
來自以色列哈達(dá)薩-希伯來大學(xué)的流行病學(xué)家Hagai Levine博士主持了這項(xiàng)研究。他表示大眾和學(xué)界都應(yīng)當(dāng)對精子質(zhì)量隨時間的變化更加重視。通過研究1973-2011年澳大利亞、新西蘭、北美以及歐洲等42935名男性精液樣本，Levine博士的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)近40年來精子濃度整體下降了52.4%，總數(shù)下降了59.3%。其成果發(fā)表于《人類生殖學(xué)快訊》（Human Reproduction Update）。
Levine稱，環(huán)境污染或許是罪魁禍?zhǔn)?，而且這一現(xiàn)象還有愈演愈烈的趨勢。他的推斷并不是毫無根據(jù)。有多個研究顯示，被廣泛使用于塑料制品的雙酚A（BPA）等化學(xué)物質(zhì)不僅可能會引起荷爾蒙系統(tǒng)的紊亂也會影響精子的質(zhì)量。
中國男性的精子也難逃“厄運(yùn)”。2017年初載于《生育和不孕》（Fertility and Sterility）的一篇論文對30636名年輕中國男性的精子質(zhì)量進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示，2001-2015年之間，這些捐精者的樣本濃度從68*10^6每毫升降低到了47*10^6，且具有“正常形態(tài)”的精子的較前期銳減了超過20個百分點(diǎn)。
這些結(jié)果或許正驗(yàn)證了Levine關(guān)于環(huán)境污染的理論。據(jù)Popular Science報(bào)道，在過去20年間，中國人確實(shí)采納了更西式的飲食習(xí)慣，并同時更多地暴露于相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)污染之中。
上海市人類精子庫負(fù)責(zé)人陳向鋒表示，近五年捐精者的合格率確實(shí)有下降趨勢。截至2017年6月份，上海地區(qū)捐精者的合格率從2013年的40%左右降到了25%。
來自培養(yǎng)皿的人工精子
時間回溯至2012年。當(dāng)時，京都大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授 Mitinori Saitou（斎藤通紀(jì)）的團(tuán)隊(duì)，運(yùn)用十多年研究發(fā)育生物學(xué)配偶子（gamete）的經(jīng)驗(yàn)成功生產(chǎn)出了首例人工精子。
他們由小鼠的皮膚細(xì)胞誘導(dǎo)出人工原始生殖細(xì)胞（artificial primordial germ cell，PGC）。當(dāng)他們將PGC植入本身無法產(chǎn)生精子的雄鼠體內(nèi)后，這些細(xì)胞發(fā)育成了成熟的精子，并造出了活蹦亂跳的幼鼠，一舉引起學(xué)界和社會人士的極大轟動。
不僅被不孕不育困擾的公眾寫郵件給研究人員請求幫助，甚至同性戀雜志的編輯都在第一時間聯(lián)系上了斎藤實(shí)驗(yàn)室——他們的實(shí)驗(yàn)表明皮膚細(xì)胞供主的性別對于制造人工精子（以及卵子）并無大礙，至少在動物中如此。
從前研究者只能從每個胚胎中提取大概40個PGC，但運(yùn)用皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化的技術(shù)生產(chǎn)PGC，這意味著有無限的類PGC細(xì)胞可供科學(xué)家們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。從PGC細(xì)胞的正常和非正常發(fā)育的過程中獲取的知識，將可能轉(zhuǎn)化為揭示某些不孕不育癥以及睪丸癌謎團(tuán)的鑰匙。
斎藤的團(tuán)隊(duì)并沒有停留在基礎(chǔ)的動物研究階段。據(jù)《科學(xué)美國人》（Scientific American）的報(bào)道，他們在2013年就開始了人體干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)，并希望通過編輯在小鼠生殖細(xì)胞發(fā)育中起到了重要作用的基因，在人體細(xì)胞中達(dá)到同樣的效果。介于人鼠細(xì)胞在細(xì)胞通路和信號機(jī)制上的巨大差異，他們面對的挑戰(zhàn)難度可想而知。更要命的是，在人體生殖生育學(xué)的研究中，并沒有任何能提供干細(xì)胞的胚胎用以解剖。他們只能依賴于有限的靈長類胚胎，以及一筆為期5年、價值12億日元（1100萬美元）的科研經(jīng)費(fèi)。
不過希望依然存在。斎藤團(tuán)隊(duì)中的另一主力Katsuhiko Hayashi（林克彥）在接受《科學(xué)美國人》采訪時說，如果一切順利，他們或許能于5 至10年內(nèi)在靈長類動物的細(xì)胞中復(fù)制小鼠實(shí)驗(yàn)的成功。接著，將由靈長類系統(tǒng)試煉過的技術(shù)進(jìn)行微調(diào)，用以轉(zhuǎn)化人類PGC細(xì)胞，應(yīng)當(dāng)是相對來說輕而易舉的事。
了解復(fù)雜疾病
雖然解決不孕不育、造出人類寶寶還很遙遠(yuǎn)，但培養(yǎng)皿中的精子已經(jīng)能夠用于制造模式動物、幫助我們了解復(fù)雜疾病。
人工精子能夠“定制”動物模型，從而在動物身上模擬人類所患的各類復(fù)雜疾病。在這一方面，中國科學(xué)家做出過突破性的成果。2015年，中科院上海生化與細(xì)胞所研究員李勁松帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，將小鼠的精子頭部植入去除了細(xì)胞核的卵細(xì)胞，生成了行為類似精子但不具尾部的干細(xì)胞。
這種人工精子能使卵細(xì)胞受精，并發(fā)育成為半克隆小鼠。這項(xiàng)發(fā)表在《細(xì)胞?干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）中的研究通過CRISPR-Cas9 編輯技術(shù)敲除了早先實(shí)驗(yàn)中影響胚胎存活率的H19和IG這兩個差異甲基化區(qū)域（differential methylation region），改進(jìn)后的單倍體精子細(xì)胞將半克隆小鼠的出生率由不到9%提升到了22%，并且半克隆小鼠的發(fā)育都很正常。此類技術(shù)意味著建立基因修飾小鼠模型的步驟可大幅度簡化。
2017年5月的東方科技論壇上，包括中國科學(xué)院院士、中國工程院院士在內(nèi)的50多位專家， 以“人造精子技術(shù)之完善及其在復(fù)雜疾病研究中的廣泛應(yīng)用”為主題，進(jìn)行了深入討論。據(jù)報(bào)道，李勁松團(tuán)隊(duì)目前正同多家大學(xué)、機(jī)構(gòu)合作，運(yùn)用人工精子以及CRISPR基因編輯技術(shù)來修飾半克隆小鼠的特定基因、迅速建立復(fù)雜性人類疾病的小鼠模型。這些動物實(shí)驗(yàn)將有助于我們解釋復(fù)雜疾病的產(chǎn)生、機(jī)制，以及促進(jìn)新的臨床治療方案的產(chǎn)生。比如神經(jīng)管畸形以及強(qiáng)直型肌營養(yǎng)不良等。
倫理的紅線
2015年，李勁松研究員就其成果接受《南華早報(bào)》采訪時曾表示，雖然該技術(shù)有望幫助科學(xué)家使用基因療法治療疑難雜癥，但若應(yīng)用于人類的受精卵細(xì)胞和胚胎，就會引發(fā)“道德危機(jī)”。22%的出生率在動物實(shí)驗(yàn)中可以被接受，但78%的失敗意味著太多的嬰兒夭折或先天性缺陷。
這道關(guān)究竟該由誰來把？日本的風(fēng)投和生物科技公司都試圖同斎藤實(shí)驗(yàn)室合作。目前，越來越多的人們開始接受人造生殖細(xì)胞：在日本，調(diào)查顯示約30%的民眾對此持支持態(tài)度，尤其那些嘗試了試管嬰兒卻失敗的人。但與此同時，科學(xué)家和政府等監(jiān)管機(jī)構(gòu)將面對越來越大的壓力。
2017年2月，美國國家科學(xué)院發(fā)表了人類基因組編輯報(bào)告（Human Genome Editing, Science, Ethics and Governance）。該報(bào)告指出，只有當(dāng)編輯人類胚胎被用于治療可致死的遺傳病如亨廷頓舞蹈癥時該技術(shù)才可被允許。報(bào)告明確反對增強(qiáng)智商等人類改良應(yīng)用，并列舉了七條關(guān)于基礎(chǔ)研究和臨床運(yùn)用的指導(dǎo)性意見。
中國科學(xué)家也于10月6日《細(xì)胞?干細(xì)胞》雜志上對該問題進(jìn)行了發(fā)聲。這篇由中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥健康研究院研究員裴端卿與九位國際知名學(xué)者聯(lián)合署名的文章，重申了人類基因組編輯報(bào)告的要點(diǎn)，并特別強(qiáng)調(diào)了國際合作的重要性。
據(jù)生物通的報(bào)道，該文章提到：恰當(dāng)?shù)膰H合作可“推動科學(xué)研究向著四個方向努力——完成包含調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的人類胚胎發(fā)育的細(xì)胞譜系圖；繪制從受精卵到原腸胚的人類胚胎單細(xì)胞解剖圖；完善胚胎發(fā)育中遺傳缺陷的數(shù)據(jù)庫；建立服務(wù)于人類胚胎研究的共享工具和資源平臺?！?/p>
人類繁衍的未來
人類修改自身的遺傳信息甚至代替上帝制造出完美的后代，在短期內(nèi)還不會從幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。但我們有理由在科技飛速發(fā)展的同時提早進(jìn)行準(zhǔn)備和思考。
早在2006年，《地心引力》導(dǎo)演阿方索?卡隆就拍出了末世災(zāi)難片《人類之子》，其中描述了這樣一種極端狀況：全世界的人類都喪失了生育能力，各個大陸四分五裂，只有一個非洲女孩的腹中存有唯一的希望。
如果生物技術(shù)和醫(yī)療水平的發(fā)展無法快于精子質(zhì)量等因素惡化的速度，那么科幻電影里的這么一天也許真的會到來。讓我們持續(xù)關(guān)注。
來源：環(huán)球科學(xué)（《科學(xué)美國人》中文版）
原標(biāo)題：人工精子已能孕育生命，將引發(fā)下一場生殖革命？
作者：張夢茜
清美聯(lián)創(chuàng)秉承“四個面向”的企業(yè)哲學(xué)和價值觀——
面向人類健康
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面向“一帶一路”
面向人類命運(yùn)共同體
北京清美聯(lián)創(chuàng)干細(xì)胞科技有限公司致力于多種干細(xì)胞臨床應(yīng)用研究，人體冷凍、核輻射防治等技術(shù)研發(fā)。
目前已擁有67種不同功能的專能細(xì)胞如神經(jīng)干細(xì)胞、胰腺干細(xì)胞、卵巢干細(xì)胞、肝臟干細(xì)胞、心肌細(xì)胞、毛囊干細(xì)胞等的制備技術(shù)。
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