體外受精引發(fā)表觀修飾出錯(cuò)

日期：2016-03-16 08:53:36

有一個(gè)孩子，是許多不育夫婦的夢(mèng)想。作為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，試管嬰兒，也就是體外受精-胚胎移植(IVF-ET)技術(shù)為許多家庭帶來(lái)了福音。在過(guò)去將近40年時(shí)間里，成千上百萬(wàn)的孩子通過(guò)體外受精出生，而且這種輔助生殖技術(shù)也廣泛用于牛、豬等家畜育種。

然而，越來(lái)越多的研究表明試管嬰兒與自然受孕嬰兒存在差異，這不僅表現(xiàn)在發(fā)生出生缺陷的風(fēng)險(xiǎn)顯著高于自然受孕，而且還會(huì)出現(xiàn)性別失衡，這到底是為什么呢？近期來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的田見(jiàn)暉教授研究組發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘，他們通過(guò)一系列的表型分析，確定了這種性別失衡是由于IVF胚胎附植后出現(xiàn)雌性偏好性地發(fā)育異常所致，進(jìn)一步研究人員認(rèn)為，表觀修飾錯(cuò)誤是導(dǎo)致IVF胚胎及出生后代健康問(wèn)題的主要原因。

這項(xiàng)重要的研究發(fā)現(xiàn)公布《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上，田教授表示，“我們的這項(xiàng)研究不是去否定IVF技術(shù)本身，也不是為了讓不育患者放棄通過(guò)IVF獲得baby，而是為了從源頭上揭示這些風(fēng)險(xiǎn)的原因，并以此為IVF體系的優(yōu)化提供路徑，我們的最終目的是讓IVF技術(shù)更加安全”。

體外受精值得放心嗎？

近年來(lái)愈來(lái)愈多夫婦受到不育問(wèn)題困擾，體外受精IVF成為他們生兒育女、享受天倫之樂(lè)的一大途徑，但這種技術(shù)誕生以來(lái)的最大問(wèn)題就是，人們擔(dān)心他們是否與自然孕育的孩子一樣健康和正常。

此前曾有跟蹤調(diào)查報(bào)告顯示，體外受精試管嬰兒和自然孕育出生的孩子一樣健康，在身體、智力、心理發(fā)育及社交能力等方面都很正常。然而另外一些研究卻不那么樂(lè)觀，雖然試管嬰兒患癌高風(fēng)險(xiǎn)被否定了，但是自閉癥、先天性心臟病、唐氏綜合征等依然風(fēng)險(xiǎn)會(huì)高于正常兒童。

“目前，全球每六對(duì)夫婦中就有一對(duì)遭受不孕不育的困擾。自1978年第一例試管嬰兒出生以來(lái)，體外受精（IVF）被廣泛應(yīng)用于解決人類(lèi)不育的問(wèn)題。目前，全球已有超過(guò)540萬(wàn)的試管嬰兒通過(guò)IVF技術(shù)出生，并以每年35萬(wàn)例的速度遞增。但是，越來(lái)越多的證據(jù)表明盡管大多數(shù)的試管嬰兒是健康的，但是仍存在令人擔(dān)憂(yōu)的流產(chǎn)、低出生重、出生缺陷、長(zhǎng)期的疾病風(fēng)險(xiǎn)等健康問(wèn)題”，田教授解釋道。

X染色體失活不足

田教授研究組博士生譚琨等在2011年發(fā)現(xiàn)利用體外受精技術(shù)培育的小鼠存在性別失衡問(wèn)題。進(jìn)一步研究顯示，體外受精胚胎存在X染色體失活不足問(wèn)題，他們推斷這可能是導(dǎo)致性別失衡的主要原因。

所謂X染色體失活，也稱(chēng)為里昂化（lyonization），是指雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中兩條X染色體中的一條上的基因逐步沉默，最終X染色體會(huì)被包裝成異染色質(zhì)。

基于此，田教授研究組發(fā)現(xiàn) Xist 和環(huán)指蛋白12( Rnf12 )在IVF引發(fā)的XCI不足問(wèn)題上發(fā)揮重要作用。Xist是一種非編碼RNA，能包裹在失活的X染色體上，而Rnf12則是Xist的上游調(diào)控因子。雌性IVF胚胎中的這兩種元件表達(dá)都會(huì)受損，但雄性的卻不會(huì)。

“Xist和Rnf12是X染色體失活（XCI）的關(guān)鍵基因，這些基因的表達(dá)受到抑制，會(huì)造成X染色體失活不足。雌性胚胎出現(xiàn)XCI不足問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致X-linked基因的過(guò)度表達(dá), 這會(huì)導(dǎo)致胚胎的異常發(fā)育，進(jìn)而造成性別失衡，”田教授補(bǔ)充道。

此外，這項(xiàng)研究也證實(shí)采用實(shí)驗(yàn)方法上調(diào)Rnf12表達(dá)可以補(bǔ)償Xist表達(dá)。進(jìn)一步，田教授研究組通過(guò)將視黃酸添加到胚胎植入前培養(yǎng)基中，有效地逆轉(zhuǎn)了小鼠IVF胚胎中這種性別比例失衡。

“XCI是一系列的表觀修飾事件，包括非編碼RNAXist包裹X染色體、多種組蛋白修飾的改變及DNA甲基化變化等等。視黃酸作為一種內(nèi)源性的表觀修飾調(diào)節(jié)因子，可以通過(guò)作用于多能因子，激活Xist表達(dá)，進(jìn)而校正XCI及出生性別比例。因此，我們嘗試了通過(guò)視黃酸添加改善IVF發(fā)育體系，”田教授說(shuō)，這也為探索體外受精相關(guān)的健康問(wèn)題提供了參考。

表觀修飾出錯(cuò)

田教授說(shuō)，“我們始終堅(jiān)信：體外受精（IVF）操作及環(huán)境引發(fā)的表觀修飾錯(cuò)誤，是導(dǎo)致IVF胚胎及出生后代健康問(wèn)題的主要原因，發(fā)現(xiàn)并校正這些表觀錯(cuò)誤可有效預(yù)防這些健康問(wèn)題。圍繞性別失衡問(wèn)題，我們進(jìn)行了一系列的表型分析，確定這是由于IVF胚胎附植后出現(xiàn)雌性偏好性地發(fā)育異常所致，并且這些異常雌性胚胎主要表現(xiàn)為胚外組織發(fā)育異常。基于這些發(fā)現(xiàn)，我們推斷IVF雌性胚胎中XCI染色體失活這一雌性特異的表觀修飾事件受到了破壞。”

這項(xiàng)研究也進(jìn)一步證實(shí)了這一觀點(diǎn)，IVF操作及環(huán)境引發(fā)的表觀修飾錯(cuò)誤，是導(dǎo)致IVF胚胎及出生后代健康問(wèn)題的主要原因，發(fā)現(xiàn)并校正這些表觀錯(cuò)誤可有效預(yù)防這些健康問(wèn)題。這對(duì)于該領(lǐng)域的研究具有指引作用。針對(duì)其他的IVF健康問(wèn)題，需要探索是由哪些具體的表觀修飾錯(cuò)誤引發(fā)的，進(jìn)而提出針對(duì)性的解決方案。

然而，長(zhǎng)期以來(lái)，全世界在該領(lǐng)域的相關(guān)研究進(jìn)展較為緩慢并缺乏突破性進(jìn)展，無(wú)法有效地對(duì)IVF引發(fā)的表觀錯(cuò)誤實(shí)施針對(duì)性的校正或預(yù)防。隨著試管嬰兒這一群體越來(lái)越大，由此產(chǎn)生的健康隱患，將逐步顯現(xiàn)。因此，田見(jiàn)暉教授呼吁政府和社會(huì)更加關(guān)注相關(guān)問(wèn)題，從而使更多的研究人員、資金能夠投入到該領(lǐng)域，共同解決IVF引發(fā)的一系列健康問(wèn)題，使IVF能夠更加安全、廣泛地用于人類(lèi)不育癥的治療。

應(yīng)用到臨床

這項(xiàng)研究不僅確定了雌性偏向性妊娠丟失及隨后體外受精出生性別失衡的潛在機(jī)制，而且通過(guò)針對(duì)性改良IVF過(guò)程的培養(yǎng)系統(tǒng)解決了這一IVF誘導(dǎo)的性別失衡問(wèn)題，但是否適用于人類(lèi)仍有待時(shí)間來(lái)驗(yàn)證。

田教授解釋道，“我們的研究是為IVF健康問(wèn)題的內(nèi)在機(jī)制及預(yù)防策略提供重要的方向指引。目前的研究成果在人體上應(yīng)用還存在一定的問(wèn)題：1）人與小鼠胚胎發(fā)育過(guò)程存在一定差異，需要進(jìn)一步的證據(jù)確定物種間問(wèn)題的一致性；2）倫理問(wèn)題一直是人胚胎研究需要注意的，要想在人體驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，需要人自然生產(chǎn)的胚胎，這是不允許的；3）臨床的應(yīng)用（例如視黃酸添加）仍需進(jìn)行一系列的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確保安全可靠。我們的研究發(fā)現(xiàn)小鼠、兔子、牛的IVF胚胎都存在XCI不足的問(wèn)題，提示我們IVF引發(fā)的這一問(wèn)題可能具有普遍性。目前，已有的人的數(shù)據(jù)表明人IVF胚胎可能也存在XCI不足問(wèn)題。但是目前無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一假設(shè)。

我們認(rèn)為未來(lái)的研究重點(diǎn)：1）揭示正常的早期胚胎發(fā)育的內(nèi)在機(jī)制，特別是人類(lèi)。目前，相關(guān)的機(jī)制還有很多尚不清楚，因此針對(duì)IVF引發(fā)的健康問(wèn)題的機(jī)制探索更加困難；2）由于倫理的原因，我們不能直接針對(duì)人IVF胚胎開(kāi)展研究，動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)的機(jī)制以及相應(yīng)的預(yù)防措施是否能用于人IVF臨床應(yīng)用，這也將是未來(lái)研究中需要解決的問(wèn)題。”