睾丸组织冷冻20多年后，还能产生精子？

诺哈网2023-05-25 21:39:390阅

实验室里冷冻了20多年的睾丸细胞，终于解除封印了。

撰文 | 栗子

审校 | 二七

想象一位男性患上癌症，且肿瘤生长的部位靠近生殖器官或者一些相关腺体，那放疗或化疗就可能对他的生育功能造成威胁。

假如患者已经成年或到了青春期，他至少可以选择将自己的精子冷冻起来，等到来日解冻，便有机会依靠体外授精等方法，把自己的基因传递给下一代。但假如患者还在幼年，没有精子可以事先冷冻，又有什么技巧能把生殖能力保存下来？

从前，科学家们就提出过冷冻睾丸组织的方法，也证实了短期冷冻过的灵长类睾丸组织，还可以用来产生精子。只是，一些幼童接受癌症治疗的时间可能很长，有的甚至超过10年，短期冷冻可能无法满足他们的需求。许多研究者也十分好奇，睾丸组织究竟能在冷冻环境下保存多久不失效。

直到最近，有一组科学家把90年代冷冻的样本取出来，用里面的细胞成功产生了精子。

干细胞是顶梁柱

在介绍新的研究成果之前，我们首先要了解一下，睾丸里负责制造精子的到底是谁。

对人类来说，一个健康的成年男性，单次发射通常可以喷出4000万到12亿个精子。每一个游动的精子，都是以精原细胞（spermatogonium）为起点，经过减数分裂等一些步骤制造出来的。

减数分裂，精原细胞或卵原细胞可经过两次减数分裂，产生精子或卵子（图片来源：Rdbickel via Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0）

当然，男性并非从出生起就可以制造精子，而是要等到青春期，睾酮这种雄激素上升到一定水平，才会启动减数分裂，开始生产精子，让一个男童逐渐成长为拥有生育能力的成熟男性。

但即便男人到了可以生育的阶段，也不是每个精原细胞，都会通过减数分裂来制造精子。根据功能的不同，科学家将精原细胞分为两类，A型和B型：

A型精原细胞，又叫精原干细胞（Spermatogonial stem cell），它们的工作就不涉及减数分裂。其中一部分精原干细胞，会利用有丝分裂来增殖，制造更多的精原细胞；另一部分只作为储备，不进行减数分裂，通常也不进行活跃的有丝分裂。

蓝为通常不进行活跃有丝分裂的Ad型精原细胞，橙为进行有丝分裂增殖的Ap型精原细胞，二者都属于A型精原细胞；黄为B型精原细胞，由Ap型精原细胞分裂而成；绿为初级精母细胞，由B型精原细胞分化而来，并在第一次减数分裂的末期，分化为次级精母细胞（紫）（图片来源：Wikimedia Commons）

B型精原细胞，便是由那些增殖中的精原干细胞（即A型精原细胞），依靠有丝分裂生产出来的。只有B型精原细胞才会分化成初级精母细胞，通过减数分裂一步步产生精子细胞。此后，再经过一系列形态变化，精子最终会拥有蝌蚪形的身躯，善于游泳。

看到这里，你或许能感觉到，精原干细胞（SSC）就是男性生殖能力的根基。睾丸里每天要产生数百万个精子，精原干细胞的增殖和分化，对保障精子的高产至关重要。此前已有科学家证实，包含小鼠精原干细胞的新鲜睾丸组织，被移植到无生育能力的小鼠体内后，仍然能产出有活力的精子。

另外，2019年又有研究者利用与人类亲缘关系更近的恒河猴做实验，为一些快到青春期的幼年猴子移除了睾丸，切片冷冻5个月左右，再移植回相应恒河猴的背部和阴囊处。根据研究团队的报告，那些睾丸被切除时，都是没生产过精子的未成熟睾丸，但当冷冻过的睾丸组织被移植回恒河猴体内，随着动物青春期来临，移植组织便能产生精子了。研究人员甚至用这样得来的精子，使母猴成功受孕，繁育出健康的后代。

但就像开头提到的那样，科学家们更希望用这种方法用到人类身上，在更长的时间尺度下保留癌症患者的生育能力。近年儿童癌症患者存活率越来越高，但代价通常是生育能力的损伤。如果一位男童需要长期接受癌症治疗，冷冻的睾丸组织和当中的精原干细胞能和他一起坚持么？如今，宾夕法尼亚大学的一支研究团队用大鼠的精原干细胞做了实验，科学家想知道经过多年冷冻，这些干细胞的功能会不会丧失。

一个精子也比没有强

他们的实验室里，有已经冷冻超过23年的大鼠精原干细胞，这才给了科学家好奇的资本。

为了观察长期冷冻与短期冷冻的精原干细胞有什么区别，研究团队利用和当年相同的流程，从和当年相同的大鼠品系中，又采集了一些睾丸细胞，并在液氮里冷冻1~4个月。在移植实验的当天，他们又在同一个大鼠品系里，收割起一批新鲜的睾丸细胞，与两个冷冻组做对照。

科学家们把冷冻的大鼠睾丸细胞解冻后，将每组当中的精原干细胞（SSC）富集起来，再植入裸鼠体内。所谓裸鼠，是一些胸腺存在缺陷的基因突变小鼠（注意不是大鼠），它们缺乏免疫反应，不太可能对外来的细胞产生排斥。这项实验使用的裸鼠，事先被去除了体内原本存在的生殖细胞，为大鼠的生殖细胞腾出适宜生存的环境。

左为新鲜组，中为短期冷冻组，右为长期冷冻组，三者移植到裸鼠体内，都产生了伸长的精子细胞（如箭头所指）（图片来源：原论文）

研究者发现，不论长期冷冻组、短期冷冻组还是新鲜组的大鼠精原干细胞，都在裸鼠体内形成了精子发生（spermatogenesis）的细胞群落，也就是说精子制造工厂都开始运转了。并且，像短期冷冻组和新鲜组那样，长期冷冻组也出现了细长的精子，表明精子生成过程已经完整，三组精原干细胞，都在移植后成功产生精子。只不过，长期冷冻组制造的精子数量并不像另外两组那样多。