通过有丝分裂减数分裂（Mitomeiosis）实现人类体细胞染色体倍性减半的实验诱导

为解决不孕症患者缺乏功能性配子的难题，研究人员开展体细胞核移植（SCNT）结合实验性减数分裂（mitomeiosis）的研究，通过将未复制的二倍体体细胞基因组移植到去核人MII期卵母细胞中，诱导染色体随机分离并成功实现倍性减半。该研究证实人工激活可克服受精激活失败，测序分析显示同源染色体随机分离且无交叉重组，最终获得整合体细胞与精子染色体的胚胎。这项研究为体外配子发生（IVG）提供了概念验证，对生殖医学具有重要意义。

　　

不孕症影响着全球数百万人，其中女性因年龄增长导致的卵母细胞质量和数量下降是主要原因。对于缺乏功能性配子的患者，体外受精（IVF）技术无能为力，她们只能通过捐赠配子获得遗传相关后代。体细胞核移植（SCNT）能够将体细胞直接重编程为功能性卵母细胞，但存在二倍体基因组的问题。为解决倍性减少的难题，研究人员探索了一种称为“有丝分裂减数分裂”（mitomeiosis）的实验性减数分裂过程。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，团队将未复制（2n2c）的体细胞基因组移植到去核的人中期II（MII）卵母细胞胞质中，强制其进行分裂。尽管与精子受精，SCNT卵母细胞仍停滞在中期阶段，表明激活失败。使用选择性细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂进行人工激活成功克服了这种停滞，诱导体细胞染色体分离成一个合子原核（PN）和一个极体（PB）。通过测序进行的全面染色体追踪显示，同源染色体分离是随机的，且无交叉重组。平均23条体细胞染色体被保留在合子中，证明实验性将二倍体染色体组减半的可行性。受精的人SCNT卵母细胞经历正常的胚胎细胞分裂，最终发育成整合体细胞和精子来源染色体的胚胎。该研究展示了mitomeiosis在体外配子发生（IVG）中的潜力，但目前仍仅是概念验证，未来临床应用需进一步研究以确保效力和安全性。

研究采用了几项关键技术：使用临床卵巢刺激获取的健康年轻捐赠者的人MII期卵母细胞；体细胞核移植（SCNT）将G0/G1期人成纤维细胞核移植到去核卵母细胞胞质中；人工激活采用电穿孔联合roscovitine（细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂）处理；通过高分辨率偏振光（Oosight）和免疫荧光显微镜监测纺锤体形成与染色体动态；利用定制扩增子测序（Ampliseq）技术进行全染色体追踪和亲本同源染色体区分；单细胞全基因组扩增与测序分析胚胎染色体组成。

De novo spindle formation in human SCNT oocytes

研究人员将G0/G1期人成纤维细胞核移植到去核MII卵母细胞胞质中，发现1小时后SCNT卵母细胞出现核膜破裂（NEBD）和早熟染色体凝集（PCC），2小时后形成双极纺锤体，与对照MII卵母细胞相似。但多数SCNT卵母细胞出现异常纺锤体形态（小、圆或多极），表明体细胞2n2c染色质可直接进入中期，绕过自然S期。

Human SCNT oocytes containing nonreplicated somatic chromosomes remain arrested at metaphase II upon fertilization

受精后，对照MII卵母细胞82.9%挤出PB2并形成两个PN，而SCNT卵母细胞仅23.4%挤出PB且PN形成延迟。所有对照合子卵裂，59%发育为囊胚，而SCNT合子仅25%卵裂并停滞在2细胞阶段，表明自然精子诱导激活不足。

Release from metaphase arrest and chromosome segregation in human SCNT oocytes induced by assisted activation

人工激活（电穿孔+roscovitine）成功诱导SCNT卵母细胞退出MII停滞，68.6%挤出PB，57.7%形成单个PN。受精补充人工激活后，77.9% SCNT卵母细胞挤出PB，76%形成两个PN，但仅8.8%发育为囊胚。证明辅助激活可挽救受精失败，且不影响正常受精与发育。

Chromosome segregation patterns and ploidy reduction in SCNT zygotes following mitomeiosis

Ampliseq分析显示，45.6% SCNT合子未发生染色体分离，其余合子分离模式从3:43到23:23不等。PN中平均保留22.8条体细胞染色体，PB中平均23.3条，表明染色体分配大致均等。同源染色体随机分离（平均10.9对正确分离），无交叉重组，且除8号染色体（母本倾向PN，父本倾向PB）外均无偏好。

Chromosome composition in SCNT embryos produced by mitomeiosis

单细胞测序显示，部分SCNT胚胎染色体数减少（14-23条），含父本、母本或双亲染色体。受精后，囊胚含49、28或27条染色体，所有23条精子同源染色体存在，体细胞染色体数量和来源各异。胚胎可分为均匀型（所有卵裂球染色体组成相同）和嵌合型（卵裂球含精子或体细胞染色体或混合），表明体细胞和精子染色体可整合或分离。

研究结论强调，mitomeiosis可实现体细胞染色体组实验性减半，但同源染色体随机分离且无重组，导致非整倍体胚胎。尽管SCNT合子能恢复胚胎有丝分裂周期，但减数分裂机制复杂（如交叉重组和同源配对）在MII卵胞质中缺失，限制了其模拟自然减数分裂的能力。该研究为IVG提供了新途径，但需进一步优化以确保表观遗传重编程和基因组稳定性，未来临床应用仍面临挑战。