撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

多能干細(xì)胞技術(shù)和動物克隆技術(shù)為再生醫(yī)學(xué)的突破奠定了基礎(chǔ)，推動了轉(zhuǎn)基因動物模型、哺乳動物胚胎體外模型以及干細(xì)胞衍生類器官的發(fā)展，同時也促進(jìn)了細(xì)胞療法和異種移植等臨床應(yīng)用的進(jìn)步。 然而，它們的潛力受到基因組印記不穩(wěn)定性的限制，這會導(dǎo)致克隆胚胎死亡，阻礙胚胎干細(xì)胞（ESC）產(chǎn)生存活的后代，并降低誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）的多能性。因此，解決這種不穩(wěn)定性，能夠顯著提高這些技術(shù)的有效性和應(yīng)用范圍。

幾年前，周琪、李勁松、胡寶洋、李偉等通過在卵母細(xì)胞來源的單倍體胚胎干細(xì)胞（ESC）中靶向關(guān)鍵印記位點(diǎn)（Igf2-H19、Dlk1-Dio3 和 Rasgrf1）的配子差異甲基化區(qū)域（gDMR），在小鼠雙母本生殖（孤雌生殖）方面取得了重大進(jìn)展。這種方法糾正了印記缺陷，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生可存活的后代，并實(shí)現(xiàn)了精確的單等位基因編輯。這也為哺乳動物廣泛的染色體改造奠定了基礎(chǔ)，極大地推動了動物基因工程的發(fā)展。

我們經(jīng)常在低等脊椎動物中觀察到自發(fā)孤雌生殖現(xiàn)象，然而，至今尚未在脊椎動物中發(fā)現(xiàn)自發(fā)雙父本生殖（孤雄生殖）現(xiàn)象，更不用說哺乳動物了。

事實(shí)上，在沒有引入基因改造的情況下，人工構(gòu)建的雙父本和雙母本哺乳動物胚胎均無法存活。此外，雙父本胚胎的發(fā)育失敗時間甚至比雙母本胚胎還要早。這表明，印記異常可能會嚴(yán)重阻礙雙父本胚胎的發(fā)育。因此，建立一種雙父本生殖方法，能夠顯著提高干細(xì)胞衍生胚胎的發(fā)育能力，從而滿足再生醫(yī)學(xué)中對更復(fù)雜和定制化基因改造日益增長的需求。

2025 年 1 月 28 日，中國科學(xué)院動物研究所李偉、周琪、李治琨及中山大學(xué)駱觀正作為共同通訊作者，在 Cell 子刊Cell Stem Cell上發(fā)表了題為： Adult bi-paternal offspring generated through direct modification of imprinted genes in mammals 的研究論文 。

在此前的研究中，研究團(tuán)隊(duì)對雙父本胚胎中父本單親二體導(dǎo)致死亡的全部七個印記區(qū)域進(jìn)行了修改。然而，這些胚胎仍然表現(xiàn)出嚴(yán)重異常，并且仍然無法存活。

這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一個關(guān)鍵問題： 印記基因是否是哺乳動物雙父本生殖的唯一障礙？

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)探索了多種印記校正策略，包括移碼突變、基因缺失以及調(diào)控區(qū)域編輯。

利用存在嚴(yán)重印記缺陷且通常無法存活的雙父本小鼠胚胎，研究團(tuán)隊(duì)在 20 個關(guān)鍵印記位點(diǎn)引入了移碼突變、基因缺失和調(diào)控區(qū)域編輯，制定出了一種策略，能夠有效解決雙父本胚胎中最嚴(yán)重的發(fā)育缺陷。這種方法通過胚胎干細(xì)胞互補(bǔ)、單倍體細(xì)胞核注射以及體細(xì)胞核移植（SCNT）， 最終成功培育出了能夠完全成年的雙父本小鼠 （孤雄小鼠） 。

這項(xiàng)研究結(jié)果也證實(shí)了 ，印記異常是哺乳動物單性生殖的主要障礙，并展示了迄今為止在哺乳動物基因組全面且精準(zhǔn)的修飾方面所達(dá)到的新高度。此外，該方法 還能顯著改善胚胎干細(xì)胞和克隆動物的發(fā)育結(jié)局，為再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展開辟了充滿希望的新途徑。

值得一提的是，與研究團(tuán)隊(duì)之前構(gòu)建的孤雌小鼠相比，這些孤雄小鼠與它們存在一些顯著差異，孤雄小鼠體重更大、表現(xiàn)出更強(qiáng)的探索欲，但壽命更短（孤雌小鼠比正常小鼠壽命長，而孤雄小鼠比正常小鼠壽命短）。

此外，這些孤雄小鼠的存活率依然較低，只有 11.8% 的存活胚胎能夠發(fā)育到出生，由于發(fā)育缺陷，并不是所有出生的幼鼠都能活到成年，大多數(shù)活到成年的孤雄小鼠壽命較短（約為正常小鼠壽命的60%），且活到成年的孤雄小鼠是不育的。

中國科學(xué)院動物研究所李偉、周琪、李治琨及中山大學(xué)駱觀正為論文共同通訊作者，中國科學(xué)院動物研究所李治琨、王立賓、王樂韻、孫雪寒、馬思楠、趙玉龍及中山大學(xué)任澤慧為論文共同第一作者。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00005-0