在哺乳動物胚胎發(fā)育的早期，很早在生物體的最終形態(tài)形成之前，就將其細(xì)胞的寶貴子集留作后代以用于后代的繁殖。這項(xiàng)任務(wù)賦予該細(xì)胞子集一種特殊的永生性。當(dāng)大多數(shù)胚胎細(xì)胞繼續(xù)構(gòu)建成長中的身體，并且它們的旅程在該身體中開始和結(jié)束時，被擱置的細(xì)胞稱為原始生殖細(xì)胞(PGC)，最終將產(chǎn)生精子和卵，它們將在轉(zhuǎn)身產(chǎn)生一個新的身體，生命的循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。

胚胎最早的細(xì)胞是多能的，這意味著它們有可能發(fā)展為許多不同的細(xì)胞類型，例如心臟，大腦，血液，但是這些細(xì)胞的后代最終會變成一種特定的身份，之后每個人只能產(chǎn)生一個單元格的類型。長期以來，科學(xué)家一直相信，一旦擱置了PGC，它們將立即致力于生產(chǎn)卵子和精子細(xì)胞的途徑。然而，懷特海德研究所所長戴維·佩奇(David Page)也是麻省理工學(xué)院(MIT)生物學(xué)教授，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，博士后研究員彼得·尼科爾斯(Peter Nicholls)的最新研究表明，原始生殖細(xì)胞命運(yùn)可以保持更長的時間：直到更加接近胚胎發(fā)育的末期。在大多數(shù)物種中，PGC在性腺(睪丸或卵巢)形成之前就被擱置了很長時間，然后又進(jìn)入這些發(fā)育中的性腺，最終它們會產(chǎn)生性細(xì)胞。佩奇和尼科爾斯發(fā)現(xiàn)有證據(jù)表明，這些PGC的命運(yùn)直到他們到達(dá)性腺后不久才保持靈活。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在11月21日的PNAS期刊上，加深了我們對繁殖過程的理解。

佩奇說：“生物學(xué)中的一個基本問題是我們?nèi)绾螐囊淮鷤鞯较乱淮?rdquo; “而負(fù)責(zé)下一代生產(chǎn)的單元是該故事的重要組成部分。”

建立新的時間表來確定PGC何時發(fā)生，還可以闡明某些生殖道癌癥的起源，包括睪丸癌，其發(fā)病率正在上升，并且已經(jīng)是年輕男性中最常被診斷出的癌癥。

盡管PGC是精子和卵子的前體，但它們也與胚胎干細(xì)胞等多能細(xì)胞具有許多共同特征。如果將遷移的PGC像胚胎干細(xì)胞一樣進(jìn)行分離和培養(yǎng)，則PGC會顯示多能性指標(biāo)，并且能夠自發(fā)形成包含多種細(xì)胞類型(多能細(xì)胞的商標(biāo))的腫瘤。佩奇和尼科爾斯發(fā)現(xiàn)的證據(jù)證實(shí)，PGC到達(dá)性腺后不久，它們喪失了產(chǎn)生多能細(xì)胞系的能力以及其形成腫瘤的能力。從那時起，無論其環(huán)境如何，PGC都只能發(fā)育成卵和精子。

然后，研究人員著手鑒定促使PGC致力于僅產(chǎn)生卵子或精子的基因。首先，尼科爾斯(Nicholls)確定了一組基因，這些基因在PGC進(jìn)入小鼠和人類的性腺時被激活，其中一些集中在那些似乎與多種動物性細(xì)胞定型有關(guān)的基因上，而不僅僅是在哺乳動物中。然后，他縮小了其中一個基因Dazl的范圍，將其作為PGC成為性細(xì)胞不可逆轉(zhuǎn)地致力于其路徑必不可少的單個基因。尼科爾斯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)從小鼠中刪除Dazl基因時，PGC進(jìn)入性腺，但不會發(fā)育成卵和精子的定型前體，這表明Dazl是性細(xì)胞定型配方中的關(guān)鍵成分。

在沒有Dazl的情況下，PGC仍未定型，在某些情況下會形成性腺腫瘤。研究人員認(rèn)為，基于他們的發(fā)現(xiàn)，睪丸癌和其他性腺癌可能是由已進(jìn)入性腺但未適當(dāng)致力于成為性細(xì)胞的PGC引起的，因此容易形成腫瘤。在具有大量未定型PGC的Dazl缺陷小鼠中，四分之一的雄性小鼠中年輕時就有睪丸腫瘤。腫瘤的早期發(fā)作與睪丸癌的兒童和男性中觀察到的一致，其中大多數(shù)年齡在45歲以下。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，雌性Dazl缺陷小鼠發(fā)展出性腺腫瘤，盡管其發(fā)病率低于雄性。進(jìn)一步的研究表明，睪丸環(huán)境特別有利于由未承諾的PGC形成腫瘤。

佩吉說：“由于未知的原因，睪丸癌正在上升，我們的發(fā)現(xiàn)表明該癌具有胚胎起源。” “了解原始生殖細(xì)胞的性質(zhì)對于調(diào)查和解決這種疾病很重要。”

研究人員希望，除了提供對性腺癌的見解之外，他們的工作可以幫助改善實(shí)驗(yàn)室中干細(xì)胞對卵和精子的衍生。弄清楚性細(xì)胞定型過程的具體細(xì)節(jié)，應(yīng)使研究人員可以在盤中重新形成它。尼科爾斯也對這項(xiàng)工作的進(jìn)化意義感到興奮：他發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明性細(xì)胞定殖的相似過程在多種物種中均發(fā)生。特別是，對DAZL缺陷豬的研究(其與老鼠和人類的最后共同祖先生活在9500萬年前)提供了有力的證據(jù)，證明這種DAZL依賴性過程自現(xiàn)代哺乳動物的早期就開始發(fā)揮作用。

尼科爾斯說：“這項(xiàng)工作完全改變了性細(xì)胞進(jìn)入哺乳動物的時間。” “此外，我們的數(shù)據(jù)表明，不管最初建立原始生殖細(xì)胞的方式如何，一組共同的因素可能不僅影響哺乳動物的性細(xì)胞，而且可能影響所有脊椎動物的性細(xì)胞。”