程姣姣 阮祥燕 杜 娟 谷牧青
(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院/北京婦幼保健院內(nèi)分泌科,北京 100026)
隨著癌癥診斷與治療技術(shù)的進(jìn)步,兒童、青少年、年輕女性癌癥患者的5年存活率明顯提高,有的5年存活率可高達(dá)90%以上[1],但抗癌治療導(dǎo)致早發(fā)性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency, POI)的發(fā)生率明顯增加。影響因素包括年齡、化學(xué)藥物治療(以下簡(jiǎn)稱化療)藥類型、劑量、放射治療(以下簡(jiǎn)稱放療)部位、累積劑量等[2]。目前的生育力保護(hù)(fertility preservation, FP)方法主要包括卵巢組織凍存(ovarian tissue cryopreservation, OTC)、卵母細(xì)胞凍存和胚胎凍存[3]。對(duì)于青春期前女童和放射治療聯(lián)合化學(xué)藥物治療(以下簡(jiǎn)稱放化療)無(wú)法延遲的女性來(lái)說(shuō),OTC是唯一的FP方法[4]。卵巢組織凍存每次移植后卵巢功能恢復(fù)率可高達(dá)77%~95%,移植后卵巢功能恢復(fù)率累積可達(dá)100%,妊娠率約55%,活產(chǎn)率約為40%[5]。截止到2021年,全球已有200多例嬰兒通過(guò)此技術(shù)誕生[6],越來(lái)越多研究[7-8]表明OTC技術(shù)安全、有效,2019年美國(guó)生殖醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)(American Society of Reproductive Medicine, ASRM)[4]也聲明OTC技術(shù)不再是試驗(yàn)性技術(shù)。
卵巢轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)很高的癌癥患者因再引入惡性細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn)高,不適合進(jìn)行卵巢組織移植,但國(guó)際已有多個(gè)團(tuán)隊(duì)移植了白血病患者的卵巢組織,沒(méi)有復(fù)發(fā)報(bào)道[9-11]。未成熟卵母細(xì)胞體外成熟(invitromaturation, IVM)獲取第二次減數(shù)分裂中期(metaphase II, MⅡ)卵母細(xì)胞能安全地恢復(fù)生育力。成熟卵母細(xì)胞及卵母細(xì)胞玻璃化冷凍已成為臨床常規(guī),并且對(duì)IVM培養(yǎng)系統(tǒng)不斷優(yōu)化以獲得更高的成功率。卵巢組織卵母細(xì)胞體外成熟(invitromatured ovarian tissue oocytes, OTO-IVM)也越來(lái)越受到重視,可額外增加患者獲益。本文主要圍繞IVM及其優(yōu)化以及OTO-IVM在FP的應(yīng)用進(jìn)展。
IVM是指生長(zhǎng)卵泡來(lái)源的未成熟卵丘卵母細(xì)胞復(fù)合體(cumulus-oocyte complexes, COCs)體外培養(yǎng)成熟至MⅡ期的過(guò)程。1994年Trounson等[12]報(bào)道了全球首例IVM活產(chǎn),產(chǎn)婦是一名多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome, PCOS)患者。截至目前,全球已有5 000多名IVM嬰兒出生[13],IVM作為體內(nèi)成熟卵母細(xì)胞體外受精(invitrofertilization, IVF)的替代方法的潛在應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注,IVM刺激周期更短,注射更少,相關(guān)藥物和監(jiān)測(cè)成本更低,更減輕患者的負(fù)擔(dān)[14]。IVM最初引入臨床是作為一種比傳統(tǒng)卵巢刺激更安全的選擇,IVM的候選患者包括卵巢過(guò)度刺激綜合征(ovarian hyper-stimulation syndrome, OHSS)風(fēng)險(xiǎn)高的患者,如PCOS或卵巢多囊樣改變。研究[15]顯示PCOS不孕患者應(yīng)用IVM,成熟率高達(dá)84%,受精率高達(dá)80%,每個(gè)周期的臨床妊娠率高達(dá)50%。
2021年ASRM聲明IVM技術(shù)不再被認(rèn)為是試驗(yàn)性的[16]。竇卵泡數(shù)(antral follicle counting, AFC)高的患者是IVM技術(shù)好的候選者,但應(yīng)意識(shí)到與IVF比,囊胚形成率、胚胎植入和妊娠率可能降低。卵母細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)單精子顯微注射(intracytoplasmic sperm injection, ICSI)可與IVM聯(lián)合應(yīng)用[17]。由于IVM活產(chǎn)數(shù)相對(duì)較少,關(guān)于IVM的畸形和發(fā)育安全性尚不能充分評(píng)估,但初步研究是令人放心的。
IVM的適應(yīng)證已擴(kuò)大到生育力保護(hù)和罕見(jiàn)情況,如卵巢抵抗綜合征(resistant ovary syndrome, ROS)[18]或反復(fù)缺陷的卵母細(xì)胞成熟。ROS的發(fā)病機(jī)制是卵泡刺激素受體(follicle stimulating hormone receptor,FSHR)基因突變[19],卵泡對(duì)內(nèi)源性或外源性FSH無(wú)反應(yīng),特征是原發(fā)性閉經(jīng),乳房、腋毛和陰毛發(fā)育良好,血清卵泡刺激素(follicle stimulating hormone, FSH)和黃體生成素(luteinizing hormone, LH)濃度升高,而AFC和抗苗勒管激素(anti-Müllerian hormone, AMH)濃度正常,卵泡很少發(fā)育到竇卵泡期,很難自然受孕,通常不得不接受卵子捐贈(zèng)。已有研究[20-21]報(bào)道在ROS患者中采用IVM技術(shù)實(shí)現(xiàn)妊娠和活產(chǎn),ROS患者采用IVM技術(shù)的活產(chǎn)率約為33.3%,IVM為ROS患者獲得自身生物學(xué)的后代提供了可能。
COCs最早是經(jīng)陰道卵泡抽吸法收集,新方法包括腹腔鏡/開(kāi)腹時(shí)從卵巢或?qū)?cè)卵巢原位抽吸卵泡,以及在卵巢皮質(zhì)凍存時(shí)從切除的卵巢組織或處理卵巢組織后的培養(yǎng)液中抽吸體外卵泡,后一種方案被稱為OTO-IVM,是一種很有前途的腫瘤患者FP方法,被用以最大限度地保護(hù)生育力[22]。收集途徑的不同,收集COCs的成熟度不同,從陰道抽吸卵泡收集的COCs來(lái)自較大的卵泡,因此更成熟,而從切除的卵巢組織中或從皮質(zhì)準(zhǔn)備過(guò)程體外回收的COCs來(lái)自小竇卵泡(small antral follicles, SAF),因此更不成熟。在卵巢組織取材前經(jīng)超聲引導(dǎo)下取未成熟卵母細(xì)胞,或者在卵巢組織取材時(shí)從原位的對(duì)側(cè)卵巢中抽吸肉眼可見(jiàn)的卵泡,結(jié)合從離體卵巢組織中獲取的未成熟卵泡,可增加整體的獲取未成熟卵母細(xì)胞數(shù)[23-24]。
OTO-IVM最先由Revel等[25]提出,可以最大限度地保護(hù)接受卵巢切除術(shù)的患者的生育力[26]。OTO-IVM可以在沒(méi)有任何卵巢刺激且在月經(jīng)周期任意時(shí)間獲取未成熟卵母細(xì)胞,同時(shí)還可以與其他手術(shù)相結(jié)合。很多原始卵泡主要集中于卵巢皮質(zhì)中,因此將卵巢髓質(zhì)去除,將皮質(zhì)切成8 mm×4 mm的皮質(zhì)片,然后慢速程序化凍存或玻璃化凍存,往往在卵巢組織處理的培養(yǎng)液中含有相當(dāng)多的未成熟卵母細(xì)胞,應(yīng)收集通過(guò)IVM技術(shù)成熟后凍存,可為將來(lái)提供安全的配子,OTO-IVM技術(shù)對(duì)于卵巢組織移植惡性細(xì)胞污染風(fēng)險(xiǎn)高的癌癥患者是一個(gè)選擇。
無(wú)論是從卵巢表面可見(jiàn)的竇卵泡(直徑3~5 mm),還是從卵巢組織處理后的盤子中脫落的小卵泡(直徑0.5~6.0 mm)和中卵泡(直徑7~11 mm)分離出的未成熟卵母細(xì)胞均具有體外成熟的潛力。在OTC時(shí)獲取的卵母細(xì)胞獲得最大體外成熟率有最佳的年齡段,成熟率約29%~38%[27-29],但也有報(bào)道[30]IVM成熟率高達(dá)68%。卵巢組織低溫轉(zhuǎn)運(yùn)以及較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間與較低的IVM成熟率有關(guān)[31],但卵巢組織轉(zhuǎn)運(yùn)不應(yīng)該被認(rèn)為是OTO-IVM的限制,卵巢組織轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)卵母細(xì)胞發(fā)育能力的影響仍不能確定,需進(jìn)一步評(píng)估[32]。目前已有5例健康嬰兒通過(guò)此技術(shù)誕生[33-34]。
研究[28]表明,OTO-IVM可以保存較高數(shù)量的成熟卵母細(xì)胞和胚胎,但妊娠率較低,妊娠結(jié)局較差,建議該方法保留給有較高AFC的患者,并且不能取代卵巢組織移植。大約需要20個(gè)MⅡ期卵母細(xì)胞才能獲得1個(gè)活產(chǎn)嬰兒[35],OTO-IVM可以作為OTC的補(bǔ)充方法,但I(xiàn)VM不能被推薦為單一的生育力保護(hù)方法。OTO-IVM患者中約42%只能獲得≤1個(gè)的MⅡ期卵母細(xì)胞。OTO-IVM方法耗時(shí)且目前還沒(méi)有可用于0.5~6.0 mm小卵泡的完善培養(yǎng)系統(tǒng),還未納入臨床常規(guī)實(shí)踐。盡管OTO-IVM前景好,但證據(jù)仍少,驗(yàn)證確認(rèn)重復(fù)性是至關(guān)重要的,包括對(duì)OTO-IVM后出生孩子的隨訪。
卵巢組織凍存是青春期前女孩保護(hù)生育力的標(biāo)準(zhǔn)方法。白血病是青春期前女童進(jìn)行卵巢組織凍存的常見(jiàn)診斷,因此為青春期前女童開(kāi)發(fā)體外培養(yǎng)的方法是非常重要的。研究[36]顯示,青春期前的卵巢含有很高比例的異常卵泡。在<6歲和≥30歲患者中IVM成熟率極低(<10%),有研究[37]表明月經(jīng)初潮前患者IVM成熟率(24.7%)明顯低于月經(jīng)初潮后的患者(31.0%)。開(kāi)發(fā)IVM系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)之一是根據(jù)不同階段的卵母細(xì)胞需求調(diào)整培養(yǎng)條件,因?yàn)椴煌挲g和青春期成熟階段的卵泡數(shù)量有顯著差異,青春期前女孩的卵泡在體外表現(xiàn)出與成人不同的生長(zhǎng)軌跡,因此,為成人開(kāi)發(fā)的培養(yǎng)系統(tǒng)可能不適用于青春期前女童[36]。
卵母細(xì)胞成熟過(guò)程是復(fù)雜的,需實(shí)現(xiàn)核和胞質(zhì)成熟。核成熟包括染色體聚集、分離和極體排出,細(xì)胞質(zhì)成熟包括細(xì)胞器的重新分布和細(xì)胞骨架細(xì)絲的動(dòng)態(tài)變化,協(xié)調(diào)才能保證卵母細(xì)胞的發(fā)育能力,IVM成熟率低與胞質(zhì)和胞核非同步成熟有關(guān)。在體內(nèi),減數(shù)分裂停滯為胞質(zhì)成熟提供了必要的時(shí)間,在LH濃度激增后恢復(fù)減數(shù)分裂。一旦COCs從卵泡中釋放出來(lái),減數(shù)分裂就會(huì)恢復(fù),與此同時(shí),卵母細(xì)胞失去了與卵丘細(xì)胞的縫隙連接,停止了營(yíng)養(yǎng)和信號(hào)分子的供應(yīng),使得細(xì)胞質(zhì)不成熟,意味著卵母細(xì)胞的細(xì)胞器具有生發(fā)泡(germinal vesicle, GV)期的典型結(jié)構(gòu)和定位[38]。
細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)不同步的問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)施雙相體外成熟系統(tǒng)來(lái)解決,一種提高卵母細(xì)胞成熟潛力的預(yù)成熟培養(yǎng)(prematuration culture, PMC)或“獲能”(capacitation, CAPA),該方案稱為“CAPA-IVM”[39]。第一步是卵母細(xì)胞暫時(shí)停止減數(shù)分裂,并延長(zhǎng)卵母細(xì)胞與卵丘細(xì)胞之間的相互作用,卵母細(xì)胞的獲能依賴于與卵丘細(xì)胞的緊密相互作用,第二步,減數(shù)分裂恢復(fù),COCs最終成熟。
第一步,在PMC培養(yǎng)液中添加C型利鈉肽(C-type natriuretic peptides, CNPs),使人卵母細(xì)胞處于減數(shù)分裂停滯狀態(tài)。CNPs是一種由壁層顆粒細(xì)胞產(chǎn)生并分泌到卵泡液中的生理性卵母細(xì)胞成熟抑制劑,是卵母細(xì)胞中有效的抑制磷酸二酯酶3(phosphodiesterase 3-inhibitor, PDE3)的天然分子,被證明更好地保留了卵丘與卵母細(xì)胞的相互作用,這一步驟稱為獲能[40]。CNPs與卵丘細(xì)胞表達(dá)的利鈉肽受體2(natriuretic peptide receptor 2, Npr2)結(jié)合誘導(dǎo)環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷(cyclic guanosinc monophosphate, cGMP)的生成,cGMP通過(guò)縫隙連接通訊(gap-junctional communication, GJC)進(jìn)入卵母細(xì)胞,通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)卵母細(xì)胞特異性PDE3A的水解活性來(lái)調(diào)節(jié)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)濃度[41],cAMP濃度對(duì)于維持卵母細(xì)胞減數(shù)分裂停滯非常重要[42],高濃度的cAMP還有其他機(jī)制,cAMP從卵丘細(xì)胞通過(guò)GJC進(jìn)入卵母細(xì)胞;cAMP由卵母細(xì)胞自身通過(guò)膜上的G蛋白偶聯(lián)受體產(chǎn)生[43]。作為對(duì)LH的應(yīng)答,通過(guò)降低CNP、Npr2的表達(dá)水平以及降低Npr2的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶活性來(lái)恢復(fù)減數(shù)分裂。研究[39]表明,在PCOS患者中,采用CNP作為減數(shù)分裂抑制劑的CAPA-IVM比傳統(tǒng)IVM系統(tǒng)更能促進(jìn)胚胎發(fā)育,并獲得良好的臨床妊娠率。研究[44]表明,應(yīng)用CAPA-IVM系統(tǒng)可提高婦科惡性腫瘤患者的OTO-IVM成功率。CNP介導(dǎo)的CAPA-IVM已被證明能顯著提高SAF的IVM成熟率和發(fā)育能力[45]。盡管雙相IVM已應(yīng)用于人,但培養(yǎng)液還未商業(yè)化,不能保證各中心的效果和安全性是一致的。但雙相IVM在臨床上的引入被認(rèn)為是近年來(lái)最顯著的進(jìn)展[46]。
COCs在體外通過(guò)增加LH受體的表達(dá)以增加對(duì)FSH刺激的應(yīng)答,更容易恢復(fù)減數(shù)分裂。Cadenas等[47]探討IVM液中添加不同重組FSH濃度對(duì)人卵母細(xì)胞IVM的影響及其對(duì)周圍卵丘細(xì)胞關(guān)鍵因子基因表達(dá)的影響。從每位患者的髓質(zhì)中平均可收集到15~36個(gè)未成熟卵母細(xì)胞,未受到外源性促性腺激素刺激,也沒(méi)有進(jìn)入到卵泡選擇階段,可能是研究FSH在人IVM過(guò)程中作用的更好起點(diǎn)。研究[47]表明在IVM培養(yǎng)液中加入70 IU/L FSH,通過(guò)上調(diào)卵丘細(xì)胞中LH受體和下調(diào)FSHR可促進(jìn)卵母細(xì)胞核成熟。FSH濃度是否會(huì)影響卵母細(xì)胞的發(fā)育能力和生殖結(jié)局還有待進(jìn)一步研究,但有助于開(kāi)發(fā)優(yōu)化從未受卵巢刺激患者的SAF中提取的卵母細(xì)胞的IVM方案,可能是通過(guò)在將COCs暴露于LH前采用FSH刺激卵丘細(xì)胞中LH受體的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
研究[48]表明,卵泡液中含有激素和生長(zhǎng)因子,這些激素和生長(zhǎng)因子對(duì)卵母細(xì)胞IVM非常重要。中期因子是一種通過(guò)NOTCH通路發(fā)揮作用的生長(zhǎng)因子,已被證明加入IVM培養(yǎng)液中可顯著提高成熟率。SAF卵泡液蛋白質(zhì)組學(xué)分析,鑒定出2 000多種不同的蛋白質(zhì),中期因子是重要的生長(zhǎng)因子之一。因此改進(jìn)和開(kāi)發(fā)更有效的IVM系統(tǒng)是可能的[49]。
在體內(nèi),LH激增導(dǎo)致顆粒細(xì)胞釋放表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor, EGF),EGF對(duì)圍排卵期很重要,包括卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的重新啟動(dòng)。有研究[50]表明在培養(yǎng)液中添加EGF對(duì)COCs的IVM有益處。雙調(diào)蛋白(amphiregulin, AREG)是成熟卵泡卵泡液中含量最豐富的EGF配體,AREG是卵母細(xì)胞成熟和能力的一個(gè)有用的標(biāo)志物和重要的調(diào)節(jié)因子[51]。有研究[52-54]探討雙調(diào)蛋白在CAPA-IVM中的潛在應(yīng)用,結(jié)果表明雙調(diào)蛋白在觸發(fā)卵母細(xì)胞成熟和發(fā)育過(guò)程中有益,包括更快地激活排卵級(jí)聯(lián),促進(jìn)氧化還原動(dòng)態(tài)平衡和適當(dāng)?shù)募に睾铣?,然而,還需要更大規(guī)模的研究來(lái)進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。
Xie等[52]在培養(yǎng)液中添加溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)可提高卵母細(xì)胞成熟率,LPA是一種膜磷脂代謝物,具有生長(zhǎng)因子和激素樣作用,存在于人體卵泡液中,濃度為10~25 mmol/L。Lee[53]研究顯示白細(xì)胞介素6和胰島素樣生長(zhǎng)因子1是LPA促進(jìn)人卵母細(xì)胞成熟的關(guān)鍵。研究以人脂肪來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose-derived mesenchymal stem cells, ASC)條件培養(yǎng)液(conditioned medium, CM)為補(bǔ)充劑,改善卵母細(xì)胞體外發(fā)育和后續(xù)胚胎發(fā)育的IVM培養(yǎng)液,并證明了ASC-CM在豬卵母細(xì)胞體外成熟過(guò)程中的有效性,ASC-CM中存在的多種生長(zhǎng)因子/細(xì)胞因子通過(guò)調(diào)節(jié)mRNA/蛋白的表達(dá),積極參與COCs的發(fā)育,為進(jìn)一步建立最優(yōu)的IVM條件提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。
雖然活性氧是卵母細(xì)胞新陳代謝的天然產(chǎn)物,但超生理水平的活性氧可導(dǎo)致氧化應(yīng)激,氧化應(yīng)激可氧化RNA、DNA和蛋白質(zhì),破壞細(xì)胞膜的完整性,縮短端粒,從而嚴(yán)重?fù)p害卵母細(xì)胞的功能[54]。目前認(rèn)為線粒體功能受損可導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生過(guò)多,但高水平的活性氧也會(huì)導(dǎo)致線粒體功能障礙。在卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中,線粒體DNA拷貝數(shù)急劇增加,線粒體分布發(fā)生明顯變化,由于卵母細(xì)胞成熟需要大量的ATP來(lái)持續(xù)轉(zhuǎn)錄與翻譯,因此獲得合適數(shù)量的功能線粒體是至關(guān)重要的。為提高體外成熟卵母細(xì)胞的線粒體功能,以提高卵母細(xì)胞和胚胎的發(fā)育能力,已提出IVM液的補(bǔ)充劑,大多基于沉默調(diào)節(jié)蛋白1(sirtuin1, SIRT1)功能的上調(diào),可增加線粒體的活性[55],很可能通過(guò)有絲分裂促進(jìn)卵母細(xì)胞線粒體的生物合成和降解以及穩(wěn)定線粒體膜電位。調(diào)節(jié)SIRT1功能的最常用的抗氧化劑之一是褪黑素,主要優(yōu)點(diǎn)之一是它是由卵丘細(xì)胞自然分泌的,對(duì)人卵母細(xì)胞的研究[56]表明,褪黑素可通過(guò)降低過(guò)量的Ca2+濃度和維持線粒體膜電位來(lái)改善線粒體的功能。另一種用于補(bǔ)充IVM系統(tǒng)的抗氧化劑是白藜蘆醇,植物性多酚化合物,有研究表明IVM培養(yǎng)液中添加1.0 μm白藜蘆醇可改善紡錘體的形態(tài)和更正確的染色體定位[57]。另一種很有前途的線粒體靶向IVM培養(yǎng)的藥物是抗氧化劑米托醌甲磺酸鹽(mitoquinone mesylate,MitoQ),可在沒(méi)有任何載體的情況下被線粒體有效的攝取,在線粒體內(nèi)部,MitoQ吸附在內(nèi)膜上,對(duì)抗脂質(zhì)過(guò)氧化[58]。雖然目前已有關(guān)于不同線粒體靶向補(bǔ)充劑對(duì)體外培養(yǎng)的有益效果,但還沒(méi)有一種被引入臨床實(shí)踐。
此外,為了保持和體內(nèi)相似的細(xì)胞形態(tài)和功能,提出了三維(three-dimensional, 3D)培養(yǎng)系統(tǒng)的概念,即在膠原蛋白、基質(zhì)、纖維蛋白或其他生物材料(如3D支架)中培養(yǎng)細(xì)胞,這些材料可為細(xì)胞生長(zhǎng)提供3D環(huán)境,模擬體內(nèi)的生理?xiàng)l件,更好地保存了體細(xì)胞和卵母細(xì)胞之間的生理溝通,可能還可以更好地維持COCs的結(jié)構(gòu)和通過(guò)縫隙連接進(jìn)行溝通,并確保適當(dāng)?shù)墓δ芑顒?dòng)[59]。為人類卵母細(xì)胞體外成熟的研究開(kāi)辟了新視角,隨著其進(jìn)一步發(fā)展,被認(rèn)為是提高人卵母細(xì)胞發(fā)育能力的一種很有前途的方法。
IVM技術(shù)是一項(xiàng)在IVF前就已建立的技術(shù),近年來(lái),CAPA-IVM雙向IVM系統(tǒng)明顯提高了IVM的成功率。此外,IVM技術(shù)與卵巢組織凍存移植的結(jié)合,可提高患者生育力保護(hù)的效率,而且對(duì)于卵巢攜癌風(fēng)險(xiǎn)高的患者也是一個(gè)安全的選擇。