【日本iPS细胞研究报告(十二)】京都大学篇:成功制成生殖细胞

生命科学 2018年10月01日

“九月筑场圃,十月纳禾稼。”时值中秋,京都大学iPS细胞研究团队可谓惊喜不断,收获连连。

近日,多家日本媒体相继报道了京都大学细胞生物学教授齐藤通纪团队用人源iPS细胞(人工诱导多功能干细胞)诱导制备成功卵原细胞(Oogonia)[1](图1)以及厚生劳动省批准通过京都大学iPS细胞研究所江藤浩之教授团队提交的用iPS细胞来源血小板进行临床试验研究计划申请[2]的重磅消息。

京都大学iPS细胞由来卵原细胞制备流程图

图1 iPS细胞由来卵原细胞制备流程图

齐藤教授团队从iPS细胞诱导成功的卵原细胞是卵细胞分化由来的母细胞形式。本次获得的卵原细胞已经可以进行基因组测序分析,如能再成功分化出卵子,则将极大有助于不孕症机理阐明等生殖医学的促进和发展(图2)。该研究成果已在线发表于2018年9月21日的《Science》科学杂志上[文献1]。

京大团队制备卵原细胞电视报道

图2 京大团队制备卵原细胞电视报道

其实,京都大学研究团队早在2011年和2012年就利用小鼠的iPS细胞成功诱导分化出了精细胞(精子)和卵细胞(卵子)。并且还成功受精孵育出了仔鼠。另外,京大团队还在2015年从人源iPS细胞诱导出更为早期的原始生殖细胞(Primordial Germ Cell, PGC)[文献2],即人体精子和卵子的共同前身。但是,小鼠的原始生殖细胞仅需短短数日即可分化出卵原细胞,人类的这一过程则要长达70天以上。由于分化过程过长,期间细胞死亡率较高,加之培养难度极大,所以该实验迟迟未获成功。

本次,研究团队先将人血细胞来源的iPS细胞诱导出原始生殖细胞,然后取5000个原始生殖细胞与五万个仔鼠卵巢体细胞一起共培养。培养11周后,共计获得约500个左右能够分化成卵母细胞(Oocyte)的正常状态的卵原细胞(图3)。通过多个生殖细胞特有的基因解析比对,所获得的卵原细胞和妊娠9到11周龄胎儿体内的卵原细胞一致。

iPS细胞卵原细胞制备示意图

图3 卵原细胞制备示意图

目前学界普遍认为,女性一生中卵细胞数量是有限且确定的。原始生殖细胞最初分化出了卵原细胞和精原细胞,卵原细胞进而分裂产生卵母细胞,最终再成熟生成卵子。早在胚胎时期,卵原细胞就已经分化出初级卵母细胞,20周左右达到700万个峰值。女婴一出生时约保有200万个,到青春期时约剩40万个。此后每月行经成熟排出一个(极小概率下可能两个)次级卵母细胞,待受精后启动终极分裂为卵子并完成受精过程,至闭经为止一生共约成熟400个卵母细胞。本次实验也为原始生殖细胞可分化出生殖细胞给出了直接明确的证据。

此次,卵原细胞成功制备,下步即剑指卵母细胞和卵细胞。但是出于伦理问题担忧,日本已经明确禁止人工精子和卵子的受精试验。虽然目前不允许直接用于最终治疗,但通过用不孕症女性来源的iPS细胞生成卵子,可以探究不孕症的致病机理,仍然具有深远的医学意义。

之前我们已报道,京都大学江藤浩之教授的研究团队于上月向厚生劳动省递交了基于iPS细胞的血小板对再生障碍性贫血病人进行临床试验计划的申请[3]。9月21日,厚生劳动省再生医疗等评价委员会正式批准了该临床研究计划。这也是继顽固眼疾、心脏病和帕金森氏症之后,日本iPS细胞研究又成功踏进的第四大临床实用领域。该临床试验计划一年内开始启动(图4)。

基于iPS细胞的血小板临床研究示意图

图4 基于iPS细胞的血小板临床研究示意图

供稿 宋傑 东京大学博士
编辑修改 客观日本编辑部

相关文献:
1. Chika Yamashiro, Kotaro Sasaki, Yukihiro Yabuta, Yoji Kojima, Tomonori Nakamura, Ikuhiro Okamoto, Shihori Yokobayashi, Yusuke Murase, Yukiko Ishikura, Kenjiro Shirane, Hiroyuki Sasaki, Takuya Yamamoto, Mitinori Saitou. Generation of human oogonia from induced pluripotent stem cells in vitro. Science, 20 Sep 2018, DOI: 10.1126/science.aat1674
2. Sasaki, K., Yokobayashi, S., Nakamura, T., Okamoto, I., Yabuta, Y., Kurimoto, K., Ohta, H., Moritoki, Y., Iwatani, C., Tsuchiya, H., Nakamura, S., Sekiguchi, K., Sakuma, T., Yamamoto, T., Mori, T., Woltjen, K., Nakagawa, M., Yamamoto, T., Takahashi, K., Yamanaka, S., and Saitou, M. Robust In Vitro Induction of Human Germ Cell Fate from Pluripotent Stem Cells. Cell Stem Cell. 17, 178-194. (2015)

相关链接:
1. 《朝日新闻》2018年9月21日报道 [网址]
2. 《每日新闻》2018年9月21日报道 [网址]
3.【日本iPS细胞研究报告(九)】京都大学篇:申请血小板临床试验 [网址]

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