喬治·丘奇創(chuàng)造首個人類卵巢類器官，可支持卵子成熟，為治療不孕癥/卵巢癌等生殖系統(tǒng)疾病開辟新道路

作者|王聰 來源|生物世界(ID：ibioworld)

卵巢負(fù)責(zé)形成人類和其他哺乳動物生殖所需的卵子。在卵巢中發(fā)育成熟后，卵子就會被釋放到輸卵管中，在那里它可能會與精子相遇并完成受精作用。然而，目前科學(xué)家們對于卵子是如何在卵巢中形成的還知之甚少。這很大程度上是因?yàn)槁殉搽y以獲取，因此很難在卵巢上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

卵巢的發(fā)育需要生殖細(xì)胞和幾種類型的體細(xì)胞的結(jié)合。其中，顆粒細(xì)胞在卵泡形成和支持卵子發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。盡管已有從人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSC）中誘導(dǎo)生成人原始生殖細(xì)胞樣細(xì)胞（hPGCLC）的有效方案，但生顆粒細(xì)胞的方法一直難以捉摸。

卵子發(fā)生是女性生殖的核心過程，其基本功能單位是卵巢中的卵泡，因此，如果能從hiPSC中構(gòu)建全人源卵泡體外模型，將極大地促進(jìn)女性生殖、表觀遺傳學(xué)和人類發(fā)育研究。

2023年2月21日，哈佛大學(xué)喬治·丘奇（George Church）團(tuán)隊(duì)在 eLife 期刊發(fā)表了題為：Directed differentiation of human iPSCs to functional ovarian granulosa-like cells via transcription factor overexpression 的研究論文。

該研究將人類iPSC細(xì)胞定向分化為有功能的、全人源卵巢類器官，能夠支持卵細(xì)胞成熟、發(fā)育卵泡并分泌性激素。這一卵巢類器官無需從患者體內(nèi)獲取卵巢組織的情況下用于研究人類卵巢生物學(xué)，以及開發(fā)治療不孕癥、卵巢癌等疾病的新療法。

據(jù)悉，該技術(shù)已經(jīng)授權(quán)給了一家名為 Gameto 的生物技術(shù)公司，該公司正在使用這一卵巢類器官技術(shù)開發(fā)治療女性生殖系統(tǒng)疾病的新療法。

之前的研究顯示，激活iPSC中的特定轉(zhuǎn)錄因子可以使其再分化為顆粒細(xì)胞。在這項(xiàng)研究中，喬治·丘奇實(shí)驗(yàn)室根據(jù)之前的研究和遺傳數(shù)據(jù)找到了35個可能與顆粒細(xì)胞形成有關(guān)的35個轉(zhuǎn)錄因子，然后對它們進(jìn)行隨機(jī)組合測試。

結(jié)果顯示，同時過表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子NR5A1和RUNX1，或同時過表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子NR5A1和RUNX2，能夠讓iPSC再分化為顆粒樣細(xì)胞。這些顆粒樣細(xì)胞具有與人類胎兒卵巢細(xì)胞相似的轉(zhuǎn)錄組，并涵蓋了關(guān)鍵的卵巢表型，包括卵泡形成和類固醇激素生成。

更高效的全人源卵巢類器官構(gòu)建流程

更重要的是，將這些從人iPSC誘導(dǎo)而來的顆粒樣細(xì)胞與同樣從人iPSC誘導(dǎo)而來的人原始生殖細(xì)胞樣細(xì)胞（hPGCLC）結(jié)合，能夠形成卵巢類器官，幫助卵子發(fā)育。

人卵巢類器官中發(fā)育6天（左）和26天（右）的卵泡樣結(jié)構(gòu)

經(jīng)過70天的發(fā)育，人卵巢類器官形成了卵泡結(jié)構(gòu)，其特征是顆粒細(xì)胞環(huán)繞中央空腔排列

這些發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員建立穩(wěn)定的系統(tǒng)來研究顆粒細(xì)胞在人類卵巢中的行為和功能，從而帶來關(guān)于生殖健康的新見解。該卵巢類器官模型系統(tǒng)也將為研究人類卵巢生物學(xué)提供獨(dú)特機(jī)會，有助于促進(jìn)女性生殖健康療法的發(fā)展。

論文共同第一作者 Merrick Pierson Smela 表示，該論文中的構(gòu)建全人源卵巢類器官的方法，比以前構(gòu)建的人/小鼠混合卵巢類器官（其中顆粒細(xì)胞來自小鼠）的方法要快上好幾倍。而且這一全人源卵巢類器官能夠復(fù)制卵巢的許多關(guān)鍵功能，這標(biāo)志著在實(shí)驗(yàn)室研究女性生殖健康的能力向前邁進(jìn)了一大步。在未來，這一技術(shù)還可能進(jìn)一步發(fā)展，幫助那些卵子不發(fā)育或無法存活的女性培育卵子，從而治療不孕癥。

論文共同第一作者、Gameto公司副總裁 Christian Kramme 表示，從iPSC中誘導(dǎo)出顆粒細(xì)胞是一項(xiàng)重大成就，之前已有將人原始生殖細(xì)胞樣細(xì)胞（hPGCLC）與小鼠顆粒細(xì)胞結(jié)合的研究，而這一次，我們有能力做出了全人源卵巢類器官模型，并用其研究卵子的發(fā)育和成熟。

目前，喬治·丘奇實(shí)驗(yàn)室正在繼續(xù)開發(fā)人類卵巢類器官模型，并計(jì)劃整合其他卵巢細(xì)胞類型，包括產(chǎn)生激素的膜細(xì)胞，以更全面地復(fù)制人類卵巢的復(fù)雜功能。他們還希望改進(jìn)培養(yǎng)系統(tǒng)，讓生殖細(xì)胞能夠在其中完全發(fā)育成卵子，以及確定不同轉(zhuǎn)錄因子所需的最佳表達(dá)量。與此同時，Gameto公司也已經(jīng)開始進(jìn)行人類卵子成熟共培養(yǎng)系統(tǒng)的臨床前研究。

Gameto 公司是一家位于紐約和波士頓的生物技術(shù)公司，致力于通過重編程卵巢細(xì)胞重新定義生殖壽命。Gameto 正在建立一個卵巢治療平臺，以逐步解決更年期問題、提高輔助生育能力以及女性不孕癥問題。該公司于2020年和2022年分別完成了300萬美元的種子輪融資和2000萬美元的A輪融資。

Gameto 公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Dina Radenkovic

卵巢的衰老速度比身體其他器官快5倍，這增加了女性不孕、更年期提前和健康狀況不佳的時間。卵巢快速衰老的特征，使其成為研究人類衰老的極佳模型。在人體其他器官還未衰老時，卵巢已經(jīng)提前衰老，這在一定程度上導(dǎo)致了我們現(xiàn)在面臨的社會和人口問題。鑒于人類整體健康壽命和壽命的顯著增加，這種卵巢快速衰老的問題值得我們?nèi)ソ鉀Q。

Gameto 公司希望通過重編程技術(shù)減緩卵巢的衰老速度，將其與肝臟、大腦或皮膚等其他器官的衰老速度同步，從而改善輔助生殖結(jié)果、測試和開發(fā)治療卵巢疾病的藥物、降低更年期醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

參考資料：

https://www.gametogen.com/

https://elifesciences.org/articles/83291

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號：生物世界(ID：ibioworld)，作者：王聰