最後20%的突破口-端粒長度與粒線體含量

三代試管嬰兒普拉斯已掌握了影響懷孕因素的80%, 而我們仍在努力找尋那剩下的20%, 期望從粒線體含量與端粒長度方面找到突破口
2020-08-28
作者 Phillip

胚胎著床及發育能力  不單與染色體正常有關

在過去的幾十年中,生殖醫學領域藉由植入體外受精(IVF)產生的胚胎之技術,在生殖潛力方面有著明顯的進步。最初,胚胎形態和卵裂率是選擇適合植入胚胎的唯一參考依據;然而,儘管使用這些方法對植入後的結果有了改善,但仍有多數的胚胎植入後未能持續妊娠。隨著胚胎著床染色體篩檢 (PGT-A)技術的發展,僅轉移染色體為整倍體的胚胎大大提高了活產率。儘管有了上述挑選胚胎的方法,但植入外觀及染色體皆正常的胚胎後並不總是能夠持續的妊娠,這也顯示,胚胎後續的著床及發育能力不僅只與染色體正常有關。粒線體是細胞內半自主的胞器,在細胞內有著不可或缺的功能,包括ATP的產生,細胞凋亡的調節,鈣離子的恆定和活性氧物質(ROS)的產生。過去曾有動物模型研究指出線粒體與生殖功能密切相關,隨著生殖醫學領域對線粒體的興趣日益增長,研究者多方嘗試以線粒體相關參數來預測胚胎後續的發育,最終期望能提高植入胚胎的後續活產率。

粒線體含量與端粒長度 與胚胎發育關係

在2019台灣生殖醫學年會中,也有團隊研究顆粒細胞的粒線體含量與端粒長度,和卵母細胞成熟及早期胚胎發育的關係。作者在2017年9月到2018年8月期間,從110位女性身上收集顆粒細胞,以38歲為界線,分成高齡 (60人) 與年輕 (50人) 兩組,其中94位女性的胚胎更進一步以PGT-A分析滋養層細胞染色體是否為整倍體。

作者首先以quantitative polymerase chain reaction (Q-PCR) 驗證端粒長度隨著年齡的上升而下降 (如下列表格所示)。

 

Total

<38 y

38y

Age

36.5

33.5

40.7

Number

110

60

50

BMI

23.03±4.17

22.97±4,72

23,11±3,43

Tellomere length

0 35±014

0 37±0 16

0.33±0.12

mtDNA

304.15

304.84291.5

291.5

接著作者分別研究顆粒細胞中端粒長短與粒線體含量是否影響女性AMH、卵子成熟及早期胚胎發育等等相關參數。實驗統計後發現端粒長短不管在高齡或年輕女性中都會影響AMH,、取卵數目、成熟卵子數目及Day 3好胚胎數量;而粒線體含量多寡主要是影響在高齡組別女性的AMH、取卵數目、成熟卵子數目及Day 3好胚胎數量 (如下列表格所示)。

   

Telomere length

Mitochond rial content

AMH

Oocyte

retrievial

Mature

oocytes

Fertilizat ion rate(%)

Day 3

Good

embryos

Day 3 Good embryos rate(%)

Telomere lengt Total   + + + + - + -
Young   - + + + - + -
Old   + - + + - - -

Mitochondri

content

Total +   - - - - - -
Young -   - - - - - -
Old +   + + + - + -

另外,作者以顆粒細胞中端粒長短粒線體含量當成參考,將所有組別分成四組來進行後續研究,分別是:

  1. 端粒長、粒線體含量多
  2. 端粒短、粒線體含量多
  3. 端粒長、粒線體含量少 
  4. 端粒短、粒線體含量少

結果發現 :

在高齡組別中 ,「端粒長、粒線體含量多」與「端粒短、粒線體含量少」的組別,比較取卵數目、成熟卵子數目及Day 3好胚胎數量前者後續的結果皆較好,並達到統計上顯著差異。

Old Number AMH

Oocyte retrievial

Mature oocytes

Fertilization rate(%)

Day 3 Good embryos

Day 3 Good embryos rate(%)

Telomere length (+)

Mt content (+)

15 4.61 14.47±7.27 12±6.43 74.07±19.3 6.4±3.74 55±25.8

Telomere length (+)

Mt content (-)

5 1.99 10.2±5.17 8.4±4.51 82.25±13.59 4.6±2.07 56.5±6

Telomere length (-)

Mt content (+)

9 3.12 10.56±7.67 9.56±7.73 75.29±32.17 5.4±5.37 57±34.7

Telomere length (-)

Mt content (-)

21 2.49 9.38±4.73 7.05±3.63 76.65±2.23 3.67±2.27 56.5±23.9

此外「端粒長、粒線體含量多」與「端粒短、粒線體含量少」的組別相比,後續Day 5 胚胎滋養層細胞染色體的非整倍體比率明顯較低,並達到統計顯著差異。

  All young old

 

Blastocyst

Aneuploidy

rate(%)

Blastocyst

Aneuploidy

rate(%)

Blastocyst

Aneuploidy

rate(%)

Telomere length (+)

Mt content (+)

148

40

(27.03%)

90

13

(14.44%)

58

27

(46.55%)

Telomere length (+)

Mt content (-)

69

16

(27.19%)

59

11

(18.64%)

10

5

(50%)

Telomere length (-)

Mt content (+)

61

22

(36.07%)

33

8

(24.24%)

28

14

(50%)

Telomere length (-)

Mt content (-)

86

44

(51.16%)

42

12

(28.57%)

44

32

(72.72%)

本篇研究中顯示:

粒細胞中端粒長短與粒線體含量皆會影響取卵數目、成熟卵子數目及Day 3好胚胎數量,只是端粒長短影響的範圍較廣不因年齡層而有不同;而粒線體含量主要影響較高齡(≥ 38)的族群。期待可藉由本篇研究的數據,替未來人工生殖技術提供更多胚胎發育及胚胎挑選的參考依據。

參考文獻:

1. Mitochondrial DNA quantification as a tool for embryo viability assessment: retrospective analysis ofdata from single euploid blastocyst transfers.Human Reproduction, Vol.32, No.6 pp. 1282–1292, 2017

2. Mitochondria as a biomarker for IVF outcome.Reproduction (2019) 157 R235–R242

評論

Duke
Duke
  1. 過往僅能從胚胎外觀判斷胚胎植入的可能性,但由於判斷胚胎外觀的方式較為主觀,因此並無法提高胚胎的著床率,隨著生殖醫學的進步,雖然現在藉由胚胎著床前染色體篩檢(PGS/PGT-A)已可以大大提高胚胎的著床率。然而還是有些胚胎染色體正常卻無法著床的個案,對於此類的個案我們是否有其他的篩選準則來協助挑選更適合的胚胎來植入呢?此篇文章是以顆粒細胞的層面探討染色體端粒的長度及粒線體的含量對於取卵數目,成熟卵子數目及Day3好胚胎數量有其影響。然而在許多其他文獻中探討的是發育成胚胎階段時的粒線體含量對於胚胎著床率之影響。
  2. 除了PGS (PGT-A) 之外,有許多文獻報導,胚胎的粒線體含量似乎是染色體正常的胚胎卻無法正常著床的另一解方。粒線體在細胞中扮演重要的角色,可以調控細胞凋亡、離子的恆定、ROS的產生等等,然而最重要的是,粒線體是產生細胞能量(ATP)的場所,提供了細胞生長發育所需的能源,因此對於胚胎細胞內粒線體的含量多寡是否可以判斷胚胎著床潛力是許多生殖醫學專家極力探討的。
  3. 然而對於這樣的議題,有許多論文持不一樣的觀點,有些論文認為胚胎的粒線體的含量在植入成功與失敗的組別沒有現著的差異,因此無法做為挑選胚胎植入的準則 (下方圖一)。而另一些論文則指出,胚胎粒線體的含量在植入失敗的組別比植入成功的組別來得高,依其論文的建議,胚胎粒線體含量越低後續植入結果越好 (下方圖二)。而最主要造成這樣差異結論的原因,來自於選擇粒線體標的基因的不同,粒線體含量的計算方式及檢測的平台...等等。然而送子鳥生殖醫學團隊也將持續關注這樣議題在國際期刊上新的發現,希望未來有明確的答案時能夠有另一利器來提升更高的懷孕機會。

(圖一)

 

(圖二)

留言