在实验室生成人类男性未成熟精子，Cell Stem Cell：中国学者从人类多能干细胞培育出精原细胞

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

迄今为止，仅有少数研究人员成功利用小鼠皮肤细胞培育出小鼠的卵子和精子。这些细胞经过基因重编程，转化为诱导多能干细胞（iPSC）——即具有“年轻”特性的细胞，其行为类似于胚胎干细胞，并可通过化学或基因手段诱导转化（再分化）为完全不同的细胞类型，例如精子。其中，日本发育生物学家林克彦甚至利用这种方法，成功让两只雄性小鼠产生了后代。

然而，由于不同物种在发育方式上的差异，迄今为止，研究人员一直未能将这些在小鼠身上的成功成果推广到人类或非人灵长类动物身上。此外，研究人类胚胎发育也十分困难，因此，那些试图了解并重现精子和卵子早期发育过程的研究人员只能在黑暗中摸索前行。

人类物种的延续，依赖于生殖细胞的成功发育，以将遗传信息传递给下一代。人类男性生殖细胞在出生前和出生后的整个生命过程中经历一系列发育步骤，最终形成单倍体的精子。

尽管啮齿类动物（例如小鼠）模型历来为雄性生殖细胞分化过程提供了重要信息，但啮齿类动物与灵长类动物的精子发生，在形态和分子层面存在诸多差异。由于生殖细胞发育异常可能导致后代不育或先天性畸形，因此在能够重现人类男性精子发生的系统中理解这一过程的分子基础至关重要。

在这项最新研究中，研究团队首先建立了一种高效的定向分化方法，人类诱导多能干细胞（iPSC）诱导为与体内迁移前阶段灵长类原始生殖细胞高度相似的原始生殖细胞样细胞（PGC-like cell，简称为 PGCLC）。此外，利用睾丸体细胞的自组织能力，研究团队将 9A13 iPSC 来源的 PGCLC 整合到解离的小鼠胎儿睾丸体细胞中，重建了含有 PGCLC 的 3D 睾丸结构，其能够与小鼠胎儿睾丸体细胞自组织形成异源重构睾丸（xrTestis）内的生精小管样结构，该结构可在气液界面（ALI）培养系统中长期维持。尽管 PGCLC 在这一微环境中成熟为与增殖期前精原细胞（M prospg）及进一步的初级过渡期前精原细胞（T1 prospg）高度相似的细胞，但诱导效率较低，且培养 80 天后睾丸组织结构受损，这可能归因于缺乏血液供应。因此，无法获得超过 T1 prospg 阶段的生殖细胞。

为克服这一问题，研究团队将异种重构睾丸（xrTestis）移植到免疫缺陷小鼠中，让其在小鼠肾脏中的微型肾包膜中进一步发育，从而实现了更可持续的睾丸结构重建，高效生成了直至减数分裂起始阶段的雄性生殖细胞，并获得了包括具有前期粗线期 PIWI 相互作用 RNA（piRNA）生物发生的精原细胞，以及分化中的精原细胞和罕见的前期细线期精母细胞，这些细胞在转录组和表型上与体内对应细胞高度相似。这为评估驱动生殖系发育至前期细线期精母细胞阶段的机制提供了宝贵模型。

由于人类生殖细胞的功能验证受到伦理限制，建立非人灵长类动物模型至关重要。鉴于恒河猴已被确立为研究人类精子发生的重要模型，研究团队采用类似策略，将恒河猴 iPSC 经由胎儿生殖细胞阶段分化为精原细胞和分化中的精原细胞，首次建立了 iPSC 来源的恒河猴精原细胞。该系统提供了与人类平行的细胞群体，可用于研究男性生殖细胞发育，为不孕症再生医学的临床前和临床转化路径奠定了坚实基础。

将小鼠睾丸中的非生殖细胞（蓝色）与未成熟的恒河猴精子细胞（红色和绿色）混合，并将其移植到小鼠肾脏上肾包膜中，移植一个月后，这些细胞已自行组织成睾丸中的生精小管样结构。

• 人类和恒河猴的诱导多能干细胞在睾丸重建后可生成精原细胞；
• 诱导的生殖细胞与小鼠体细胞共同形成异种重建睾丸；
• 分化后的生殖细胞重现了体内表型和转录组特征；
• iPSC 来源的精原细胞表达前细线期 piRNA。

虽然该研究尚未培育出成熟的人类精子（在启动减数分裂前就停止发育），但这已是目前最接近人体真实精子发生的体外重建模型，可用于研究人类精子发育的早期阶段，并探寻男性不育的原因，也标志着人类朝着在实验室中制造出成熟精子的方向迈出的重要一步。

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(26)00229-8

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