辅助生殖技术应用广泛

  最近,一则同乐城注册送18引起大家的关注:31年前出生的中国大陆首例试管婴儿当妈妈了。试管婴儿二代宝宝的出生,这在我国辅助生殖技术史上具有里程碑意义。回望31年前,我国的试管婴儿技术尚处在萌芽阶段;短短31年间,我国的试管婴儿技术发展迅速。

图1左:试管婴儿之母张丽珠教授与中国大陆首例试管婴儿郑萌珠,出生于1988年3月10日;图1右:郑萌珠于2019年4月15日诞下一名男孩。图1左:试管婴儿之母张丽珠教授与中国大陆首例试管婴儿郑萌珠,出生于1988年3月10日;图1右:郑萌珠于2019年4月15日诞下一名男孩。

  随着我国晚婚晚育的趋势愈发明显,以及二孩政策的全面实施,辅助生殖技术(assisted reproductive technology, ART)在我国应用广泛,为不孕不育以及错过黄金生育年龄的夫妇带来生育希望。辅助生殖技术包括人工授精(artificial insemination, AI)和体外受精-胚胎移植(in vitro fertilization and embryo transfer, IVF-ET)(即俗称的“试管婴儿”)两大类。

图2左:显微镜下的人精子;图2右:卵胞浆内单精子显微注射(intracytoplasmic sperm injection, ICSI),第二代体外受精-试管婴儿技术(图片来源于网络)图2左:显微镜下的人精子;图2右:卵胞浆内单精子显微注射(intracytoplasmic sperm injection, ICSI),第二代体外受精-试管婴儿技术(图片来源于网络)

  辅助生殖技术的瓶颈:成功率较低

  虽然目前辅助生殖技术较为成熟,但研究数据表明,仅有约70%的患者可成功获得可移植胚胎。在进行辅助生殖技术的前期准备过程中,会对就诊夫妇进行常规的辅助检查,其中男方会进行精液检查。

  根据《WHO人类精液实验室检验手册(第五版,2010)》的建议,精液检查包括:精液体积、pH值、精子密度、精子形态和精子运动能力等。约40-60%就诊男性患者,通过精液检查可诊断出异常:如少精症、弱精症、无精子症以及畸形精子症等;其余的则不知病因,统称为不明原因不育。能进入体外受精(IVF)治疗周期的男性,一般精液检查正常,或男方不育病因不明。

  早在上世纪90代,研究人员就已发现,精子质量与受精率、胚胎发育及子代健康密切相关,使用质量不高的精子进行体外受精会导致高失败率,甚至后代出生缺陷,给患者的心理和经济造成不必要的负担。而现有的常规精液检查指标并不能有效地评价精子对受精及胚胎发育的影响。临床上迫切需要能预测精子对胚胎质量影响的精子质量评价方法。

图3 辅助生殖技术常规流程图图3 辅助生殖技术常规流程图

  精子:父源遗传信息的携带者

  精子中除了携带父源的DNA,是否还携带其他信息呢?大量的研究表明,哺乳动物精子中还表达多种非编码小RNA,包括microRNA(miRNA),PIWI-interacting RNAs(piRNA),tRNA-derived small RNAs(tsRNA)和rRNA-derived small RNAs(rsRNA)等,这些小RNA在多个水平上控制基因的表达,是细胞内基因表达调控网络的重要组成部分,并与多种疾病存在密切关联。

  多项动物试验研究表明,精子中异常表达的非编码小RNA与精子质量相关,并可由精子携带进入受精卵,进而影响早期胚胎发育。因此,人精子中的非编码小RNA或许也可能作为生物标志物判断人精子的生育能力。

图4 精子中可携带大量父源信息(图片来源于网络)图4 精子中可携带大量父源信息(图片来源于网络)

  精子中非编码小RNA分子:更好预测精子质量和试管婴儿胚胎质量

  近期,中国科学院生物化学与细胞生物学研究所吴立刚研究组、上海市计划生育科学研究所施惠娟研究组和复旦大学附属妇产科医院上海集爱遗传与不育诊疗中心陈国武研究组合作,对评估精子质量的分子标志物进行了研究。他们从接受试管婴儿治疗夫妇的男性患者中收集了常规精液检查指标正常的精子样本。同时,为避免女方因素对结果干扰,尽可能地排除女方不孕因素:包括女方年龄过大、卵巢早衰、多囊卵巢综合症及输卵管积水等。

  研究人员根据试管婴儿治疗后的优质胚胎率将精子样本分为正常组和病例组,试图找到精子中小RNA与精子质量之间的关系。通过对精子中的小RNA进行深度测序和分析,发现人精子中tsRNA、rsRNA和miRNA的差异表达与试管婴儿胚胎质量有显著的相关性,其中差异表达的精子tsRNA与胚胎质量的相关性最强。

  该发现与近期国内陈琦、段恩奎、翟琦巍和周琪研究团队在Science上报导小鼠精子中特异性表达的tsRNA影响胚胎发育和子代表型的结果不谋而合。这表明父亲对后代的影响不仅限于精子携带的父方基因组DNA,还包括精子中的非编码小RNA。它可作为潜在的生物标志物用于预测精子质量及其对试管婴儿治疗后胚胎质量的影响。

图5 精子中的tsRNA(图5上)作为生物标志物用于辅助生殖技术中评价人精子的质量图5 精子中的tsRNA(图5上)作为生物标志物用于辅助生殖技术中评价人精子的质量

  检测精子中某些特殊的非编码小RNA分子,不仅可以作为潜在的生物标志物,用于预测精子对试管婴儿治疗后胚胎质量的贡献,同时也可以作为不育门诊的精液筛查指标,在表观遗传水平评估精子的生育力。

  与传统的精液质量评估主要依靠检测精子的数量、形态和运动等间接的宏观理化指标不同,用于作为分子标志物的非编码小RNA本身就是一类具有表观遗传调控功能的核酸分子,直接参与胚胎发育调控,因此相关性更高。

  检测精子中的非编码小RNA,如果预测指标发现精子质量较差,可能导致优质胚胎率低,则可在孕前及早干预,通过理疗和药物等方法改善精子质量,提高自然怀孕率和试管婴儿的成功率,从而减轻患者的心理压力和经济负担。