排版丨水成文

自然界中存在着多种生殖方式，除了有性生殖，还有些动植物能够进行孤雌生殖、孤雄生殖。但是对于高等的哺乳动物来说，只能进行有性生殖，每一个哺乳动物生命都始于卵子与精子融合形成的受精卵，其中包含两套基因组，一套来自母亲，一套来自父亲。然而，有些基因只有来自父亲的等位基因表达，有些则只有来自母亲的等位基因表达，也就是所谓的基因组印记，这种基因组印记是通过表观遗传学的甲基化实现的，基因组印记的存在，阻碍了孤雌生殖或孤雄生殖的实现。

近日，上海交通大学医学院附属仁济医院生殖医学中心魏延昌等人在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为：Fertile androgenetic mice generated by targeted epigenetic editing of imprinting control regions 的研究论文。

该研究利用两只雄性小鼠的精子，首次成功繁育出健康且具有生育能力的后代。

在这项新研究中，研究团队报告了由两个精子细胞的遗传物质培育出的成年哺乳动物后代。研究团队将这些小鼠称之为孤雄生殖小鼠，是通过基于 CRISPR 的表观基因组工程对 7 个印记控制区域（ICR）进行靶向 DNA 甲基化编辑而产生的。

研究团队通过注射带有与一个等位基因的 PAM 序列匹配但与另一个不匹配的向导 RNA（gRNA），实现了对一对等位基因中的一个进行特异性表观遗传编辑。利用这种机遇 CRISPR 的表观基因组工程，他们对 7 个印记控制区域（ICR）进行靶向 DNA 甲基化编辑，然后，将编辑过的精子注入去核的卵母细胞中，再使用另一只雄性小鼠的精子进行受精，再将所生成的囊胚移植到一只雌性小鼠体内进行孕育。

通过这种方式产生的孤雄生殖小鼠能够成功发育至成年，这表明通过靶向少数特定的印记控制区域进行靶向表观遗传重编程，哺乳动物的孤雄生殖是可以实现的。

这项研究有着多种潜在应用，首先，一些罕见的先天性疾病，例如天使综合征（Angelman syndrome）和普拉德-威利综合征（Prader-Willi syndrome），这两种疾病都是由于从父母一方遗传了 15 号染色体（或其特定部分）的两个拷贝而引发的。而了解如何改变印记现象可能会为这些患者带来新的治疗手段。

其次，这项研究预示着，未来同性伴侣也可能拥有与双方都有血缘关系的孩子，而无需借助捐赠者。当然，这种情况在短期内还不太可能发生，因为在这项小鼠实验中成功率很低，原因是同时修改七个 ICR 区域存在很大难度，在生成的 259 个囊胚中，仅获得 3 只存活的小鼠幼崽，最终只有 2 只活到了成年。

值得一提的是，2022 年 3 ，魏延昌等人在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为：Viable offspring derived from single unfertilized mammalian oocytes 的研究论文【2】。

该研究利用基于 CRISPR 的变观遗传编辑，对小鼠卵母细胞的 7 个印记控制区域进行 DNA 甲基化编辑，成功实现了小鼠的孤雌生殖，其中有一只孤雌生殖小鼠活到了成年，且可以正常生殖并产生后代。

这两项研究支持了此前关于基因组印记是孤雌或孤雄的哺乳动物胚胎无法足月发育的根本障碍的推测。

2025 年 1 月，中国科学院动物研究所李伟、周琪、李治琨及中山大学骆观正作为共同通讯作者，在 Cell 子刊Cell Stem Cell上发表了题为：Adult bi-paternal offspring generated through direct modification of imprinted genes in mammals 的研究论文【3】。

研究团队在 20 个关键印记位点引入了移码突变、基因缺失和调控区域编辑，制定出了一种策略，能够有效解决双父本胚胎中最严重的发育缺陷。这种方法通过胚胎干细胞互补、单倍体细胞核注射以及体细胞核移植，最终成功培育出了能够完全成年的双父本小鼠（孤雄小鼠）。

但这些孤雄小鼠的存活率较低，只有 11.8% 的存活胚胎能够发育到出生，由于发育缺陷，并不是所有出生的幼鼠都能活到成年，大多数活到成年的孤雄小鼠寿命较短（约为正常小鼠寿命的60%），且活到成年的孤雄小鼠是不育的。

论文链接：

1. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2425307122

2. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2115248119

3. https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00005-0