导致不孕不育的原因——这大约影响了约10%的夫妻——通常是未知的，但在某些情况下或许是由于人体不具备产生配子——被称为精子和卵子——的能力所造成的。有关人类“生殖细胞”发育的首个研究将有助于科学家搞清如何在实验室中生成这些细胞。
尽管人类的生育年龄大约是15岁至45岁，然而当受精卵在母亲的子宫中发育成一个很小的细胞球时，能够形成人类精子或卵子的前体细胞便已经存在了。这个细胞球包含有“多能干细胞”——它就好像是一张白纸，能够形成任何类型的人体细胞。并且研究人员希望能够利用这些干细胞治疗不同的疾病，其中就包括不孕不育。
但科学家一直对于人类配子的早期发育阶段知之甚少——这缘于对人类组织进行研究的敏感性，并且这一领域的大多数工作都是用小鼠来完成的。在发表于12月17日出版的《自然—细胞生物学》杂志的一篇论文中，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员跟踪了6到20周的人类胎儿的生殖细胞早期发育情况，并分析了基因启动和关闭的时间。
这些早期生殖细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）携带有“表观遗传修饰”——这种结构变化并不会影响DNA序列自身，但却会影响基因的表达方式。这些变化或许曾被积累于双亲的生命中，并且需要在胚胎阶段被抹除。这项研究发现了两个主要事件：抹除或重新编程，以及表观遗传修饰。大多数的重新编程发生在胎儿形成6周之前，但是研究人员发现，表观遗传修饰使得重新编程要在胎儿形成6周后才能够完成。
“这对于了解人类生殖细胞而言是一篇重要且基础的论文，并且它找到了关于人类生殖细胞生物学的基础信息。”英国爱丁堡大学的生殖生物学家Evelyn Telfer说，“研究人员在一个未知的领域进行了清晰的工作。”
洛杉矶的研究团队所使用的不具名的样本在经得同意后，来自于西雅图市华盛顿大学生育缺陷研究实验室的流产胎儿。
研究人员同时观察到，在实验室生成的6周大的生殖细胞与6周大的人类生殖细胞并不匹配，这意味着实验室细胞的发育中存在着一些科学家至今未能理解的阻碍因素。
这项研究的合著者Amander Clark表示：“接下来，我们需要看一看在实验室中诱导未成熟生殖细胞变成卵子或精子的过程中到底缺失了什么。如果我们没有线路图可以遵循，那么我们仅仅只能是猜测。现在我们获得了一张这些细胞应该看起来是什么样子的快照，从而使我们能够开始尝试以及模拟它们。”
The ontogeny of cKIT+ human primordial germ cells proves to be a resource for human germ line reprogramming, imprint erasure and in vitro differentiation
Sofia Gkountela, Ziwei Li, John J. Vincent, Kelvin X. Zhang, Angela Chen, Matteo Pellegrini & Amander T. Clark
The generation of research-quality, clinically relevant cell types in vitro from human pluripotent stem cells requires a detailed understanding of the equivalent human cell types. Here we analysed 134 human embryonic and fetal samples from 6 to 20 developmental weeks and identified the stages at which cKIT+ primordial germ cells (PGCs), the precursors of gametes, undergo whole-genome epigenetic reprogramming with global depletion of 5mC, H3K27me3 and H2A.Z, and the time at which imprint erasure is initiated and 5hmC is present. Using five alternative in vitro differentiation strategies combined with single-cell microfluidic analysis and a bona fide human cKIT+ PGC signature, we show the stage of cKIT+ PGC formation in the first 16 days of differentiation. Taken together, our study creates a resource of human germ line ontogeny that is essential for future studies aimed at in vitro differentiation and unveiling the mechanisms necessary to pass human DNA from one generation to the next.
