世界首次!中国创造出可存活到成年的“双父”小鼠(组图)

多能干细胞技术和动物克隆技术为再生医学的突破奠定了基础，推动了转基因动物模型、哺乳动物胚胎体外模型以及干细胞衍生类器官的发展，同时也促进了细胞疗法和异种移植等临床应用的进步。然而，它们的潜力受到基因组印记不稳定性的限制，这会导致克隆胚胎死亡，阻碍胚胎干细胞（ESC）产生存活的后代，并降低诱导多能干细胞（iPSC）的多能性。因此，解决这种不稳定性，能够显著提高这些技术的有效性和应用范围。 几年前，周琪、李劲松、胡宝洋、李伟等通过在卵母细胞来源的单倍体胚胎干细胞（ESC）中靶向关键印记位点（Igf2-H19、Dlk1-Dio3 和 Rasgrf1）的配子差异甲基化区域（gDMR），在小鼠双母本生殖（孤雌生殖）方面取得了重大进展。这种方法纠正了印记缺陷，能够稳定地产生可存活的后代，并实现了精确的单等位基因编辑。这也为哺乳动物广泛的染色体改造奠定了基础，极大地推动了动物基因工程的发展。 我们经常在低等脊椎动物中观察到自发孤雌生殖现象，然而，至今尚未在脊椎动物中发现自发双父本生殖（孤雄生殖）现象，更不用说哺乳动物了。 事实上，在没有引入基因改造的情况下，人工构建的双父本和双母本哺乳动物胚胎均无法存活。此外，双父本胚胎的发育失败时间甚至比双母本胚胎还要早。这表明，印记异常可能会严重阻碍双父本胚胎的发育。因此，建立一种双父本生殖方法，能够显著提高干细胞衍生胚胎的发育能力，从而满足再生医学中对更复杂和定制化基因改造日益增长的需求。 2025 年 1 月 28 日，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。


在此前的研究中，研究团队对双父本胚胎中父本单亲二体导致死亡的全部七个印记区域进行了修改。然而，这些胚胎仍然表现出严重异常，并且仍然无法存活。 这一发现引发了一个关键问题：印记基因是否是哺乳动物双父本生殖的唯一障碍？ 在这项最新研究中，研究团队探索了多种印记校正策略，包括移码突变、基因缺失以及调控区域编辑。 利用存在严重印记缺陷且通常无法存活的双父本小鼠胚胎，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（SCNT），最终成功培育出了能够完全成年的双父本小鼠（孤雄小鼠）。


这项研究结果也证实了，印记异常是哺乳动物单性生殖的主要障碍，并展示了迄今为止在哺乳动物基因组全面且精准的修饰方面所达到的新高度。此外，该方法还能显著改善胚胎干细胞和克隆动物的发育结局，为再生医学的发展开辟了充满希望的新途径。 值得一提的是，与研究团队之前构建的孤雌小鼠相比，这些孤雄小鼠与它们存在一些显著差异，孤雄小鼠体重更大、表现出更强的探索欲，但寿命更短（孤雌小鼠比正常小鼠寿命长，而孤雄小鼠比正常小鼠寿命短）。 此外，这些孤雄小鼠的存活率依然较低，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。 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为论文共同通讯作者，中国科学院动物研究所李治琨、王立宾、王乐韵、孙雪寒、马思楠、赵玉龙及中山大学任泽慧为论文共同第一作者。 论文链接： https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00005-0