試管嬰兒技術或可拯救瀕危動物？專家：有前景，但並不容易
2018年3月19日，一頭名叫「蘇丹」的雄性北方白犀牛在肯亞咽下了最後一口氣，享年45歲。這對一頭犀牛來說是壽終正寢，但它卻是世界上最後一頭雄性北方白犀牛，僅剩的兩頭雌牛（蘇丹的女兒和孫女）顯然不能維持北方白犀牛的族群，這一物種的滅亡正式進入倒計時。
然而，科學家們卻不甘心。2018年7月5日的《自然——通訊》雜誌刊載了德國柏林萊布尼茨動物園等機構的研究成果，文章標題是《來自白犀牛的胚胎和胚胎幹細胞》（Embryos and embryonic stem cells from the white rhinoceros）。在此項研究中，具有多年瀕危哺乳動物人工繁育經驗的科學家Thomas B. Hildebrandt等人，成功地將冷凍保存的北方白犀牛精子與它們的近親，南方白犀牛的卵子結合，培育出了具有活性的「雜交」白犀牛胚胎。
研究人員正在從一頭雌性南方白犀牛體內採集卵子。圖片來源：NATURE COMMUNICATIONS
二代試管嬰兒技術
僅存的兩頭雌性北方白犀牛的身體狀況不佳，為了避免在技術不成熟的情況下取卵對其造成傷害，科學家選擇了從數量尚多的雌性南方白犀牛中採集卵子用於人工授精。
正常的精子可以自行與卵子結合併完成受精，但本來就質量欠佳的北方白犀牛精液經過冷凍保存後，精子活力嚴重下降。好在科學家可以選擇一種成熟的人工輔助生育技術：單精子胞漿內注射技術，也就是通常所說的二代試管嬰兒技術。自然受孕和早期試管嬰兒技術中，精子需要自行尋找卵細胞並與之結合完成受精，如果雄性不能產生正常精子，就不能完成受精。而二代試管嬰兒技術可以通過一根極細的針頭，將單個精子注入卵細胞的細胞質中，代替精子完成了遊動尋找卵細胞並與之結合的過程，因此，即便是活力低下甚至畸形的精子都可以完成受精。
科學家採用二代試管嬰兒技術，為犀牛卵子進行體外受精並獲得胚囊。圖片來源：NATURE COMMUNICATIONS
這項技術是否可以拯救瀕危動物？
二代試管嬰兒技術已經幫助了數以百萬計的人類夫婦完成了生育，現在，Hildebrandt等人的研究成功地將已經冷凍保存數年的北方白犀牛精子注入南方白犀牛卵細胞並發育出了胚胎。下一步，科學家將嘗試將胚胎植入代孕的南方白犀牛體內，得到具有北方白犀牛血緣的後代。不過，由於北方白犀牛和南方白犀牛遺傳差異較大，南方白犀牛是否能夠勝任代孕角色還需要驗證。當然，一旦代孕成功，科學家就將嘗試從現存的兩頭雌性北方白犀牛體內取出卵細胞，以培育純種的北白犀牛胚胎。
與此同時，研究團隊還成功地從南方白犀牛的胚胎中獲得了幹細胞系，這些胚胎幹細胞能夠在實驗室條件下穩定培養或者進行長期保存。犀牛幹細胞為今後的研究提供了穩定的材料，如果能夠開發出穩定的由體細胞誘導幹細胞，再由幹細胞發育為胚胎的技術手段（這就是所謂的誘導多能幹細胞技術，發明者是日本科學家山中伸彌，他因為發明了這項技術而獲得2012年的諾貝爾獎生理學或醫學獎。簡單來講，誘導多能幹細胞技術就是人為地向動物的體細胞注入某些誘導因子，並在外界環境的綜合作用下，讓體細胞回到幹細胞狀態，再次擁有可以分化成其他細胞的能力），利用現有的北方白犀牛個體以及保存的活體體細胞樣本，科學家就能夠維持北方白犀牛種群的遺傳多樣性，並試圖恢復整個北白犀牛種群。
不用擔心物種滅絕了？技術有前景，但成功並不容易
Hildebrandt十分看好恢復北方白犀牛群體的前景，甚至認為這項技術還可以用來拯救其他瀕臨滅絕的哺乳動物。是不是只要保存了細胞樣本，就不用擔心物種滅絕了？密歇根大學博士後研究員、曾在北京大學研究細胞命運調控和細胞重編程技術的葛建博士認為，實際情況遠比我們想像的複雜。
葛建認為，對於人類或小鼠等模式動物來說，人工輔助生育獲得胚囊以及分離胚胎幹細胞技術相對成熟。但就瀕危動物而言，個體少且很難獲得狀態最佳的精子和卵細胞，每一種生物的細胞培養條件都不同，對瀕危動物的細胞進行培養，相關研究遠不如人類或其他模式動物，因此通過體外人工受精獲得瀕危動物的胚囊及胚胎幹細胞的難度很大，未知因素也很多。
另外，葛建還指出，雖然精子、卵細胞和胚胎都可以通過相關的技術保存，但解凍復甦的效率存在差異，而且胚囊能否順利發育，也是一個概率性事件。最後，能夠獲得的瀕危動物的精／卵細胞或胚胎的數量有限，長期保存也存在不能復甦的風險。
至於在體外分離並培養犀牛的胚胎幹細胞，雖然有極大的研究價值，但想讓這些幹細胞獨立發育成胚胎，甚至犀牛，卻並不容易。葛建表示，即使目前研究最深入的小鼠系統，仍需要將幹細胞移植到發育良好的胚胎供體中才能使幹細胞發育為胚胎。現在前沿的全能幹細胞研究也許能在將來實現從幹細胞直接得到胚胎，但這些研究都是在實驗動物上進行的。對於北方白犀牛這樣的瀕危動物來說，即使擁有足夠的細胞用來進行研究，也需要很多的人力財力資源來摸索試驗條件。
犀牛的祖先在5000萬年前和馬的祖先進化分離後，曾經遍布亞洲、非洲大陸，自由自在地交配繁殖，今天卻到了需要在試管中冷凍保存以避免滅絕的地步，這才是最值得人類反思的地方。
作者| 陳耕石
審稿| 葛建 密歇根大學博士後研究員
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