“人造睾丸”来了！日本团队用干细胞在试管中培育出可育精子

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在生命科学领域，一项突破性研究正在重新定义人类对生殖机制的理解。日本大阪大学医疗生命科学前沿研究所（WPI-PRIMe）的研究团队，通过小鼠多能干细胞在体外成功重建了睾丸微环境，并诱导出具有完整生育能力的精子。2月26日，这项发表于顶级学术期刊《Science》的最新成果，不仅揭示了性别决定的核心机制，更标志着体外配子发生技术（IVG）迈出了从理论到应用的关键一步。

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哺乳动物的性别决定长期以来被视为发育生物学的“黑箱”。传统观点认为，Y染色体上的Sry基因启动睾丸决定，而XX染色体则默认发育为卵巢。然而，这个过程如何在分子层面精准调控，以及体细胞与生殖细胞如何协同完成性别分化，始终缺乏系统性研究平台。研究团队采用携带性别特异性报告基因（Sox9-GFP和Foxl2-tdTomato）的小鼠胚胎干细胞，首次在培养皿中重现了性腺体细胞的双向分化过程。

通过调控BMP和Wnt信号通路，研究者成功诱导出具有功能的类睾丸体细胞（TesLCs）。这些细胞不仅形成类似生精小管的三维结构，还分泌关键性激素（如抗苗勒氏管激素AMH）和类固醇合成酶HSD3B。单细胞转录组分析显示，TesLCs的分化轨迹与体内发育高度一致，其中Sry、Sox9、Dmrt1等睾丸决定基因的表达时序与小鼠胚胎第12.5天的睾丸组织完全吻合。

当TesLCs与原始生殖细胞样细胞（PGCLCs）共培养时，奇迹发生了。PGCLCs依次经历精原细胞、精母细胞阶段，并启动减数分裂——这一过程过去只能在体内完成。研究团队进一步从类器官中分离出具有无限增殖能力的精原干细胞样细胞（GSCLCs），这些细胞移植到无精子症小鼠睾丸后，成功产生功能性精子。通过卵胞浆内单精子注射（ICSI），这些精子使野生型卵子受精，最终诞生16只健康后代，其中25%的胚胎成功发育至成年并具备生育能力。

研究摘要

更令人震惊的是，该体系揭示了性别决定的不对称性：虽然Y染色体是睾丸体细胞分化的必要条件，但携带Y染色体的体细胞仍可支持卵子发育。当XY类卵巢体细胞（FOSLCs）与XX PGCLCs共培养时，形成的卵泡质量与XX对照组相当，且能产生可受精的MII期卵子。这暗示着哺乳动物性别决定存在“双轨制”——体细胞性别路径严格依赖染色体，而生殖细胞则保留更强的可塑性。

这项研究的创新性体现在三个维度：

时空精准性：通过氧浓度（40%）和信号通路（BMP/Wnt抑制剂）的精细调控，重现了胚胎睾丸发育的时空动态。高氧环境促进类固醇合成细胞（如Leydig细胞）的成熟，而Wnt抑制剂IWR1和IWP2的组合使用，使SG（Sox9-GFP）阳性细胞比例提升至82%；

代谢重构：类睾丸器官中，精原细胞的线粒体质量较对照组增加2.3倍，基础耗氧率提升1.8倍，这种代谢增强确保了生殖细胞在体外环境的能量供给；

微环境模拟：通过PDGFRα+间质细胞、α-SMA+肌样细胞和层粘连蛋白基底膜的三维构建，完美复现了体内生精小管的物理支撑与信号传递体系。

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这项技术的潜在应用价值体现在：

濒危物种保护：无需胚胎组织即可从多能干细胞获得功能性配子，为大熊猫、雪豹等濒危动物繁殖提供新路径；

男性不育治疗：为无精症患者提供自体精子再生方案，避免供体依赖；

药物筛选平台：利用类器官模型快速评估环境毒素、抗癌药物对生殖系统的长期影响。

研究团队已建立11个稳定传代的GSCLC系，每个细胞系可在体外扩增超过50代（约150天），且保持正常的核型（46,XY）。单细胞测序证实，这些细胞的转录组特征与体内精原干细胞高度一致，包括关键标志物CD9、ITGA6和KIT的持续表达。

尽管前景广阔，该技术仍面临三大挑战：减数分裂完成度：目前体外诱导的精子仅完成减数分裂前期，需结合微流控芯片技术优化染色体分离；表观遗传重编程：类器官来源的配子是否保留正常的甲基化印记，仍需通过跨代实验验证；物种间差异：人类与小鼠的性腺发育时序存在显著差异，如人类SRY基因的表达窗口期比小鼠长3倍，这要求对培养条件进行物种特异性调整。

我们正站在生殖生物学革命的起点。这项技术不仅为理解生命起源提供了工具，更可能彻底改变人类辅助生殖和畜牧业育种的未来。随着类器官培养体系的持续优化，或许在不久的将来，试管孕育生命将从科幻走进现实。

参考

Yoshino, Takashi, et al. "Reconstitution of sex determination and the testicular niche using mouse pluripotent stem cells." Science 391.6788 (2026): eaea0296.