JST新闻，讲述了京都大学的斋藤通纪教授研究生殖细胞的历程，还加入生殖细胞发育过程中的一些知识，对于科研工作者很有启发，同时也能吸引科普爱好者。
生殖细胞探秘
虽然生殖细胞在数量上远比体细胞少，却隐藏着分化为所有细胞的能力，以及独一无二的特征——染色体数量只有体细胞的一半。研究者为了医学进步，朝着生殖细胞这种“特殊”细胞之谜发起挑战，其研究道路，让我们一探究竟。
生殖细胞并非研究领域的热点
生殖细胞是什么？这个问题，15岁的中学生也能回答。翻开中学的理科教科书，就可以看到“生物留下后代的行为称为生殖，生殖必需的特殊细胞称为生殖细胞”这样的定义。
的确，生殖细胞在各方面都可称得上是“特殊”细胞。细胞包含体细胞和生殖细胞两种。但其中绝大多数是体细胞，生殖细胞在雄性中只有精子（或精细胞），在雌性中只有卵子（或卵细胞）。然而，精子使卵子受精后形成的受精卵，是留下子孙后代的关键。它具有“全能性”,可以分化成所有细胞。另一个特殊之处在于染色体的数目，生殖细胞的染色体数目只有体细胞的一半。人类的体细胞有46条染色体，而生殖细胞则只有23条染色体。然而，正是因为精子和卵子各只有一半染色体，受精后加起来才是46条，结果就是生下来的孩子分别继承了双亲各一半的遗传基因。应该有不少人从教科书的记载中感受到了生命的神秘吧。
那么，生殖细胞到底是为何具有这样“特殊”的功能呢？——这个问题，不要说是中学生，恐怕连第一线的研究者也回答不上来。生殖细胞的功能广为人知，然而其真相及机制仍隐藏在众多的谜团之中。
京都大学的斋藤通纪向着生殖细胞之谜发起了挑战，并取得了划时代的成果。故事的起点是至今约20年前，斋藤还在医学部做研究生的时代。“想要做能投入一生的研究”，对斋藤而言，被称为生命的基础而又充满谜团的生殖细胞，是一个充满着巨大魅力的课题。然而，生殖细胞在医学研究领域并不是热点。“癌症和糖尿病等急需治疗解决的疾病，大多都只跟体细胞有关。而生殖细胞的研究与医疗没有直接关系，所以往往被敬而远之。”
不研究生殖细胞就无法弄清基因重新编程
进行生殖细胞这种非热点研究的研究者到底是否有前途呢？基因组印迹(*)的相关研究成果，消除了这种不安。
*基因组印迹 在哺乳类动物中，标记了基因组是来自于双亲的哪一边的现象。
子代继承了双亲各自一半的基因。但是，孟德尔时代以来的遗传学认为，来自父亲和来自母亲的基因没有区别。然而，这条常识并不适用于哺乳类动物。哺乳类动物的基因中，存在着识别其来源是父亲还是母亲的标记。如果从受精卵中取出来自母亲（父亲）的基因，再加入从别的受精卵中提取的来自父亲（母亲）的基因，造成只有来自母亲或父亲的基因的状态，那么受精卵将无法正常成长而死亡。
而且，在受精卵不断分裂，形成身体各部分的体细胞及生殖细胞的过程中，也有一些很有趣的现象。代表基因亲代来源的标记一旦被消除，女性的生殖细胞就会带着来自母亲的印迹发育为卵子，而男性的生殖细胞则带着父亲的印迹发育为精子。“生物体内，有很多不为人知的有趣现象，让我很吃惊。如果能仔细研究生殖细胞，弄清引起基因重新编程(**)的分子机制，一定会在再生医疗领域产生各种各样的价值。”
**基因重新编程 将分化后体细胞的基因，重置到与受精卵基因一样的初期阶段。这样一来，可以认为细胞又回到了能分化为各种各样的体细胞（多功能）的状态。
近年来，由于人工诱导多功能干细胞即iPS细胞的制备等引人注目的事件，“基因重新编程”成为了再生医疗领域最重要的课题之一。由于当时iPS细胞的研究还没有成熟，斋藤在做研究生时主要依靠来源于胚胎的多功能干细胞，即ES细胞来进行研究。斋藤认为如果能弄清生殖细胞在生物体内是如何形成的，就能进行人工的重新编程。
不研究生殖细胞，就无法弄清基因重新编程——确信着这一点，斋藤踏上了生殖细胞的解谜之路。
鉴定原始生殖细胞形成的关键基因
作为解谜的突破口，首先要弄清的是原始生殖细胞(***)形成的机制。
***原始生殖细胞可以发育成所有生殖细胞（精子和卵子）。发育的初期，就小鼠而言是在胚龄6.5日前后。这个阶段两性的原始生殖细胞没有区别，之后在雄性中发育成精子，在雌性中则发育为卵子。
斋藤认为要弄清原始生殖细胞形成的机制，必须要鉴定其关键基因。于是在研究生毕业的第二年，斋藤前往英国剑桥大学留学，师从基因印迹现象的发现者阿基姆?斯拉尼教授。在那里，他成功鉴定出了原始生殖细胞形成时必需的基因Blimp1。斋藤特别关注的是Blimp1的功能。
“B细胞是一种淋巴球，能分化为产生抗体的细胞，而Blimp1基因与B细胞形成的最终阶段有关。Blimp1的功能是停止B细胞形成过程中各种基因的表达。在原始生殖细胞形成时也发现了这种基因，我们认为其功能可能是阻止细胞分化为原始生殖细胞以外的体细胞。”
在体外培养系再现生殖细胞形成过程中的现象
看到了基因如网络般的工作方式
成功地鉴定了基因，向着弄清原始生殖细胞形成机制迈出重要一步的同时，斋藤感到有必要开发新的基因鉴定手法。英国留学时采用的是以前的手法，需要一个一个的鉴定基因，效率极其低下。“虽然已经有了全面解析基因的方法，但需要大量的细胞。原始生殖细胞因为数量较小，必须进行基因扩增，但当时的扩增方法会破坏基因表达的平衡，无法获得基因表达程度方面正确的数据。
回国之后，一边在理化学研究所工作，一边通过JST战略创造研究推进事业的‘利用单一细胞中基因表达综合解析来解明小鼠生殖细胞的决定机制’项目组建研究课题，开发了能够定量综合解析一个细胞中表达的基因的‘单一细胞微型阵列法’。利用这个方法，鉴定了Blimp1之外的重要基因Prdm14，同时还发现了原始生殖细胞形成过程中发生的各种有趣现象。
“原始生殖细胞，最初与分化为体细胞的细胞有着一样的表观基因(*)。Blimp1和Prdm14表达生成的蛋白质，能通过化学修饰停止基因的表达，抑制细胞向体细胞分化，而形成原始生殖细胞。我们看到了像网络一样复杂的工作方式。”
*表观基因 对基因整体进行化学修饰（表观修饰）的状态。与基因缠绕结合的蛋白质及化学修饰被称为“组蛋白”，它具有促进基因选择表达和稳定性的重要功能。组蛋白在不同细胞中有不同的形态，这也是引起细胞功能差异的原因之一。
斋藤关注的是，在原始生殖细胞形成时，各种标记和化学修饰，都被漂亮地消除了。
“以前认为，来自父母的标记在原始生殖细胞形成一段时间以后才脱去。然而现在知道，在原始生殖细胞形成的同时，去除标记的分子机制就已经开始运作了。不止如此，基因受到的各种化学修饰，在原始生殖细胞形成的同时，也一并被消除了。这可以说是只有生物体内才存在的“脱光”状态了（笑）。希望这对我们解明基因重新编程有所帮助。”
人工制备原始生殖细胞取得成功
随着基因的顺利解析，又出现了新的课题。
“进一步研究需要实际观察生殖细胞的形成过程。但是，原始生殖细胞在早期胚胎形成后沿着原肠壁一个一个滑动到将来的生殖巢（卵巢或精巢），这个过程实际上是很难观察的。因此我们想到的一个解决方法就是，在试管中再现生物体内的环境”
斋藤在2009年成为京都大学研究生院医学研究科教授之后，通过JST战略创造研究推进事业CREST的“通过生殖系统综合解明基因重新编程的机制及应用”项目组建课题组，朝着利用ES细胞和iPS细胞制备原始生殖细胞的目标前进。斋藤在理化学研究所时代曾从事过原始生殖细胞形成信号的研究，这与Blimp1等基因一起成为了这次课题的关键。
“原始生殖细胞，是由外胚层(**)分化形成的。我们研究了在这个过程中需要哪些蛋白质因子，结果鉴定出了几个重要的因子组合”
**外胚层 发育过程早期出现的一层胚胎组织。原始外胚叶。这个阶段出现在小鼠胚龄4.5~6.5日前后，不止是能分化为生殖细胞还可以分化为所有的体细胞。
这样应用之前的知识，再现了最适宜的环境，将由ES细胞和iPS细胞制备出的外胚层样细胞，成功的培育成了原始生殖细胞样细胞。将培养出的细胞移植到小鼠精巢内，获得的精子通过体外受精，得到了健康的小鼠，确定了培养的原始生殖细胞也具有生殖功能。
“虽然也有过由ES细胞制备为原始生殖细胞样细胞的例子，但没有正常的生殖功能。基于生物体内原始生殖细胞发育机制的研究进行细胞制备，这个成果不单是对原始生殖细胞，对卵子样、精子样细胞制备技术的开发也是有帮助的”
探索本质带来突破
随着成果的积累，斋藤迈出了下一步，JST战略创造研究推进事业ERATO“斋藤全能性表观基因组项目”于今年启动了。目标是进一步解明生殖细胞发育机制，并向着医疗应用的方向发展研究。
“至今为止一直使用小鼠，研究主要集中在原始生殖细胞形成机制的解明上。根据ERATO计划，在解明原始生殖细胞发育为精子和卵子的机制的同时，要使用更接近人类的动物进行研究。”
从过去的研究中了解到，小鼠的ES细胞和初期发育形式非常特殊，跟大鼠有很大的区别。至于使用哪种更接近人类的动物，讨论结果是跟滋贺医科大学动物生命科学研究中心的鸟居隆三教授一起使用食蟹猴进行共同研究。食蟹猴的月经周期约30天，与人相近，用于研究非常理想。
如果食蟹猴的研究取得进展，能成功解明生殖细胞发育机制的话，就能加深对基因重新编程的理解，还有望打通治疗不孕症等人类疾病的道路。然而伦理上的问题让人担忧。
“生殖细胞发育的研究，极端一点说的话与制造生命也有关系。比如制造人类的卵细胞，虽说现阶段还几乎不可能，但如果朝这个方向研究的话，就要有顶着各种非议前进的心理准备。使用食蟹猴进行研究，也必须充分进行伦理上的考量，在采集卵细胞时将对母体的影响减少到最小。”
前进道路上也许有各种各样的困难。但是，斋藤确信活用由小鼠研究取得的经验和知识，集合团队的力量，一定能打开道路。
“原始生殖细胞，只不过是肚子里的小宝宝在初期时才存在的细胞，从医学观点来看完全不值得关注。有时候会不安地想,进行这样的研究不要紧吗？但是，只要不是三心二意，而是专心去探索本质的话，就可能一下子打开局面。希望今后也不会偏离本质”
斋藤抱着坚定的信念，相信着自己的研究终有一日会对医疗有所帮助。到那时，说不定“生殖细胞到底有什么‘特别’的功能？”这种现在还无法回答的问题，连中学生也能对答如流了。
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