胚胎染色体非整倍体的形成机制及诊疗新进展

染色体(chromosome )存在于细胞核当中,作为遗传信息(基因)的载体,在有丝分裂过程中起重要作用。

胚胎非整倍体(embryo aneuploidy )即胚胎染色体数目为正常染色体数目的非整数倍,丢失或增加了单个或几个。

胚胎染色体非整倍体对于胚胎和胎儿发育具有重要意义,是胚胎着床率降低、发育停滞、流产率升高[1],胎儿期流产、死产及先天性疾病[2]的主要原因。

胚胎染色体非整倍体发生的原因主要是细胞有丝分裂期染色体重组发生异常。

35%的孕妇妊娠是非整倍体,尤其在植入前胚胎中比率更高,由于非整倍体胚胎具有较差的发育潜力所以在围植入期和整个胎儿寿命期被淘汰[3]。

女性卵母细胞的减数分裂因其独特的复杂性而较易发生错误,在育龄妇女中卵母细胞的20%-30%(和高达高龄孕妇的卵母细胞的70%)为非整倍体[4]。

而精子的只是1%-8%[5]为非整倍体,在精子中非整倍体的发生率与父系年龄无关[6]。

1胚胎染色体非整倍体的形成机制1.1雌性生殖系统1.1.1卵巢储备功能相关文献显示动物[7]和人类[8]的数据表明功能性卵巢储备功能丧失可能与增加的胚胎非整倍体有关。

导致人类卵母细胞和胚胎非整倍体率升高的机制仍然在不断的探索之中:主要由卵母细胞第一次减数分裂(MI )中同源染色体(二价体)的错误分离引起的,母亲年龄高是主要危险因素[9]。

随着女性年龄的增长,染色体分离错误的风险逐渐增加,而生育力及卵泡质量下降。

因此,大约35岁开始女性临床妊娠率、活产率下降,流产率及胎儿畸形率风险增加[10]。

Franasiak 等人的一篇回顾性文献发现胚胎非整倍性的最低风险在26至30岁之间,年轻和高龄组的非整倍性率更高,并且更复杂的非整倍体的风险增加。

23岁及以下女性的非整倍性>40%。

26-37岁女性的非整倍体胚胎率最低(2%至6%),42岁时为33%,44岁时为53%。

非整倍体活检组织中发现随着年龄增长,复杂非整倍性的比例增加,最后,三体性/单体性比率接近1并且随着年龄的增加而最小化[11]。

通过辅助生殖技术助孕,其成功率也随年龄逐渐下降,中华医学会CSRM 上报系统数据显示2016年全国新鲜IVF-ET 统计<35岁女性临床妊娠率为60.88%;35-37岁为51.9%;38-40岁为38.27%;41-42岁为24.49%;42-43岁为13.97%;>44岁女性下降至9.3%,且>40岁的女性流产率为50%左右。

AMH 、FSH 与非整倍体的关系:抗缪勒管激素(anti-Mullerian hormone ,AMH)是一种糖蛋白,属于转化生长因子β(TGF-β)家族,在雌性主要由直径小于4mm 的小窦卵泡的颗粒细胞及卵巢窦前卵泡和睾丸未成熟的Sertoli 细胞所分泌。

AMH 近年常与AFC 、性激素等共同作为预测卵巢储备的标志物,进而评估卵巢反应性。

临床辅助生殖医师也常根据AMH 数值来选择合适的促排卵药物用量[12]。

AMH 可通过调节卵巢类固醇生成来影响卵泡形成,与类固醇激素,促性腺激素和肽类相比AMH 水平较稳定,在整个月经周期中不显著改变,也不受促性腺激素释放激素激动剂,妊娠或口服避孕措施的影响[13]。

Beth J .Plante 等研究发现AMH 水平降低与胎儿非整倍体相关(由产前染色体核型确定),AMH 值随着母亲年龄的增长而显著下降,但在非整倍体胎儿和整倍体胎儿妇女之间无差异[14]。

低孕妇AMH 水平可能是胎儿早期流产胎儿非整倍体的预测指标[15]。

2015年美国的一篇回顾性研究采用多元回归控制年龄,窦卵泡数,体重指数和胎次,发现血清AMH 与整倍体胚胎比例之间存在显着相关性(P =0.02),特别是在37岁以下的不育患者中[16]。

因此,认为孕产妇低AMH 水平似乎是早关键词：减数分裂;胚胎染色体;非整倍体;卵母细胞;精子;PGS ;PGD 中图分类号：R714.8文献标识码：B文章编号：1006-2238(2019)5-571-06DOI :10.3969/j.issn.1006-2238.2019.5.047胚胎染色体非整倍体的形成机制及诊疗新进展陈佳1综述，伍琼芳2审校(1.南昌大学医学院，南昌330006；2.江西省妇幼保健院，南昌330006)通信作者：伍琼芳·综述与讲座·期流产中胎儿非整倍体临床预测的独立性标志,然而在不久的将来,需要进一步研究以前瞻性的方式来证实血清AMH水平与早期流产的非整倍体风险之间的关系。

卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone,FSH)由垂体前叶嗜碱性细胞分泌的肽类激素,能够调控人体的生长、发育及青春期性成熟、以及生殖相关的一系列生理过程。

近年来,人类一直在探索关于评估卵巢储备功能的各种内分泌物学标志物是否与非整倍体妊娠有关。

基础性激素测定一般于女性月经周期的早卵泡期进行,2015年LA Bishop等人对8219例刺激周期进行了研究,发现FSH升高与年轻女性的妊娠丢失无关,但随着年龄的增长,对出生缺陷影响越来越大,并且未发现FSH升高与非整倍性增加独立相关的迹象[17]。

AFC与非整倍体的关系:众所周知,AFC、FSH、AMH、卵巢大小、抑制素等常被用于评估卵巢储备。

胎儿时期就已经决定了女性卵巢卵泡池中卵泡的数量:在胚胎20周时约有600万至700万个,出生时减少至lO0万至200万个,随着年龄的增长数目不断下降,30-40岁时下降至四分之一,之后生育力逐渐缓慢下降,至绝经时基本失去。

而由于个体绝经年龄,及卵巢功能的个体差异较大,B超监测AFC能更直观的更便捷的评估卵巢功能,故而非整倍体发生率可更好的通过监测AFC来预测。

Maribel Grand等进行了一项纳入934名女性的前瞻性研究,比较其非整倍体妊娠率及AFC,发现在基础AFC较少的女性其非整倍体妊娠发生概率较高[18]。

这反映了窦卵泡计数对于非整倍体有一定的预测价值。

1.1.2卵母细胞遗传质量染色体分离错误与非整倍体的关系:非整倍体是人类早期胚胎丢失,流产和胎儿出生缺陷的重要原因。

非整倍体形成主要是由卵母细胞第一次减数分裂(MI)中同源染色体(二价体)的错误分离引起的。

第一次减数分裂过程中同源染色体分离、染色体数目减半及DNA分子数目减半。

纺锤体组装检查点(SAC)可以阻止染色体分离,直到姐妹染色单体正确地连接于有丝分裂纺锤体上,它通过在中间平板上的所有染色体的聚集和排列(生物合成)之前产生阻止Cdc20从激活促进复合体/环形体(APC)的后期的信号来实现。

有相关文献报道,随着母亲年龄的增加,染色体失去凝聚关系,卵母细胞减数分裂分离错误逐渐增加,环境污染和荷尔蒙变化也可能影响[19]。

母体年龄在非整倍体的形成中起了很大的作用,例如最近的一项研究观察20,000个非整倍体卵母细胞系列(涉及染色体13,16,18,21和22),错误分离率从35岁到43岁以上的女性之间,由20%达到60%,在38岁以上的IVF患者中,几乎每一秒的卵母细胞都是异常的,起源于减数分裂I和减数分裂II[20]。

交叉成熟缺陷与非整倍体的关系:配子通过减数分裂形成,其中同源染色体之间的交叉发挥关键作用,以确保正常的分离。

2017年最新文献,ShunxinWang等人详细研究了人类男性和女性减数分裂中的交叉形成,通过建模分析结果表明,两性中的重组通过相似的步骤有效地进行。

但是,在女性中,约25%交叉成熟缺陷,推断这种“女性特异性交叉成熟缺陷(Cell2017;168;977-89e17)”对染色体错误分离的高水平和由此造成的人类女性卵母细胞的分裂异常造成的非整倍性(例如,给予唐氏综合征)做出重大贡献。

此外,同一细胞核中不同染色体上的交叉水平倾向于共同变化,这是由染色质环大小的全核调控引起的效应[21]。

揭示了胚胎非整倍体的根本原因来自于卵子。

1.2雄性生殖系统虽然非整倍体胚胎形成主要由于母系因素产生,但是精子非整倍体率升高对于胚胎发育也有重要影响。

近年来正常人群的精子非整倍体发生率升高,不同种类患者(不育、体细胞核型异常患者)的精子非整倍体率的影响,以及生活方式或暴露有害化学物质中均可能导致父系减速分裂异常从而引起胚胎非整倍体增加[22]。

1.2.1正常人群精子非整倍体率升高精子发生过程中导致胚胎非整倍体的非分离机制主要是是无臂分离和前体细胞分裂(PSSA),精子与卵母细胞非整倍体发生率的差异并不是由于染色体分离错误的差异,而是由于精子减速分裂发生过程与卵母细胞相比存在监测和阻止精子数量异常的减数分裂后检查点。

对于单条染色体来说,平均的二体率大约是0.1%,总的非整倍体率估计为4.5%(2×2.26)。

比精子核型分析所得结果(1.8%)要高。

相关研究结果表明,非整倍体中度升高的男性患父亲非整倍体妊娠的风险更高[23]。

最近的一项多中心前瞻性病例对照研究33例病例和27名对照者,采用精子染色质结构分析(SCSA)和末端脱氧核苷转移酶缺口末端标记(TUNEL)和荧光原位杂交(FISH)技术,对环境和家庭因素进行了详细的问卷调查和检查,并对精子DNA/染色质状况进行了研究,以调查男性配子在不明原因的复发性流产中的含意。

发现病例与对照组在受孕时间、体重指数(BMI)、不孕症家族史和生活环境方面存在显著性差异。

精子总活力和形态正常精子百分率明显下降。

精子DNA断裂或染色质完整性方面与对照组无明显差异。

非整倍体、超单倍体和18号染色体二体的精子数量显著增加。

提示精子非整倍体的增加可能导致在不明原因的复发性流产[24]。

1.2.2少弱精子症、畸形精子症与非整倍体的关系精子形态对胚胎染色体的影响有报道显示,形态精子数量减少的夫妇(4%以下)和正常形态精子细胞水平正常的夫妇(4%以上)的胚胎染色体有显著性差异[25]。

在正常精子水平较低的组中,染色体正常的胚胎率明显降低,性染色体三倍体和常染色体单倍体和三倍体的发生率增加[26]。

不育患者的精子非整倍体率显著增高,且非整倍体率随男性因素的不育程度严重性而增加。

Sarrate等回顾性研究319名不孕患者中发现这一群体的性染色体二体率较正常值高2-3倍,2l号染色体非整倍体及二倍体率亦增高3倍,结论表明少精症与非整倍体率增高相关,特别是严重的少精子症,然而,并未发现畸形精子症与非整倍体之间的关系[27]。

另一项研究对此进行了补充,畸形精子组胚胎基因组中常染色体三倍体、单倍体和性染色体三倍体的频率均有统计学意义的增加,畸形精子夫妇中Klinefelter综合征儿童的出生风险较高,整倍体胚胎性别比分析表明,畸形精子症夫妇的男性胚胎形成减少[28]。

这证明了父亲精子形态学异常与常染色体非整倍体的风险以及在后代基因组中的性染色体重复之间的相关性。