生殖生物學：一個活躍的、充滿機遇和挑戰的研究領域
生殖是物種繁衍的永恆主題，是動物及人類繁衍的必經過程，同時也是保證生物多樣性的基礎。目前，隨著社會和經濟的不斷發展，人類的生殖健康受到極大的影響，不孕症的發病率在逐年上升，而且病因也趨於複雜化，使得輔助生殖技術面臨極大的挑戰。此外，隨著我國畜牧業的迅速發展，人們對奶牛、肉牛、山羊、綿羊及豬等的數量需求和質量提高提出了更高的要求。這些需求不僅對生殖生物學研究提出了新的挑戰，也為生殖生物學的發展提供了一個難得的機遇。
生殖及生殖生物學
「天地之大德曰生。」生命永遠是宇宙中最寶貴的，具有無可爭辯的意義，是第一本位的。「種」的繁衍生殖自然就具有無與倫比的重要意義。生命的承傳和沿襲是人類賴以永恆存在的源泉。宇宙中的一切事物，因為有了生命的存在才顯示了自身的價值和意義。每個有生命的個體總會以某種方式繁衍與自己性狀相似的後代以延續生命，這就是生殖（reproduction）。從生理學的角度來看，生殖是一切生物體的基本特徵之一，一個個體可以沒有生殖而生存，但一個物種的延續則必須依賴於生殖。
生物通過生殖實現親代與後代個體之間生命的延續。儘管遺傳信息決定了後代延承親代的特徵，但遺傳是通過生殖而實現的。親代遺傳信息在傳遞過程中會發生變化，從而使物種在維持穩定的基礎上不斷進化成為可能。生命的延續本質上是遺傳信息的傳遞。在生物代代繁衍的過程中，遺傳和變異與環境的選擇相互作用，導致生物的進化。因此，生殖過程本身除了是生物由一代延續到下一代的重要生命現象外，與遺傳、進化，甚至生命起源的問題也緊密相關。
生殖生物學（Reproductive biology）是研究整個生殖過程的一門學科，既是發育生物學的一個分支，又是生理學的一個分支，屬於一門新的充滿活力的，融合了現代生物化學、細胞生物學、內分泌學和分子生物學等的交叉學科。過去的幾十年中，在生殖生物學研究領域取得了許多世人矚目的重大突破。例如，對下丘腦-垂體-性腺內分泌軸系這一重大理論問題的揭示，導致了口服避孕藥的誕生；從精子獲能、卵子成熟和受精等基礎研究著手而創立的「試管嬰兒」技術，使國內外成千上萬的不育夫婦獲得了後代；1997 年克隆綿羊「多莉」的誕生，無疑對未來人類社會產生深遠的影響。
下丘腦-垂體-睾丸內分泌作用軸
生殖生物學已成為生物學中一個活躍的、充滿機遇和挑戰的重要研究領域。
生殖生物學主要研究性別決定、性腺發育、配子發生、受精、胚胎髮育及著床、妊娠維持、胎盤發育和分娩等過程的調控，以及生殖道的惡性腫瘤、異常妊娠、生殖道感染、環境和職業性危害等對生殖的影響等問題。此外，生殖生物學也研究在青春期、泌乳期、衰老期和妊娠期等過程中與生殖相關的內分泌變化，以及性行為的形成和影響因素等。
隨著人工授精、體外受精、卵質內單精子注射（ICSI）、胚胎移植、細胞核移植，以及很多輔助生殖技術的廣泛應用，生殖生物學在生物學、醫學及畜牧業中的地位越來越重要。最近20 年來，細胞生物學、分子生物學、生物化學和生理學等學科飛速發展，各種現代生物學技術已廣泛滲透到生殖生物學的研究過程中，使得人們對生殖過程中的各種現象及其分子機制的了解有了長足的進步。
生殖生物學的發展前景
據報道，不孕症在發達國家的發病率為15%～20%。自從世界上第一例試管嬰兒路易斯·布朗（Louise Brown）1978 年7 月25 日在英國誕生以來，體外受精、促排卵技術、顯微受精、胚胎培養和胚胎冷凍等輔助生殖技術迅速發展，並不斷完善，已為很多不孕症患者解除了痛苦。據估計，全世界每年大約有50 萬例試管嬰兒出生。中國大陸的第一例試管嬰兒自1988 年出生以來，輔助生殖技術已在全國的絕大多數地區得到推廣。
性和生殖健康是人們生活和幸福的核心內容。生殖健康的主要內容是保證妊娠的正常及安全進行，使用更安全可靠的避孕措施，以及防治生殖道的感染等。由於世界人口的猛增，直接危及人的生活環境和生活質量，而且對自然環境的破壞也在逐年增加。控制人口數量及提高人口質量是當今世界亟待解決的問題。在生育調節方面，20 世紀90年代以前的生殖研究主要是圍繞下丘腦-垂體-性腺所構成的生殖軸系，作為開發避孕藥的出發點，即干擾激素和生殖軸系之間的相互作用。這些避孕方法的主要缺陷是有不良反應。隨著社會的發展和生活水平的提高，人們對避孕措施的安全性、可靠性和多樣性的要求也越來越高，而且在達到避孕效果的同時也要兼具預防生殖道感染的功能。人們逐漸開始認識到，最理想的抗生育靶點應當是在生殖過程中起直接作用的細胞和因子。因此，加強以生育控制為目的的基礎研究，尋找生殖細胞的發生、成熟、受精和胚胎著床等生殖過程中可控制的關鍵環節，以此發展新一代避孕技術，已成為21 世紀生殖生物學研究與發展的主要目標。隨著生殖生物學基礎研究的深入及對生殖相關的重要基因和分子的認識，通過干擾基因表達或表達產物的功能，最終有望發展出對其他正常生理功能沒有影響或影響很小的避孕藥或避孕方法。另外，由於艾滋病等傳染病的廣泛流行，對預防生殖道感染的要求也越來越高。現在迫切需要普及生育方面的知識，提供安全及高效的避孕措施，控制生殖相關疾病的傳播。
近年來，隨著我國國民經濟及畜牧業方面的迅速發展，對提高家畜的繁殖力及加速家畜的品種改良方面提出了更高的要求。在奶牛、肉牛、綿羊、山羊和豬的繁殖方面，逐漸發展了超數排卵、卵母細胞體外成熟、體外受精、性別鑒定、胚胎分割、動物克隆、轉基因及基因敲除等方面的一系列技術。隨著人們對肉、蛋和奶的需求逐年增加，迫切需要增加奶牛、肉牛、雞、綿羊、山羊和豬等的數量，並提高其質量。近年來，各種輔助生殖技術已在畜牧業中得到廣泛應用，人工輸精、體外受精、超數排卵、胚胎移植、性別鑒定及轉基因等在逐步完善和推廣。特別是最近，隨著克隆牛、克隆羊、克隆豬的問世，以及基因敲除家畜的獲得，極大地促進了對家畜生殖機理的研究，並加速了各種輔助生殖技術在家畜中的應用，對促進家畜的品種改良及提高繁殖力方面具有重要的意義。
胎兒腎上腺來源的糖皮質激素在綿羊分娩啟動中的扳機作用（引自Li et al.，2014）
在野生動物保護方面，提高野生動物的繁殖力也迫在眉睫。目前，需要了解這些動物的基本生殖過程，通過激素處理、人工授精、體外受精、胚胎分割、性別鑒定和克隆等技術手段，有望在短時間內增加瀕危物種的種群數量。在寵物的飼養方面，了解基本的生殖過程，利用現代生殖技術在提高繁殖力及加速品種改良等方面也具有重要的意義。
隨著社會和經濟的不斷發展，人類對大自然的干預日益加劇。廢水、廢氣、廢渣、農藥和化肥等大量的化學物質通過各種途徑排入環境，造成了嚴重的環境污染。雜訊、農藥殘留和射線等各種環境因素對生殖過程的影響也越來越受到人們的重視。凡是能夠影響機體內外環境改變的因素，都將會對生殖健康產生一定程度的影響。目前越來越多的證據表明，許多人工合成的化學物質可干擾人類及野生動物的生長發育，導致人類的不孕不育率、畸胎率和自然流產率上升。
隨著社會工業化和現代化的不斷發展，人類對野生動物的生存環境不斷蠶食，導致大量的野生動物滅絕或瀕臨滅絕。由於這些動物的數量有限及難以接近等原因，對野生動物基本生殖過程的了解仍很有限。目前也迫切需要利用現有的生殖生物學知識和技術，來促進對野生動物生殖過程的了解，並將現有的輔助生殖技術應用於野生動物，從而延緩或防止野生動物的滅絕，並使一些具有食用和藥用價值的動物得到迅速繁殖。
胚胎基因激活的時間（修改自Jukam et al.，2017）
近年來隨著CRISPR/Cas9 基因敲除、條件性基因敲除、誘導多能幹細胞（iPS 細胞）、各種組學技術、RNA 干涉、單細胞測序、表觀遺傳和細胞分離技術等方面的飛速發展，以及基因組和後基因組時代的發展和推動，對生殖過程基本調控機制的了解也越來越多。現代分子生物學和細胞生物學理論與技術的發展，極大地推動了生殖生物學研究，使人們對生殖現象的認識深入到細胞和分子水平。
從本質上講，生殖過程是個體生命活動的一部分，與其他生命現象遵循共同的基本規律，如基因的時空特異性表達調控，細胞的增殖、分化和凋亡，細胞之間的信號傳導和細胞外基質的相互作用等。但是，由於生殖過程在生命活動中具有特殊使命，因此也具有生殖細胞發生、性周期、受精、妊娠和分娩等獨特現象。
（楊增明，孫青原，夏國良）
本文摘編自《生殖生物學》（楊增明，孫青原，夏國良主編. 第2 版. 北京：科學出版社,2019.3）一書「第一章 生殖及生殖生物學」，有刪減，標題為編者所加。
ISBN 978-7-03-060784-3
責任編輯：李秀偉
《生殖生物學》自2005 年出版以來得到了國內同行廣泛的好評。然而，隨著各種新興技術的引入，近年來在生殖生物學基礎研究和臨床方面取得了跨越式的發展，原來版本中的一些概念和內容已經過時，急需更新。此次再版，在原來的基礎上，對原有的章節安排進行了較大幅度的調整，一些章節的更新幅度在70%以上，盡量做到既簡單易懂，又可以反映學科最新發展。本書綜合了國內外近年來在生殖生物學領域的研究論文和著作，介紹了性別決定、生殖細胞的發育及成熟、受精機理、胚胎髮育、胚胎著床、胎盤的形成、分娩、生殖免疫等方面的基本知識和國內外的最新研究動態，並介紹了生殖激素、輔助生殖、環境對生殖的影響及現代生殖生物學實驗技術等內容。本書以小鼠、人和家畜為主，既介紹哺乳動物生殖的共性，又具體闡述各類動物的特性，力求從廣度、深度和新穎性方面，比較系統和全面地介紹生殖生物學的基礎理論和最新進展。
本書主要面向綜合性大學、醫學院校、農林院校、師範院校及相關的科研院所從事生殖生物學、動物胚胎學、發育生物學、生殖醫學、動物遺傳育種與繁殖學、婦產科、野生動物科學等專業的科研與教學人員、研究生及本科生，既可作為相關專業的參考書，也可作為教材用書。
（本文編輯：劉四旦）
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