又不需要男人了？国人团队仅用一个卵细胞，“生”出健康小鼠，并可生育后代

《西游记》中有这样一个国度：那儿没有男人，当女子成年之后，会去饮用子母河中的水，不出几日便可喜得一女。“女儿国奇遇”的故事大家都耳熟能详，但身处明代的吴承恩万万不会想到，自己的奇思妙想竟会在500多年后的今天得以实现！

82年版《西游记》中女儿国剧照

与“女儿国”故事中非常接近的一种生殖方式称为孤雌生殖（parthenogenesis），指在没有交配、不经过精子与卵母细胞融合的情况下，由雌性独立产生子代。

孤雌生殖的方式，常见于一些植物以及部分无脊椎动物，比如蜜蜂和蚂蚁，蜂后和蚁后未受精的卵子可以发育成雄蜂或雄蚁。在一些低等脊椎动物中也发现了孤雌生殖的现象，主要存在于鱼类、两栖类、爬行类和鸟类。

意大利水族馆中，以孤雌生殖方式出生的小星鲨“伊斯佩拉”

众所周知，以人类为代表的哺乳动物，是有性生殖繁衍而来，需要精子和卵细胞结合形成受精卵，再由受精卵发育形成一个完整的个体。受到印记基因的阻碍，自然界里不存在无性繁殖的哺乳动物，所以“女儿国”的现象在哺乳动物中理应不存在。

2004年，东京农业大学成功地将两只雌性小鼠的卵细胞核结合起来，诞生了10只没有父亲的小鼠。而这10只幼崽中，仅有1只存活到成年，她被称为“辉夜姬”，是世界上首例孤雌生殖的哺乳动物。这项研究被发表在Nature上，曾轰动一时。

“辉夜姬”是经历460次培育胚胎尝试后，成功存活的一只小鼠

https://doi.org/10.1038/nature02402

而就在本周（2022年3月7日），《美国科学院院报》（PNAS）上刊登了上海交通大学医学院附属仁济医院魏延昌团队的研究成果。研究学者采用基因编辑的方式，通过改写印记控制区域的甲基化情况，实现了仅用单个、未受精卵母细胞，就能培育出哺乳动物的后代，且小鼠可以活到成年并生育子代。

https://doi.org/10.1073/pnas.2115248119

这是在单性生殖后代实验中，首例采用「单个」未受精的卵母细胞发育而来的哺乳动物。东京农业大学繁育的“辉夜姬”虽然没有父亲，但还是有两个母亲的，而我们上海交大孤雌生殖小鼠仅有个“单亲妈妈”。

了解“小鼠是如何实现孤雌生殖”之前，首先要知道“什么是印记基因（imprinted genes）”。

印记基因，是在哺乳动物的遗传物质当中，存在的一类比较特殊的基因。尽管具有父母双方来源的等位基因，但是后代只转录或表达其中一方的遗传信息，另一个不表达或表达甚微。

正是印记基因的存在，使得自然界中哺乳动物无法完成孤雌生殖。孤雌生殖会打破了这种平衡。在孤雌胚胎中，既不存在来自父系的印记基因，又会使得母体的特异性印记双倍建立（小鼠为二倍体基因组），这也是为什么孤雌生殖细胞几乎不可能发育成胚胎。

为了实现孤雌细胞的发育，研究学者必须要对小鼠卵母细胞的基因进行改写。

首先，他们在卵母细胞中找到了7个重要的印记控制区域（2个来自父系：H19和Gtl2；5个来自母系：lgf2r，Snrpn，Kcnq1ot1，Nespas，Peg10）。接着，使用dCas9-Dnmt3a对2个来自父系的印记控制区域进行甲基化编辑，使用dCpf1-Tet1对5个来自母系的印记控制区域进行甲基化编辑。在基因编译后，卵细胞会直接进入接受精子后的正常受精状态，成为孤雌胚胎。

孤雌小鼠的基因编辑

实验中，研究学者总共构建了389个经过修饰的孤雌胚胎，体外胚胎培养的过程中，仅有49.4%的发育成囊胚。于是，研究学者将这192个囊胚移植到14个雌性小鼠体内，最终只有3只小鼠成功诞生。

3只小鼠中，有两只因体重过轻（0.783g和0.832g），出现生长迟缓，没能撑过一天。唯一存活下的一只“鼠坚强”，体重达到1.101g，与野生型小鼠体重接近（1.147±0.042g），并活到成年，有正常的生殖能力。

孤雌胚胎的发育情况

这个研究证明，孤雌生殖在哺乳动物中是可行的，是单性生殖领域的重要进步。

难道在未来的某一天，人类繁衍不再需要男人了吗？当然不是。从这项实验来看，孤雌生殖存在较多的缺陷，比如生殖效率极低，该研究领域仍有许多未知亟待探索。另外，将该技术应用到人类，面临着许多伦理方面的争议和障碍。

参考来源：

[1] Kono, T., Obata, Y., Wu, Q. et al. Birth of parthenogenetic mice that can develop to adulthood. Nature 428, 860–864 (2004). https://doi.org/10.1038/nature02402

[2] Wei Y, Yang CR, Zhao ZA. Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Mar 22;119(12):e2115248119. doi: 10.1073/pnas.2115248119. Epub 2022 Mar 7. PMID: 35254875

撰文 | 四五七、Swagpp

编辑 | Swagpp

来源｜梅斯医学