论文截图
南开新闻网讯（记者 吴军辉）南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室刘林教授团队通过完全化学小分子的方法成功将卵巢颗粒细胞重编程为具有生殖系转移能力的诱导性多能干细胞，进而分化为卵子，并通过正常受精获得了健康小鼠。该突破属世界首次，为保持生育能力、调节机体内分泌等研究开辟了新思路。这种化学重编程的方法能够有效避免伦理问题，降低安全风险。日前，介绍该成果的论文发表于国际学术刊物《细胞报告》（Cell Reports）上，国际顶级刊物《细胞》（Cell）将此发现作为头条文章推荐。
随着人口老龄化趋势的不断显现，衰老问题日益受到重视。对于女性而言，卵巢要明显早于机体其它器官的衰老。女性生殖能力从35岁左右开始呈现显著下降趋势，50岁左右进入绝经期（更年期），从而丧失生殖能力。即使现阶段人类平均寿命已达到85岁，但女性的生殖周期并没有因此而延长。
然而，随着社会压力的逐渐增大，许多女性选择推迟生育年龄，加上饮食和环境因素影响，由卵巢衰老导致的不孕不育现象明显增多。卵巢衰老除可以引起不孕不育外，还会引发生殖衰老相关的慢性疾病发生，如冠心病、骨质疏松、内分泌紊乱等，严重影响女性生殖与身心健康。
卵子是孕育生命的关键，卵巢衰老最主要的表征即为卵子的数量和质量急剧下降。在女婴出生时，储存在体内的卵子数量就已经确定，但随着年龄增长，周期性排卵、卵泡闭锁及外界环境的危害均会导致体内卵子数量逐渐减少，直至枯竭。
通过化学重编程方法将卵巢颗粒细胞重编程为诱导性多能干细胞，进一分化形成卵子，获得健康小鼠（示意图）
如果能够从体外获得足够量的卵子补充到体内的卵巢中，将会对恢复生殖能力并在临床上治疗生殖衰老等疾病具有重要价值。这也是世界各国生物学家竞相攻关的科学难题。刘林教授团队利用完全化学小分子的重编程方法解决了这一问题。
卵巢颗粒细胞（Granulosa cells, GCs）是卵泡中与卵母细胞相互作用并促进卵子发生的一类体细胞，从卵子产生开始，颗粒细胞就一直陪伴在卵子的左右，支持卵子的生长和发育，最早被成功应用于克隆动物的研究。临床上，卵巢颗粒细胞一般作为体外受精的副产物而被丢弃。
“试管授精的过程只能使用卵母细胞，取卵之后，卵泡中的颗粒细胞就被丢弃。我们设想，如果能利用这些颗粒细胞将会怎样？每个卵子周围都有数千个颗粒细胞，若能将其诱导为多能细胞并转换为卵母细胞，岂不是有效地解决了卵子数量匮乏的问题。”刘林说。
如何从卵巢颗粒细胞转变生成卵子？刘林团队的成员首先想到的是利用重编程技术获得诱导性多能干细胞，该类细胞具有与胚胎干细胞相似的发育潜能，并已经被证实可以分化形成生殖细胞。
“但是，诱导性多能干细胞的产生通常会通过转基因的方式来完成。然而，至今为止，转基因技术在各个领域的应用还具有诸多的争议，因此很难应用于临床。”刘林团队博士生、论文第一作者田成磊说，如果能够配制一种由配方明确的化学小分子物质组成的“饮料”让细胞喝下，并能让这些细胞转变为诱导性多能干细胞将会规避转基因方法带来的风险。
通过化学重编程方法将卵巢颗粒细胞重编程为诱导性多能干细胞，进一分化形成卵子，获得健康小鼠
带着这一设想，刘林团队反复试验，最终调制了一种含有巴豆酸钠等化学物质的小分子培养液处理细胞。这种方法能够将卵巢颗粒细胞高效地转变为诱导性多能干细胞，并且这些细胞被证明具有稳定的基因组、逐渐延长的端粒和较高的质量。
此外，通过另一种含有维生素C等化学物质的小分子培养液支持卵泡的组装和卵子的发育，能够使得颗粒细胞来源的多能干细胞成功进入减数分裂，并分化形成卵子。这些卵子也具有稳定的基因组，并能够进一步形成健康正常的小鼠后代。
“我们能够有效并保持一致性操控这些小分子化合物的浓度和处理时间。”刘林指出，传统的诱导方式（如基因转染）通过将转录因子引入体细胞对细胞的命运进行修改，可能有更高的基因不稳定风险，相比之下，化学方法能够提供更高的可控性。这对于利用颗粒细胞获得生殖细胞的安全性提供了保证，并进一步为支持化学诱导的安全性和有效性提供了有力的证据。
刘林强调，人类颗粒细胞的性质、诱导性多能干细胞的产生以及生殖细胞的发育模式均与小鼠存在一定的区别。但是，最近的研究已经能够利用人的胚胎干细胞分化形成卵子的前身：卵原细胞，这为体外形成卵子提供了很好的基础。
“这是我们首次将颗粒细胞转化为卵母细胞，是一项在发育和生殖生物学领域的重大而有趣的成果，但这一研究要从应用于小鼠到应用于人类，仍旧有很长的路要走。在我看来，与治疗不孕不育相比，这项技术在保持生育能力和内分泌功能方面有更广阔的前景。”刘林说。
据了解，该研究获得国家自然科学基因重点项目（端粒再生和卵巢功能重建）的基金支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.11.080
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