来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
哺乳动物雄性生殖细胞发育由三个不同的阶段组成：原始生殖细胞 (PGC) 发育、雄性生殖细胞规范以及随后的精子发生。
2021年9月7日，京都大学Mitinori Saitou团队在CellStemCell在线发表题为“In vitro reconstitution of the whole male germ-cell development from mouse pluripotent stem cells”的研究论文，该研究展示了多能干细胞 (PSC) 对整个雄性生殖细胞发育的体外重建。小鼠胚胎干细胞 (mESCs) 被诱导成 PGC 样细胞 (mPGCLCs)，这些细胞被扩增以进行表观遗传重编程。
在优化条件下重建的睾丸中，这种 mPGCLCs 分化为具有适当发育转变、基因表达和细胞周期动力学的精原细胞样细胞，并作为具有适当雄激素表观基因组的生殖干细胞样细胞 (GSCLCs) 稳健扩增。重要的是，GSCLCs 显示出旺盛的精子发生，不仅在体内移植到睾丸中，而且在睾丸移植的体外培养下，产生的精子细胞有助于生育后代。通过结合对雄性生殖细胞发育三个阶段的忠实概括，该研究为 PSC 的体外雄性配子发生创造了一个范例。
雄性生殖细胞发育涉及复杂的分化过程，最终产生单倍体配子，即精子。此过程中的障碍会导致异常精子的产生或无法完全产生精子，从而导致后代发育/生理异常或不育。包括胚胎干细胞 (ESC) 和诱导 PSC (iPSC) 在内的多能干细胞 (PSC) 对雄性生殖细胞发育的体外重建已被视为发育生物学/生殖医学的一个关键目标，人们可以借此探索以易于获取的方式了解男性生殖细胞发育的机制，并开发新的医学干预措施。
尽管有报告描述了从小鼠胚胎干细胞 (mESCs) 体外产生单倍体精子细胞，但所报告的程序没有说明关键的中间生理过程，并且与体内时间框架不一致。因此，以忠实于发育和生理学的方式建立体外重建雄性生殖细胞发育的方法仍然是一个关键的挑战。
文章模式图（图源自Cell Stem Cell）
雄性生殖细胞发育由三个不同的阶段组成：第一阶段开始于原始生殖细胞 (PGC) 的规范及其分化为具有表观遗传重编程的生殖细胞；第二阶段涉及雄性性别决定（即，生殖细胞到促精原细胞的分化）和随后的精原细胞/精原干细胞 (SSC) 的分化，并获得雄激素表观基因组。这个阶段在有丝分裂停滞期间进行。第三阶段是来自精原细胞/SSC 的精子发生，通过减数分裂和精子发生产生单倍体精子，并在整个生命周期中持续。
在小鼠中，第一阶段发生在胚胎日 (E) ~ E11.5，并且已经通过由 mPSCs 诱导的小鼠 PGC 样细胞 (mPGCLCs) 的诱导和扩增而重组。第三阶段发生在出生后第 5-7 天之后，更强烈的是在青春期之后，并通过新生儿睾丸片段的离体培养进行了概括。相比之下，从~E11.5 到~P5-P7 的第二阶段的重建一直具有挑战性：尽管 mPGCLCs 与胚胎睾丸体细胞 (rTestes) 的重新聚集培养将 mPGCLCs 分化为精原细胞样细胞可以作为 GSC 样细胞 (GSCLC) 繁殖，与体内过程相比，分化过程显著延长/效率较低，并且由于雄激素表观基因组获取不当，所得 GSCLC 显示出精子发生能力有限。因此，第二阶段重建的改进是一个关键要求，当与第一和第三阶段重建相结合时，可以在体外导致从 PSC 到精子细胞的整个雄性生殖细胞发育重建。
在这里，基于这一基本原理，该研究着手改进 rTestes 的第二阶段重建，建立一种方法，以准确概括体内发育途径的方式将精原细胞样细胞与 mPGCLC 区分开来。因此，源自此类精原细胞样细胞的 GSCLC 显示出适当的转录和表观遗传编程，并且在移植到不育小鼠的睾丸中后，以及在此类移植睾丸的体外培养下，几乎 100% 的精子发生都有贡献；由此产生的精子细胞有助于正常的后代。因此，该研究工作为 PSC 对整个雄性生殖细胞发育的体外重建提供了原理证明。
参考消息：
https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(21)00342-8
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