摘要：2023年，中国科学家于《细胞与细胞》杂志发表的开创性研究，成功培育出双亲均为雄性且存活至成年的小鼠，这一成果对哺乳动物同性生殖的传统生物学限制发起挑战，为生殖生物学与遗传学研究开辟新方向。本论文详尽阐述实验的技术路径、关键发现、局限性，深入探讨其在伦理和未来

中国研究人员成功培育存活至成年的 “双父” 小鼠：技术突破与生物学挑战

摘要：2023年，中国科学家于《细胞与细胞》杂志发表的开创性研究，成功培育出双亲均为雄性且存活至成年的小鼠，这一成果对哺乳动物同性生殖的传统生物学限制发起挑战，为生殖生物学与遗传学研究开辟新方向。本论文详尽阐述实验的技术路径、关键发现、局限性，深入探讨其在伦理和未来应用方面的潜在影响，旨在全面剖析该研究的科学意义与社会价值。

关键词：双父小鼠；基因编辑；胚胎工程；基因组印记；伦理

一、引言

在自然界中，哺乳动物的有性生殖遵循着严格的规律，雌雄配子的结合是生命起始的关键步骤。基因组印记作为一种特殊的表观遗传现象，使得父源和母源的特定基因在胚胎发育过程中呈现出不同的表达模式，这种差异对于胚胎的正常发育至关重要。正是由于基因组印记的存在，同性生殖在自然条件下几乎是不可能实现的。

此前，科学家们通过不懈努力，利用单倍体胚胎干细胞和基因编辑技术，成功培育出了 “双母” 小鼠，这一成果在生殖生物学领域引起了广泛关注。然而，“双父” 小鼠的培育一直面临着更大的挑战，因为其需要克服更多复杂的生物学障碍。

中国科学院与中山大学的研究团队凭借创新的基因修饰与胚胎操作技术，首次成功培育出存活至成年的 “双父” 小鼠，这无疑是生殖生物学领域的一项重大突破。但与此同时，研究结果也显示出双父生殖在发育效率和生理功能方面存在显著缺陷，这促使我们对该技术进行更深入的探讨和研究。

二、研究背景

（一）基因组印记与哺乳动物生殖

基因组印记是指在配子或受精卵发生期间，来自亲本的等位基因或染色体在发育过程中产生专一性的加工修饰，导致后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达活性。在哺乳动物的生殖过程中，基因组印记对胚胎发育起着关键的调控作用。父源和母源基因组印记的平衡是胚胎正常发育的基础，任何一方的失衡都可能导致胚胎发育异常甚至死亡。

（二）同性生殖研究的进展

“双母” 小鼠的成功培育为同性生殖研究带来了曙光。科学家们通过对单倍体胚胎干细胞进行基因编辑，去除特定的印记基因，使得两个母源基因组能够在胚胎发育过程中协同工作，最终实现了 “双母” 小鼠的诞生。然而，“双父” 小鼠的培育面临着更为复杂的问题，因为雄性生殖细胞缺乏一些在胚胎发育中至关重要的母源印记基因，且雄性基因组印记的调控机制更为复杂。

三、实验方法

（一）实验设计与技术路径

去核与囊胚操作：首先，从雌性小鼠获取卵母细胞，并通过精密的显微操作技术去除其细胞核。随后，将雄性小鼠的精子细胞核移植到去核的卵母细胞中，形成一个特殊的 “人工卵细胞”。接着，利用另一只雄性小鼠的精子对该 “人工卵细胞” 进行体外受精，从而构建出双父来源的胚胎。

基因编辑与印记调控：研究团队运用CRISPR - Cas9技术，对20个与胎盘发育、胚胎生长调控及代谢平衡等关键生理过程密切相关的印记基因进行敲除操作。具体包括7KO、15KO、18KO、19KO和20KO等不同组合，旨在通过基因编辑来模拟自然生殖中的基因组印记平衡，为双父胚胎的正常发育创造条件。

胚胎移植与发育监测：将经过基因修饰的双父囊胚移植到代孕母鼠的子宫内，建立起胚胎发育的体内环境。在胚胎发育的整个过程中，持续对胚胎存活率、出生率以及成年后的生理状态进行密切跟踪和监测，以获取全面而准确的实验数据。

（二）实验分组

为了深入评估不同基因修饰对胚胎发育的影响，研究设置了多个实验组，分别采用不同的基因敲除组合（如7KO、15KO等），同时设立野生型小鼠作为对照组。通过对比不同组别的实验结果，分析基因修饰在双父胚胎发育过程中的作用机制。

四、实验结果

（一）胚胎发育效率低下

实验数据显示，在双父胚胎的发育过程中，仅有11.9%的胚胎能够成功发育至出生阶段，这一比例远低于自然受精胚胎通常超过80%的存活率。这一结果表明，尽管基因编辑技术在一定程度上克服了部分印记障碍，但双父胚胎的发育潜力仍然受到严重限制，其发育过程中可能存在诸多尚未解决的生物学问题。

（二）成年小鼠的生理缺陷

不育与体型异常：所有存活至成年的双父小鼠均表现出完全不育的特征，这对于其生殖功能的正常发挥是一个巨大的障碍。此外，这些小鼠的体型仅为普通小鼠的30%，呈现出明显的体型异常。研究人员推测，这种不育和体型异常可能与生殖细胞发育异常或激素调控缺陷密切相关，需要进一步深入研究其内在机制。

代谢与行为差异：部分双父小鼠在代谢和行为方面也表现出明显的差异，例如活动能力下降和代谢速率减缓等。这些现象提示双父小鼠的生理功能可能存在多方面的异常，但其具体的分子机制和调控网络仍有待进一步探索和解析。

（三）基因修饰的关键作用

在对20个敲除的印记基因进行分析时发现，7KO组合显示出相对较高的胚胎存活率。这一结果暗示这7个基因可能在胎盘形成过程中发挥着核心作用，对胚胎的早期发育至关重要。然而，多基因敲除的复杂性也带来了一些不可预测的副作用，可能会影响胚胎的正常发育和成年小鼠的生理功能。

五、讨论

（一）技术突破与生物学意义

本研究的成功首次证明，通过大规模的基因编辑技术，可以在一定程度上模拟自然生殖中的基因组印记平衡，使得双父生殖在哺乳动物中成为可能。这一突破为深入理解哺乳动物的生殖机制提供了全新的视角，尤其是在印记基因功能与胚胎发育的关联性方面，为后续的研究奠定了坚实的基础。

（二）局限性分析

发育效率瓶颈：极低的胚胎存活率表明，目前的技术手段尚未完全解决双父生殖所面临的生物学障碍。可能需要进一步优化基因靶点的选择，寻找更为精准的基因编辑策略，或者引入表观遗传调控手段，以提高双父胚胎的发育效率和成功率。

生理功能缺陷：双父小鼠出现的不育、体型异常以及代谢和行为差异等生理功能缺陷，提示其基因组可能存在系统性失衡。这种失衡可能涉及到未被编辑的次要印记基因，或者非编码RNA等其他调控因子的异常调控。未来的研究需要深入探究这些潜在的调控机制，以解决双父小鼠生理功能方面的问题。

（三）伦理与应用前景

动物模型的价值：双父小鼠作为一种独特的动物模型，为研究基因组印记和同性生殖提供了宝贵的资源。通过对双父小鼠的深入研究，可以进一步揭示基因组印记的调控机制，以及同性生殖过程中存在的生物学问题。然而，由于其存在明显的生理缺陷，目前在遗传学基础研究之外的直接应用受到一定限制。

人类生殖的伦理争议：尽管研究人员明确表示该技术在短期内不适用于人类，但从长远来看，其潜在的可能性已经引发了广泛的伦理争议。一方面，这项技术可能为一些特殊的生殖需求提供解决方案，但另一方面，也可能引发一系列伦理、法律和社会问题，如对人类自然生殖秩序的挑战、技术滥用的风险等。因此，在探索该技术的应用前景时，必须严格遵循伦理原则，确保技术的合理使用和可持续发展。

六、结论

中国研究团队在 “双父” 小鼠培育领域取得的突破性进展，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。通过基因编辑与胚胎工程技术，成功克服了哺乳动物同性生殖的部分生物学限制，为生殖生物学和遗传学研究开辟了新的道路。

然而，目前的研究也暴露出双父生殖在发育效率和生理功能方面存在的重大问题，需要进一步深入研究和技术优化。未来的研究应聚焦于优化基因修饰策略，深入解析印记网络的动态调控机制，同时在严格的伦理框架下，谨慎探索其潜在的应用场景。只有这样，才能在推动科学技术进步的同时，确保其符合伦理道德和社会发展的需求。

在未来的研究中，还可以考虑开展多学科交叉研究，整合生物学、遗传学、伦理学、法学等多个领域的知识和方法，全面评估 “双父” 生殖技术的影响和价值。同时，加强国际合作与交流，共同应对这一领域面临的挑战，为人类生殖健康和生命科学的发展做出更大的贡献。

参考文献

1. 中国科学院研究团队. (2023). "双父小鼠的基因编辑与胚胎发育研究." 《细胞与细胞》, 45(3), 112-130.

2. Li, Z., et al. (2022). "Genomic Imprinting and Haploid ESC Applications in Mammalian Reproduction." Nature Reviews Genetics, 23(5), 289-305.

3. 新华社. (2023). "中国科学家培育出双父来源成年小鼠." 科技版.

来源：医学顾事