多能干細胞技術(shù)和動(dòng)物克隆技術(shù)為再生醫學(xué)的突破奠定了基礎，推動(dòng)了轉基因動(dòng)物模型、哺乳動(dòng)物胚胎體外模型以及干細胞衍生類(lèi)器官的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了細胞療法和異種移植等臨床應用的進(jìn)步。然而，它們的潛力受到基因組印記不穩定性的限制，這會(huì )導致克隆胚胎死亡，阻礙胚胎干細胞（ESC）產(chǎn)生存活的后代，并降低誘導多能干細胞（iPSC）的多能性。因此，解決這種不穩定性，能夠顯著(zhù)提高這些技術(shù)的有效性和應用范圍。
幾年前，周琪、李勁松、胡寶洋、李偉等通過(guò)在卵母細胞來(lái)源的單倍體胚胎干細胞（ESC）中靶向關(guān)鍵印記位點(diǎn)（Igf2-H19、Dlk1-Dio3 和 Rasgrf1）的配子差異甲基化區域（gDMR），在小鼠雙母本生殖（孤雌生殖）方面取得了重大進(jìn)展。這種方法糾正了印記缺陷，能夠穩定地產(chǎn)生可存活的后代，并實(shí)現了精確的單等位基因編輯。這也為哺乳動(dòng)物廣泛的染色體改造奠定了基礎，極大地推動(dòng)了動(dòng)物基因工程的發(fā)展。
我們經(jīng)常在低等脊椎動(dòng)物中觀(guān)察到自發(fā)孤雌生殖現象，然而，至今尚未在脊椎動(dòng)物中發(fā)現自發(fā)雙父本生殖（孤雄生殖）現象，更不用說(shuō)哺乳動(dòng)物了。
事實(shí)上，在沒(méi)有引入基因改造的情況下，人工構建的雙父本和雙母本哺乳動(dòng)物胚胎均無(wú)法存活。此外，雙父本胚胎的發(fā)育失敗時(shí)間甚至比雙母本胚胎還要早。這表明，印記異常可能會(huì )嚴重阻礙雙父本胚胎的發(fā)育。因此，建立一種雙父本生殖方法，能夠顯著(zhù)提高干細胞衍生胚胎的發(fā)育能力，從而滿(mǎn)足再生醫學(xué)中對更復雜和定制化基因改造日益增長(cháng)的需求。
2025 年 1 月 28 日，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所李偉、周琪、李治琨及中山大學(xué)駱觀(guān)正作為共同通訊作者，在 Cell 子刊 Cell Stem Cell 上發(fā)表了題為：Adult bi-paternal offspring generated through direct modification of imprinted genes in mammals 的研究論文。
在此前的研究中，研究團隊對雙父本胚胎中父本單親二體導致死亡的全部七個(gè)印記區域進(jìn)行了修改。然而，這些胚胎仍然表現出嚴重異常，并且仍然無(wú)法存活。
這一發(fā)現引發(fā)了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：印記基因是否是哺乳動(dòng)物雙父本生殖的唯一障礙？
在這項最新研究中，研究團隊探索了多種印記校正策略，包括移碼突變、基因缺失以及調控區域編輯。
利用存在嚴重印記缺陷且通常無(wú)法存活的雙父本小鼠胚胎，研究團隊在 20 個(gè)關(guān)鍵印記位點(diǎn)引入了移碼突變、基因缺失和調控區域編輯，制定出了一種策略，能夠有效解決雙父本胚胎中最嚴重的發(fā)育缺陷。這種方法通過(guò)胚胎干細胞互補、單倍體細胞核注射以及體細胞核移植（SCNT），最終成功培育出了能夠完全成年的雙父本小鼠（孤雄小鼠）。
這項研究結果也證實(shí)了，印記異常是哺乳動(dòng)物單性生殖的主要障礙，并展示了迄今為止在哺乳動(dòng)物基因組全面且精準的修飾方面所達到的新高度。此外，該方法還能顯著(zhù)改善胚胎干細胞和克隆動(dòng)物的發(fā)育結局，為再生醫學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟了充滿(mǎn)希望的新途徑。
值得一提的是，與研究團隊之前構建的孤雌小鼠相比，這些孤雄小鼠與它們存在一些顯著(zhù)差異，孤雄小鼠體重更大、表現出更強的探索欲，但壽命更短（孤雌小鼠比正常小鼠壽命長(cháng)，而孤雄小鼠比正常小鼠壽命短）。
此外，這些孤雄小鼠的存活率依然較低，只有 11.8% 的存活胚胎能夠發(fā)育到出生，由于發(fā)育缺陷，并不是所有出生的幼鼠都能活到成年，大多數活到成年的孤雄小鼠壽命較短（約為正常小鼠壽命的60%），且活到成年的孤雄小鼠是不育的。
中國科學(xué)院動(dòng)物研究所李偉、周琪、李治琨及中山大學(xué)駱觀(guān)正為論文共同通訊作者，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所李治琨、王立賓、王樂(lè )韻、孫雪寒、馬思楠、趙玉龍及中山大學(xué)任澤慧為論文共同第一作者。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00005-0
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