线粒体功能与卵母细胞质量研究进展

线粒体功能与卵母细胞质量研究进展

徐红1，2刘伟信*1，2（通讯作者）曾琴2叶飞2

徐红1，2刘伟信*1，2（通讯作者）曾琴2叶飞2熊东升2

1.成都中医药大学第二临床医学院四川成都610045；2.四川省妇幼保健院/四川省妇女儿童医院生殖医学重点实验室四川成都610075

【摘要】卵母细胞是多细胞生物体中最大的细胞，在辅助生殖中，卵母细胞质量是直接影响患者妊娠结局的主要因素，这类患者若要获得成功妊娠，关键在于提高卵母细胞质量。线粒体作为细胞“能量工厂”合成三磷酸腺苷（ATP），参与细胞的各种活动，决定卵母细胞质量。

【关键词】卵母细胞质量；线粒体；移植

ResearchProgressofMitochondrialFunctionandOocyteQuality

XUHong1，2，LIUWei-Xin*1，2，ZENGQin2，YEFei2，XIONGDong-Shen2，

（1.TheSecondClinicalMedicalCollege，ChengduUniversityofTraditionalChineseMedicine，Chengdu610075，China；

2.SichuanProvincialMaternalandChildHealthHospital，Chengdu610045，China）

*Correspondingauthor，

【Abstract】Oocytesarethelargestcellsinmulticellularorganisms.Intheassistedreproductivetechnology，theoocytequalityisamajorfactorthatdirectlyaffectsthepregnancyoutcomeofpatients.Thekeytosuccessfulpregnancyinsuchpatientsistoimproveoocytequality.Mitochondriasynthesizeadenosinetriphosphate（ATP）asacellular"energyplant"andareparticipateinavarietyofcellactivities，determinethequalityofoocytes.

【Keywords】Oocytequality；Mitochondria；Transplantation

据统计2004～2011年，卵巢储备功能下降的患病率从19％上升到了26％，且比例在不断上升，而女性的卵巢储备功能下降表现之一就是卵子质量下降[1]，在IVF助孕过程中，有相当一部分高龄、反复种植失败或反复流产的患者，其卵母细胞质量也是下降的，要改善这类患者的妊娠结局，关键在于提高卵母细胞质量。线粒体作为细胞“能量工厂”合成三磷酸腺苷（ATP），参与细胞生各项活动，决定着卵母细胞质量。

1.影响卵母细胞线粒体功能的因素

1.1年龄因素

随着女性年龄的增长，特别是>35岁的女性，卵母细胞细胞核异常、纺锤体和非整倍体的发生率增高，卵母细胞质量下降，种种变化导致其生殖能力呈下降趋势，临床表现主要为自然流产率增加而自然妊娠率降低。同样，借助辅助生殖技术怀孕的高龄女性与年轻患者相比，其植入率和抱婴率都明显降低，这种降低的主要原因还是卵子质量的下降。高龄妇女卵泡中ROS含量较年轻女性显著增高，卵母细胞在体内长期持续暴露于氧自由基等内源性有害因子之中，线粒体DNA突变增加，对卵母细胞造成损伤[2]。

1.2疾病因素

疾病及亚健康状态都能影响卵母细胞线粒体功能，例如：糖尿病，有研究报道糖尿病小鼠模型卵细胞中的线粒体亚显微结构、功能及mtDNA拷贝数都发生改变，且纺锤体异常发生率也显著增高，多方面影响卵母细胞质量[3]。

1.3不良的生活方式

吸烟、吸毒、非正常蛋白饮食、染发、手机辐射等不良生活方式可以造成卵子质量明显下滑，具体表现为线粒体数量的衰减以及线体突变导致的异质性，女性吸烟者的卵巢中窦状卵泡含有大量的线粒体功能障碍副产品ROS，吸烟能够引起mtDNA损伤及后续卵细胞功能障碍[4]。

2.线粒体检测评估卵母细胞质量

2.1线粒体数量及mtDNA含量评估卵母细胞质量

人成熟的卵母细胞在进行电子显微镜检测时发现约含有12000到350000个线粒体，聚合酶链式反应法测量时发现其mtDNA有20000到800000个，推测人成熟的卵母细胞线粒体含有1-2个mtDNA。卵母细胞mtDNA含量越低，越不成熟，受精率越低；而含有更多mtDNA拷贝的卵母细胞其囊胚率和种植率越高。目前线粒体数目阈值备受关注，阈值之上卵母细胞的妊娠结局较好，阈值之下，卵母细胞妊娠结局差。不同的人卵母细胞的mtDNA拷贝数不同，同一个人不同的卵母细胞其mtDNA拷贝数不同，由于mtDNA检测是有创的，卵母细胞经过mtDNA检测就不能用于体外受精，因此卵母细胞线粒体mtDNA数量与体外受精结局的关系有待进一步研究[5]。

2.2检测cfDNA、cf-mtDNA评估卵母细胞质量

DNA断裂是凋亡或坏死事件的结果，所得到的游离DNA（cfDNA）可以容易地在血液和体液中检测到，cfDNA也可以被细胞积极分泌，在一些癌症和某些严重疾病中（妇科和产科疾病），cfDNA的水平明显上调，目前临床上已经使用cfDNA作为这些疾病的早期检测和/或预后的非侵入性生物标志物。近来研究已经评估了卵泡和胚胎培养基中的cfDNA含量，一方面，与质量差的胚胎相比，发现来自高质量胚胎的滤泡液样品中的cfDNA片段较低，此外，与高碎裂率相比，在低碎裂率的胚胎的滤泡液样品中发现cfDNA的水平显著较低。人卵泡环境中的cfDNA水平也被发现，在具有卵巢储备障碍患者的滤泡液样品中cfDNA水平较高。因此，滤泡液cfDNA水平可能是妊娠结局至关重要的预测因素。最近文献表明，cf-mtDNA比cfDNA更有意义，因为它代表能量代谢。一项研究发现，在800个胚胎培养基中通过实时PCR分析样品，35岁以上妇女产生的胚胎培养液样本中的cf-mtDNA水平明显高于年轻妇女。如果胚胎培养基中的cf-mtDNA水平与胚胎mtDNA水平相关，则可用作非侵入性植入前遗传筛选方法。同理，卵母细胞培养液检测mtDNA水平的方法值得进一步研究，其作为非侵入性方法有希望筛选高质量的卵子[6]。

2.3线粒体膜电位评估卵母细胞质量

线粒体膜电位对于卵母细胞来说，非常重要，正常水平的线粒体膜电位能够确保卵母细胞呼吸运动的正常进行，产生ATP。异常水平的线粒体膜电位可能使嵌合体胚胎形成，妊娠结局差。通过共聚焦荧光显微镜可以检测卵母细胞线粒体膜电位，绿色荧光代表卵母细胞线粒体膜电位低[7]。

3.移植技术改善卵母细胞质量

3.1卵胞质移植

1997年，卵胞质移植技术出现并被首次使用在大龄不育的患者，且获得成功。什么是卵胞质移植？就是供体为健康的卵胞质，受体为卵母细胞，供体为受体补充正常卵胞质，其操作简单，并得到大量验证。但有功能作用的卵胞质被引入的同时也造成了受体受精卵的异质性，造成极大的安全隐患且对卵细胞供体具有侵害[8]。

3.2线粒体移植

线粒体移植即用外源健康的线粒体补充或替代异常线粒体，可以一定程度改善卵子质量。英国是第一个也是迄今为止唯一一个立法允许线粒体移植术用于辅助生殖技术的国家。线粒体替代疗法可能会阻止线粒体DNA疾病的发生，但同时这项技术也是有争议的，因为它们涉及卵母细胞或胚胎的操做和遗传物质的转移[9]。

3.3自体线粒体移植

在线粒体移植技术的基础上，以自体细胞为材料，这样可减少一些伦理问题，为改善卵细胞质量提供新方向。近几年不断有通过使用自身颗粒细胞线粒体、卵巢干细胞线粒体等获得成功妊娠的报道，自体线粒体移植，提高了卵母细胞的质量，促进了正常受精及胚胎着床，具有非常重要的理论意义和应用价值[10]。

4.展望

影响卵母细胞的因素很多，在日常生活中尽量减少有害物质接触，增强体质锻炼，使卵子年轻态。在辅助生殖中，卵母细胞的检测技术在不断发展，但更多无创的检测手段有待进一步发掘，用于挑选高质量的卵母细胞，为患者节约时间及金钱成本。当今时代倡导精准治疗，线粒体移植靶向治疗有望改善卵母细胞质量，但目前对线粒体移植的临床应用争议不断，且关于线粒体移植的研究还较少，有效性和安全性问题还需要大量的数据验证。

参考文献：

[1]DevineK，MumfordSL，WuM，etal．Diminishedovarianreserve

intheUnitedStatesassistedreproductivetechnologypopulation：diagnostictrendsamong181，536cyclesfromtheSocietyforAssis-tedReproductiveTechnologyClinicOutcomesReportingSystem［J］．FertilSteril，2015，104（3）：612-619

[2]LuQ，ShenH，LiY，etal．Lowtestosteronelevelsinwomenwithdiminishedovarianreserveimpairembryoimplantationrate：aret-rospectivecase-controlstudy［J］．JAssistＲeprodGenet，2014，31（4）：485-491

[3]VanBlerkomJ.Mitochondrialfunctioninthehumanoocyteandembryoandtheirroleindevelopmentalcompetence[J].Mitochondrion，2011，11（5）：797-813

[4]BudaniMC，CarlettiE，TiboniGM，Cigarettesmokeisassociatedwithalteredexpressionofantioxidantenzymesingranulosacellsfromwomenundergoinginvitrofertilization.Zygote.2017Jun；25（3）：296-303

[5]王佳怡，凌秀凤，童华，线粒体功能指标在辅助生殖技术中的应用[J]国际生殖健康/计划生育杂志.2017，36（1）：45-65

[6]ZhangD；KeiltyD；ZhangZF，etal，Mitochondriainoocyteaging：currentunderstanding[J]，FaCtsViewsVisObgyn，2017，9（1）：29-38

[7]王元芬，郝建秀，王辉，等，线粒体功能在卵母细胞成熟中的作用综述，[J]解放军医学院学报，2017，38（9）

[8]JohnJCS.Ooplasmdonationinhumans：theneedtoinvestigatethetransmissionofmitochondrialDNAfollowingcytoplasmictransfer[J].HumReprod，2002，17（8）：1954-1958

[9]KnoppersBM；LeaderA；HumeS，etal，MitochondrialReplacementTherapy：TheRoadtotheClinicinCanada.[J].JObstetGynaecolCan2017；39（10）：916-918

[10]周金萍曾桥祝献民，等，卵母细胞线粒体移植疗法的基础研究及临床应用进展，中华生殖与避孕杂志，2017，37（1）：61-66

作者简介：刘伟信，毕业于四川大学，获博士学位，四川大学博士后，研究员，主要研究方向生殖医学、人类辅助生殖技术。