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干细胞技术,让女性可终身生育

本文来自:惠恩生物科技 发布时间:2015-11-02 浏览次数:1089

2015-10-30 《环球科学》

生殖生物学家乔纳森·蒂利向几十年来的定论发起挑战,他认为女性终其一生都能生成新的卵子。现在,批评者中也有人开始重新看待这个问题。

撰文 特丽莎·古拉(Trisha Gura)

翻译?朱机

乔纳森·蒂利(Jonathan Tilly)喜欢拿胳膊上的汗毛来评价自己工作的重要性。他伸出前臂:“你看它竖着呢。”2012年8月中旬的一个下午,这位美国麻省总医院的生殖生物学家,正为我们解说如何从不育女性的卵巢中找到干细胞。

他希望这个实验有助于回应人们对他的质疑,而其中争议最大的就是,他认为卵巢具有无限产生卵子的潜能。很长时间以来,人们认为雌性哺乳动物在出生时,它们能产生的卵母细胞数量就已经确定了,而且这个数量只会随年龄增长而减少,于绝经时消耗殆尽。而蒂利认为,事实并非如此。

蒂利第一次挑战这一定论是在2004年,当时他发表了一篇论文,提出小鼠卵巢内有干细胞在增补卵母细胞。人们如果能适当利用这一特性,干细胞将可为不育的女性生产新卵子,甚至还能推迟或中止绝经——这是蒂利追求了25年的目标。“你看这些汗毛还竖着,”蒂利说,“每次我琢磨这个实验的时候就会这样。”

此后,他发表了一系列标题抢眼的文章,并最终在2012年的一篇报告中称,他已经从人类卵巢中分离得到了干细胞,并将它们分化成了货真价实的卵母细胞。但他的工作遭到了怀疑。一些研究人员质疑他的方法和论证。有人试图重复他的实验,但没能成功。“蒂利总是喜欢‘放卫星’,耸人听闻。”瑞典哥德堡大学的分子生物学家刘奎(Kui Liu)说,“他讲得很夸张,当时成了大新闻,几年过去,人们才意识到‘哦,这不对’。”!

蒂利说,他不在意别人对他的这些评价。“最初决定开展这项研究时,我并没有觉得自己是在进行一项革命性的新研究,也没有为此感到兴奋。而现在,整个研究过程遭到这么多质疑、遇到这么多抵制,真的出乎我的意料”。

可就在最近,情况出现了转机,那些反对蒂利的人态度有了奇怪的转变。批评最激烈的人中,有两位成了蒂利的合作者:一位进了OvaScience——蒂利在马萨诸塞州剑桥市创办的公司——的科学顾问委员会,另一位则直接研究蒂利分离出来的干细胞。后者是英国爱丁堡大学的生殖生物学家伊夫林·特尔弗(Evelyn Telfer),过去曾对蒂利的研究充满怀疑,她说:“这些从体内分离出来的细胞能真正开始解决科学问题。如果我们真的对科学感兴趣……那这就是一个极好的工具。”

科学还是神话

“没有新卵子”的说法由来已久。1951年,英国伯明翰大学的知名解剖学家索利·朱克曼(Solly Zuckerman)深入分析了当时获得的所有证据,最后得出结论,没有任何证据足以推翻19世纪70年代的结论——雌性哺乳动物出生后就会停止产生卵母细胞.

在蒂利科研生涯的前15年里,他的精力主要集中在细胞程序性死亡,也就是细胞凋亡。让他大吃一惊的是,还从来没有人统计过,由于排卵和卵母细胞自然死亡而减少的卵子数量。因此,大约从1999年前后起,蒂利专门弄了一台显微镜来研究不同年龄小鼠的卵巢组织,统计卵泡(卵母细胞发育的细胞组织)的数量。结果他发现了一个问题:卵泡数量的退化数量,实际上是预计数量的3倍。假如小鼠按这种速率失去卵母细胞,那它们消耗卵子的速率要远远快于实际情况。一定是有什么在补充卵母细胞,因此他下结论说:这个幕后英雄很可能是干细胞。

几乎没人愿意接受蒂利的观点。蒂利花了两年时间投稿,经历了无数次被拒和修改后,终于在2004年将数据发表在《自然》上。这篇文章从方法到结论都遭到了抨击。有评论者指出,蒂利在用小鼠卵泡的减少速率与实际的减少数量比较时,用的是不同品系的小鼠,这是“扰乱人心”。

蒂利停掉了手头绝大部分的凋亡课题,将整个实验室的研究重心转移到证明这些干细胞的存在与功能。“这就像是站在悬崖边,想着要不要跳下,”他说,“2004年那篇文章发表,对我来说就是跳下去了,因为那时已经没有回头路。”(

一年之后,蒂利声称他已经鉴定出那些干细胞的来源是骨髓。他把健康小鼠的骨髓或血液移植到没有生育能力的小鼠体内后,后者可以生成类似于卵母细胞的细胞。不过由卵子干细胞得到的卵子,还没有通过终极考验,也就是受孕并形成胚胎。

至少有6组研究人员试图重现蒂利的骨髓移植实验。由特尔弗带领的小组在一篇评论文章中说,蒂利的实验没有一个能重复成功,这些结果恐怕另有蹊跷。文章还指出,蒂利喜欢夸大其辞,尤其是在媒体采访时。

譬如,2005年《波士顿环球报》就引述了蒂利的话:“它们都是你自己的细胞,你用不着任何人的批准。它们直接进入你的血液,直接进入你的卵巢,然后分化、成熟,变成卵子。”美国堪萨斯大学医学中心的生殖生物学家戴维·阿尔伯蒂尼(David Albertini)认为,这是一种粗暴的叫嚣,他说:“我们很多生殖生物学家都觉得他这完全是儿戏,会给很多女性错误的希望。”

蒂利则为自己辩护,他要求同行们重新回到实验室,把他的实验再做一遍。有些人照办了。2006年,哈佛大学的干细胞生物学家艾米·韦戈斯(Amy Wagers)与合作者将两只小鼠的循环系统缝合在一起。其中,供体小鼠的细胞内表达绿色荧光蛋白(GFP),另一只则不表达。研究人员发现,尽管那些来自血液、发着绿色荧光的细胞可以渗透进受体小鼠的卵巢,但那些细胞的表现并不像卵母细胞,而更像是血液细胞。

蒂利则做了一个相似的实验作为回应。他的实验显示,因化疗失去生育能力的小鼠能在骨髓移植后恢复生育。但是,生出的小鼠并不表达GFP,这说明新生小鼠是由受体而非供体的卵细胞发育而来。蒂利坚称,是骨髓保护了现有的卵母细胞或使卵母细胞再度形成,但批评者反驳说,一开始的化疗很可能并没有杀死受体小鼠所有的卵母细胞。

来自中国上海的惊喜

由于他的工作没有被大家重复出来,蒂利只好在这场争辩之中孤军奋战。然而,到了2009年,上海交通大学的吴际(Ji Wu)和同事发表论文称,他们从小鼠的卵巢组织(不是骨髓)中分离出了“雌性生殖干细胞”。这些细胞被移植到接受过化疗的雌鼠体内后,发育为成熟的卵母细胞,然后成为可受精的卵子,继而是最关键的——健康胚胎。

一直表示怀疑的特尔弗说,吴际的这篇论文,让她停下来开始重新思考,“这里面肯定有什么特别的东西”。此前一年,她和蒂利曾于一次科学会议期间聊过两人在这方面的分歧。吴际的文章发表后,特尔弗和蒂利共同撰写了一篇评论,清楚表达了某种和解。他俩写道:“尽管这些发现并不能证明生理情况下成年雌性能生成新的卵母细胞,但它们强有力地支持了成年小鼠卵巢中存在‘生殖干细胞’的说法。假如在人类卵巢中能够发现同等细胞,或许可以想见,将来有一天,卵巢中的卵母细胞可以在衰竭之前依靠干细胞复苏。”

去重复吴际实验结果的人很多,其中也有蒂利。2月,蒂利发表论文称,他从人的卵巢内分离出了干细胞,即“卵原干细胞”(oogonial stem cells)。他将这类细胞注入移植到小鼠体内的人类卵巢组织,发现能够产生卵泡和成熟卵子(见Nature 483,16; 2012)。

“所以,现在已经有两个实验室,用相似的实验流程,得到了两组已证实的数据,”蒂利说,“我们认为,到此时不该再有更多争议了。”

但事实并非如此。很快就有人指出,两研究组在方法上存在一个同样的问题。他们都是用抗体标记细胞表面蛋白的方式,来鉴定相应的干细胞,这种技术在细胞生物学中很常用,但他们用作靶点的蛋白(vasa)正常情况下是位于细胞内而不在细胞表面。美国华盛顿州立大学的生殖生物学家帕特里夏·亨特(Patricia Hunt)说:“行内有很多人非常想知道,这怎么可能做得到。”

蒂利说,尽管成熟卵母细胞的表面并不表达vasa,但他研究的细胞介于胚胎前体细胞和完全成熟的卵母细胞,会在表面表达这一蛋白。当细胞成熟为卵子时,细胞表面才会无法检测出vasa。但他也补充说,“我们还没有证据证明这一点”。

刘奎则表示,吴际的论文刚发表出来时,他是相信吴际的结果的。但刘奎的实验室重复不了文中的技术。为了绕开有关vasa的细胞表面问题,刘奎采用了追踪胞内蛋白的方法。他成功提取了卵巢内表达vasa的细胞,但它们无一能够分化,也就是说,无一表现出干细胞的最主要特征。

对此,吴际表示,她的细胞分离技术不好做,欢迎研究人员去她的实验室学习。她还说,刘奎的小组“并没有使用我们分离细胞的实验流程,这怎么做比较?”

实际上,蒂利说他的实验室在重复吴际的实验流程时,同样遇到了困难。他们最终提取到了生殖干细胞,但“发现始终存在卵母细胞污染问题”。他不得不调整提取小鼠和人的卵原干细胞的实验流程,而且最终提取出来的细胞,与吴际分离出来的细胞在大小上也不同。吴际认为,她和蒂利有可能得到了同一种细胞的不同“亚型”,要搞清楚两者究竟有何关系还有“大量工作要做”。

与此同时,特尔弗开始与蒂利合作。2011年,她去波士顿观察了蒂利的人类干细胞,感受颇深,并带了一点样品回苏格兰。此前,她的团队摸索出了一种体外培养体系,用小鼠和母牛的组织让卵子前体细胞发育为可受精的卵子。而拿到蒂利的细胞后,她将这套技术应用到了人的细胞。“第一个实验就让我大为吃惊,真是太惊奇了”。她发现,蒂利的细胞迅速长出卵母细胞样的结构。“我一整个晚上都在想,除了形成了新的卵泡是不是还有其他解释,但我完全想不出”。

特尔弗向英国人类受精与胚胎管理局提出了申请,希望能够让这些细胞受精——这类实验的开展是不能使用美国政府的科研经费的。如果得到批准,体外使人类卵子受精的技术,最终将会推广到全世界的受孕诊所。

现实问题

还有一家公司也在使用这些细胞,那就是2011年4月成立OvaScience。目前这家公司已获得了4 800万美元的风险投资,正在从几个方面开发蒂利的细胞。它的目标之一是,通过加入新鲜细胞质和线粒体的方式复苏年迈女性的卵细胞。研究基于一种颇受争议的实验用繁殖技术,即提取一名妇女卵细胞内的细胞质注入另一名妇女的卵细胞。OvaScience公司打算采用的方法是,从母亲自身的卵原干细胞中提取线粒体,蒂利认为这样的线粒体,要比来自年迈母亲卵子的线粒体健康一些,而且在一定程度上还可规避伦理和安全问题。OvaScience公司还计划,2013年与波士顿的两家生育诊所合作,展开临床实验。

蒂利的卵原干细胞还将作为工具,筛选有可能抑制或刺激卵细胞生成的新药。这类药物或许可以帮助解决不孕不育症,甚至延缓或中止绝经。虽然阿尔伯蒂尼担忧,这种说法可能会使人产生过高的期望,但他也像特尔弗一样,正在试着用开放的心态看待这个问题。用新模型筛选治疗不孕的药物前景打动了阿尔伯蒂尼,他加入了OvaScience公司的科学顾问委员会。“我想用自己的知识做一些能够帮助他人的事”。;

公司目前发展迅猛,它的主力团队都来自Sirtris公司。Sirtris公司位于马萨诸塞州剑桥市,是一家主打抗衰老疗法的生物技术公司。实际上,OvaScience公司的创建,正是源于蒂利和Sirtris创始人戴维·辛克莱(David Sinclair)在哈佛大学医学院合作时擦出的火花。

辛克莱说,他和蒂利是“互相仰慕”,他们曾在2009年联手,探索卵细胞质量随年龄下降的原因,是否年老卵细胞缺乏足够的能量来支持受精。辛克莱的专长是抗衰老研究,和蒂利一样,他也是一个备受争议的人物:Sirtris公司的一些初步研究结果无法得到重复,成为该领域的一个争论来源。

“我和蒂利组成了一个很有意思的队伍,”辛克莱说,“因为我俩都扩展了科学的疆界,我们也都因此遭遇了抵制。”

不过,尽管蒂利胆大不羁,也开始为持续不断的争论烦恼了。他用大部分时间研究卵巢内的卵原干细胞,但还是坚持认为,骨髓干细胞同样有可能产生新的卵细胞。批评他的人对此表示反对,并且,即使批评者接受卵原干细胞的存在,也依然会质疑这些细胞是否能够正常行使功能,产生新的卵子。

阿尔伯蒂尼说:“目前的数据并不支持这一观点。”蒂利则坚称,这些干细胞肯定在体内起着什么作用,虽然他也恼怒地承认,它们或许对临床没有什么意义。“假如能把这些细胞拿到体外,并让它们产生有功能的卵子,可以受精,发育成正常、健康的婴儿,你还会在乎这是不是自然的生理过程吗?”

本文作者?特丽莎·古拉是一位自由科学作家,现居美国马萨诸塞州波士顿市

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