生殖器官的起源

在人类发育的早期，在妊娠的前三个月，胎儿可能有XX或XY染色体，表明其性别。然而，在这一阶段，被称为双潜能性腺的大量细胞最终发展成卵巢或睾丸，还没有完成它的最终使命。

虽然研究人员已经研究了进入这一过程后期阶段的步骤，但对双潜能性腺的前体知之甚少。在一项发表在《细胞报告》上的新研究中，由宾夕法尼亚大学兽医学院的佐佐木太郎(Kotaro Sasaki)领导的一个国际团队详细阐述了在两个哺乳动物模型中，性别决定这一关键方面的发展。

佐佐木说:“利用单细胞转录组数据，我们可以获得很多关于每个发育阶段的基因表达的信息。”他说:“我们可以定义什么是违约过程，以及在某些情况下会如何出错。这在传统的发育生物学中是从未做过的。现在我们可以从分子的角度来理解发展。”

性发育障碍(DSD)发生在内部和外部生殖结构的发展不同于预期的基于一个个体的基因。例如，XY染色体的人可能会发育卵巢。这些情况通常会影响生育能力，并与生殖细胞肿瘤的风险增加有关。

佐佐木说:“这些疾病通常会给患者带来心理和生理上的痛苦。”“这就是为什么了解性腺的发育很重要。”

为了理解非典型发育，Sasaki和他的同事在当前的研究中试图规划典型发育的步骤，用老鼠模型和猴子模型。

研究人员首先检查小鼠胚胎的整个胚胎发育过程，使用分子标记来追踪可能参与生殖结构形成的不同蛋白质的位置。他们注意到，在老鼠胚胎发育的第9天，一个被称为后中胚层(pIM)的结构被一种对性腺、肾脏和靠近肾脏的产生激素的肾上腺的发育至关重要的基因标记亮了起来。

研究小组集中于pIM及其子代细胞，发现到第10.5天，这些细胞也表达了已知的与双潜能性腺相关的标记物。

佐佐木说:“人们以前研究过泌尿生殖器官和肾脏的起源，并据此认为它们的起源非常接近。”“所以我们的假设是pIM是性腺和肾脏的起源。”

为了确定性腺的起源，他们进行了谱系追踪，科学家们通过标记细胞来追踪它们的后代，这确实支持了pIM和性腺之间的联系。

为了进一步证实pIM在生殖生物学中与人类更接近的生物体中发挥了类似的作用，研究人员在食蟹猴的胚胎中进行了类似的观察。尽管发育时间与小鼠不同，如预期的那样，pIM似乎再次产生了双电位性腺。

为了更深入地研究pIM和双电位性腺之间过渡的分子机制，研究人员使用了一种尖端技术:单细胞测序分析，借此他们可以确定哪些基因在每个发育阶段被开启。

他们不仅能够识别被激活的基因——其中许多基因以前从未与生殖发育相关——而且他们还观察到pIM和双潜能性腺(称为体腔上皮)之间的过渡状态。通过比较老鼠和猴子的胚胎，研究人员得出了一组基因，这些基因被保存下来，或者在物种之间共享。佐佐木说:“我们已经知道，其中一些基因对小鼠和人类的卵巢和睾丸的发育非常重要，而另一些基因则与DSDs的发育有关。”

然而，他指出，大约一半的DSDs患者的遗传原因尚不清楚。“所以我们正在组装的这个数据库现在可以用来预测一些对DSD很重要的其他基因，可以用于DSD的筛查和诊断，甚至治疗和预防。”

该研究还阐明了肾脏、肾上腺和性腺的起源之间的关系。佐佐木说:“它们都源于pIM，但时间和位置不同。”

他说，肾上腺从pIM的前部发育，或者更靠近头部的那部分发育较早，而肾脏从pIM的后部发育较晚。性腺跨越pIM，有些区域发育较早，有些区域发育较晚。

在未来的研究中，佐佐木和他的同事们将继续梳理性腺发育的细节和阶段。佐佐木的最终目标是在实验室中诱导病人自身的干细胞长成生殖器官。

佐佐木说:“一些患有DSDs的患者没有卵巢和睾丸，一些癌症患者接受化疗后完全失去了卵巢功能。”“如果你能在实验室中诱导干细胞长成卵巢，你就可以为这些患者提供一种替代疗法，让他们恢复正常的激素水平，甚至生育能力。”有了对性腺发育过程的精确分子图谱，我们离这一目标又近了一步。”

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