打破生殖边界！人造子宫再添 “搭档”，体外造精攻克配子核心难题
体外配子发生 —— 利用干细胞在体外诱导产生具备受精能力的成熟配子，始终是生殖生物学领域追求的终极目标。这项技术不仅有望为人类生殖健康开辟全新路径，为不孕不育群体带来新希望，助力濒危物种的保护与繁育，更将从根本上重塑科学界对性别决定、生殖发育等核心生命过程的认知，推动生殖生物学领域的革命性发展。
目前，研究者已能从多能干细胞中成功诱导出原始生殖细胞样细胞（PGCLCs），但如何重建功能性性腺微环境，尤其是模拟体内睾丸生态位，仍是制约该领域发展的关键瓶颈。其核心难题在于：仅获得原始生殖细胞远远不够，要培育出可受精的成熟配子，必须为其构建高度贴合体内生理状态的 “专属生长环境”，才能驱动生殖细胞完成完整的成熟分化过程。
2026 年 2 月 26 日，日本大阪大学 Katsuhiko Hayashi 团队在国际顶刊《Science》在线发表题为 “Reconstitution of sex determination and the testicular niche using mouse pluripotent stem cells” 的研究论文，实现了该领域的里程碑式突破。该团队仅利用多能干细胞，就在体外成功培育出具备完全生物学功能的精子，并通过体外受精技术，最终获得了健康、可育的小鼠后代。这项成果不仅深度深化了人类对性别决定机制的理解，更开创性地为男性生殖系提供了体外替代来源，为生殖医学的转化应用奠定了坚实基础。
哺乳动物的性别决定，高度依赖于性腺体细胞的分化命运 —— 这类体细胞会构建出性别特异性的微环境，不仅决定着生殖细胞的发育方向，更直接保障生物体的正常生育能力。因此，性腺体细胞的精准分化，是性别决定、性激素合成与配子发生的关键前提，也是体外重建生殖体系的核心难点。
在本研究中，研究者首次实现了小鼠多能干细胞向睾丸体细胞的体外完整重建，成功复现了体内性别决定的关键过程，培育出能够形成曲细精管及邻近间质组织的各类细胞类型。重建后的睾丸组织中，不仅包含多能干细胞来源的原始生殖细胞样细胞（PGCLCs），更能有效支持其进一步分化为精子干细胞；将这些精子干细胞移植到小鼠睾丸后，可顺利分化为具备完全功能的精子。
为精准追踪细胞分化轨迹，该团队采用携带性别特异性报告基因的小鼠胚胎干细胞（以 Sox9‑GFP 标记睾丸细胞、Foxl2‑tdTomato 标记卵巢细胞），通过优化体外培养体系，使细胞从双潜能性腺前体状态出发，以 Y 染色体依赖的方式，定向分化为睾丸体细胞样细胞（TesLCs）。研究人员通过精准调控骨形态发生蛋白（BMP）与 WNT 信号通路，仅在 XY 型细胞中成功诱导出 SOX9 阳性支持细胞，并进一步形成包含管周肌样细胞与间质细胞的曲细精管样结构 —— 这一结构与体内睾丸的生理结构高度相似，为生殖细胞的成熟提供了理想微环境。
单细胞转录组分析结果显示，体外诱导的细胞分化轨迹与体内性别决定过程高度吻合，出现了富含 Sry、Sox9、Amh 和 Dmrt1 基因的男性特异性细胞群体，而这些基因正是 Sertoli 细胞分化及功能维持的关键基因，进一步证实了体外重建睾丸微环境的科学性与有效性。
当睾丸体细胞样细胞（TesLCs）与原始生殖细胞样细胞（PGCLCs）共培养时，两者可自发组装形成能够支持雄性生殖细胞分化的睾丸类器官。在该类器官体系中，PGCLCs 能够有序分化为生殖原细胞、精原细胞，并进一步启动减数分裂，最终形成精子细胞。值得关注的是，由该体系诱导获得的生殖系干细胞样细胞（GSCLCs），可在体外实现长期稳定扩增；将其移植到不育雄性小鼠睾丸后，能够成功重建完整的精子发生过程，产生具备受精能力的成熟精子，这些精子通过体外受精后，可发育为健康、可育的子代个体，彻底验证了该体外体系的功能性。
此外，该研究还揭示了性别决定的关键特征：SOX9 阳性睾丸支持细胞的分化严格依赖 Y 染色体的存在，而 FOXL2 阳性卵巢样细胞则可由 XY 型细胞诱导产生，并能够支持卵发生过程，这一发现凸显了雌雄性别决定通路之间的内在不对称性，为深入解析性别决定机制提供了全新视角。
综上，本研究成功建立了完全由多能干细胞衍生的睾丸发育体外模型，在不依赖胚胎组织的前提下，实现了性别决定过程的体外重建，并获得了具备功能的精子发生干细胞。该平台不仅为深入解析性腺发育、性别决定机制、生殖细胞与体细胞的相互作用提供了理想的研究工具，也为将生殖系体外重建技术推广至其他哺乳动物物种奠定了重要基础，在基础生殖生物学研究与转化医学领域均具有广泛而深远的科学意义与应用价值。
Takashi Yoshino et al. Reconstitution of sex determination and the testicular niche using mouse pluripotent stem cells.Science, 391, eaea0296 (2026).