专访李劲松：七个月成就一项理论概念新突破

　　

生物通报道：理论概念上的突破对于自然科学发展而言，至关重要，如果有哪个学科只在传统理论上原地踏步，那么肯定无法向前发展，正所谓逆水行舟，不进则退。

近期来自中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所的李劲松和徐国良领导的研究团队就取得了这样一项理论概念上的重要突破——首次建立了来自孤雄囊胚的单倍体胚胎干细胞系，而且这些细胞保持了一定水平的雄性印记，并进一步验证了这些细胞能够代替精子在注入卵母细胞后产生健康的小鼠。

这项成果发表在国际顶级期刊《Cell》杂志上，正如李劲松老师所说的那样，之所以选择了这一杂志，又被杂志接受了，原因就在于这项成果“不仅具有潜在的应用前景，而且是理论概念上的一项重要突破”。

那么这项成果到底具有什么理论概念上的突破意义？又有哪些未来临床应用前景？这项成果从开始做实验到文章发表仅仅花了7个月的时间，这么短的时间内他们是如何完成的呢？为了更深入的了解这些内容，生物通特联系了李劲松老师，就相关问题请教了他。

（李劲松老师，图片来源：李劲松老师）

生物通：关于单倍体的应用，我们比较熟知的是在育种方面的应用，去年英国的科学家培育出来单倍体胚胎干细胞，但却未能更进一步，您的研究组是如何领先于其他团队，获得这一重要成果的呢？进行这项研究主要存在哪些方面的困难？

李劲松研究员（以下简称李）：只是没有进一步的文章出现，并不代表没有进一步的研究。与去年两篇单倍体胚胎干细胞不同的是，他们制备的是孤雌来源的细胞，我们制备的是孤雄来源的。孤雌的只需对卵子进行孤雌激活即可，而孤雄的需要进行核移植。

我们实验室具有非常好的小鼠胚胎显微操作体系，包括小鼠的核移植。另外，强强合作也是此次工作顺利得以完成（开始做实验到文章发表花了7个月）的重要保障，我们和徐国良研究员实验室以及生命科学信息中心李党生研究员在过去的7个月时间内密切合作，使这一课题顺利完成。还有一个重要因素是学生的刻苦勤奋（包括第一作者杨辉，施霖宇，王邦安等）。

生物通：您采用的是AG-haESCs单倍体胚胎干细胞，这种细胞具有什么特点？

李：我们建立的是AG-haESCs是来自精子的，因此，这些细胞具有一定的精子特征，包括具有一定的雄性印迹；另外，这些细胞能够在体外进行传代，具有多能性；可以代替精子在注入卵子后获得健康小鼠；可以用于基因打靶。

生物通：当这些单倍体胚胎干细胞与卵母细胞结合的时候，有多少胚胎能培育成健康小鼠呢？其中的决定因素是什么？

李：有5%左右的注射卵母细胞能够发育成小鼠，其中有一半的小鼠是健康的，另一半则表现出发育不健全。主要的因素可能是AG-haESCs只是具有部分的精子特征，因此不能像正常精子一样注入卵母细胞后达到20-30%的发育到期的效率。另外，AG-haESCs是一种混合状态，部分细胞具有好的精子特征，注入后能够形成健康的小鼠；部分细胞具有不好的精子特征，注入后形成发育缺陷的小鼠（我们已经观察到雄性印迹基因H19的异常表达可能是细胞注入后导致发育缺陷的一个关键原因）。

生物通：灵长类动物模型不容易建立，其主要原因是什么呢？在这方面，单倍体胚胎干细胞具有哪些优势呢？这种细胞今后在人类临床生育问题上将扮演什么角色呢？

李： 灵长类动物模型建立有一定困难，主要原因可能是灵长类胚胎来源少，胚胎操作相关技术不够完善。最近（今年1月的CELL文章)证明猴子的胚胎干细胞注入猴子的囊胚中后不能形成嵌合猴子，这使得通过传统基因打靶技术建立猴子模型变得不可能。这样的话，如果能够在猴子中建立孤雄单倍体胚胎干细胞，然后注入猴子卵母细胞后获得后代，这为灵长类模型研究提供了一条崭新的途径。

在人上的应用还为时过早，但是，一旦所有条件均已成熟，单倍体孤雄胚胎干细胞系为治疗男性携带的遗传疾病提供了一种新的方法。

生物通：有人称这种细胞为“人造精子”，您认为可以这样说吗，如果可以，这种“人造精子”与之前研制出的“人造精子”有何区别呢？这是否还会涉及到一些伦理问题？

李：一定程度上，由于AG-haESCs可以替代精子，注入卵母细胞后获得健康小鼠，因此可以称为“人造精子”。

之前的“人造精子”主要是通过组织干细胞或胚胎干细胞在体外定向分化为精子，因此这种“人造精子”一旦产生仍然不能培养和继续分裂。因此，我们制备的“人造精子”与之前的完全不同。

如果将这些细胞应用在人的繁殖上，会存在一定的伦理问题。

生物通：相对于Nature和Science杂志，Cell杂志专业性更强，您为何选择投递到这一刊物呢？这项研究的重要性不言而喻，除了这方面，您认为这项成果中还有哪些内容打动了杂志编辑呢？

李：我们认为AG-haESCs的建立，不仅具有潜在的应用前景，而且是理论概念上的一项重要突破，我想这是我们选择CELL的重要原因，也是打动杂志编辑的重要原因。

欲了解李劲松实验室更多信息，请参阅：http://sourcedb.sibs.cas.cn/zw/rck/200906/t20090629_1856123.html

（生物通：王蕾）

原文摘要：Generation of Genetically Modified Mice by Oocyte Injection of Androgenetic Haploid Embryonic Stem Cells

Haploid cells are amenable for genetic analysis. Recent success in the derivation of mouse haploid embryonic stem cells (haESCs) via parthenogenesis has enabled genetic screening in mammalian cells. However, successful generation of live animals from these haESCs, which is needed to extend the genetic analysis to the organism level, has not been achieved. Here, we report the derivation of haESCs from androgenetic blastocysts. These cells, designated as AG-haESCs, partially maintain paternal imprints, express classical ESC pluripotency markers, and contribute to various tissues, including the germline, upon injection into diploid blastocysts. Strikingly, live mice can be obtained upon injection of AG-haESCs into MII oocytes, and these mice bear haESC-carried genetic traits and develop into fertile adults. Furthermore, gene targeting via homologous recombination is feasible in the AG-haESCs. Our results demonstrate that AG-haESCs can be used as a genetically tractable fertilization agent for the production of live animals via injection into oocytes.

作者简介：

李劲松
1993年7月毕业于江西农业大学畜牧兽医系，获理学学士学位；1996年7月毕业于扬州大学畜牧兽医学院，获理学硕士学位；2002年7月毕业于中国科学院动物研究所，获理学博士学位；2002年8月至2007年7月在美国洛克菲勒大学从事博士后研究；2007年8月起任中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员，研究组长。

体细胞重编程(somatic reprogramming)指的是分化的体细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态，或者形成胚胎干细胞系，或者进一步发育成一个新的个体的过程。诱导体细胞重编程的方法有许多，如核移植、细胞融合、细胞提取物诱导、化学诱导以及分子调控诱导等。但到目前为止，唯一能诱导体细胞产生有功能个体的重编程的方法只有核移植，其他的方法只能在细胞、分子或生化水平上产生诱导。然而所有这些诱导体细胞重编程的技术都很不成熟，效率很低，体细胞重编程的机制还不清楚。虽然如此，但是体细胞重编程却有着非常广泛的应用前景，不仅在基础理论研究中，而且在应用研究中，例如家畜繁殖、动物保护以及人口健康等领域都有着重要的作用。因此，研究体细胞重编程的机制，提高重编程的效率以及开展体细胞重编程的应用研究显得尤为必要和紧迫。主要从事完善核移植诱导体细胞重编程的方法，提高核移植的效率，探讨体细胞重编程的机制，建立新的诱导体细胞重编程的方法，开展体细胞重编程的应用研究。