无透明带胚胎培养——提高人类IVF效率的替代方法？

（本博客是对Madani等人最近发表的综述的简短概要，Madani et al.,Cell Reprog. 2022 May 3, doi: 10.1089/cell.2022.0012. 在线版本早于印刷版本。）

引言

       正如多次提到的，全球范围内的体外受精的整体效率停滞不前甚至有所下降。Gleicher等人在其2019年发表的开创性论文中详细分析了导致这令人失望的趋势的因素。作者列出了几个可能导致令人失望的结局的因素。其中包括不加选择地使用附加技术，包括胚胎选择方法，以及有争议的囊胚培养结果也被列出。

       对于后者，在最好的诊所中取得的重大成果清楚地表明这一原则是正确的，但许多诊所忽视了大量的技术细节，包括适当的混合气体、湿度和整个培养期间的稳定、不受干扰的环境。遗憾的是，基础研究的急剧减少以及有关技术问题的极少发表活动导致了人们对改进缺乏兴趣和对细节缺乏关注。目前，几乎所有与胚胎培养有关的研究都集中在选择最好的胚胎进行移植，而忽略了这样一个事实，即在一个受损的胚胎培养系统中，即使是最好的胚胎也是有缺陷的。

       在这种不利的情况下，可能几十年过去，也很难有一个开创性的新想法，也没有一种迫切需要而又能突破性改善结局的替代方法。，即使恰如其分地使用传统方法，也有其局限性。我们不应该只是接受这些限制，而是必须找到一个新的，更有效的方法。

       Madani等人在2022年发表的论文“An Alternative Way to Improve Mammalian EmbryoDevelopment In Vitro: Culture of Zona Pellucida-Free Embryos”中概述了一种可能的替代方法：从第1天到第5天不含透明带的胚胎体外培养。

透明带在体内的作用

       透明带是人类和大多数哺乳动物包裹卵母细胞和着床前胚胎的细胞外结构。透明带虽然不含活细胞，看上去是不变的，但其结构随时间和空间而改变。它由不同的层组成，其渗透性和机械/生物抗性在受精后迅速变化，在着床前发育过程中保持持续变化。

它在胚胎发育中的主要作用是：
-促进精子获能和保护卵母细胞避免多精入卵。
-防止机械损伤，也可使胚胎从单细胞到致密期间保持细胞聚集。
-通过选择渗透性和对微生物形成物理屏障，防止有害的化学和生物物质影响。
-在发育早期保护胚胎免受母体免疫系统的攻击。

         然而，临近囊胚期时，透明带的作用变得多余，最终阻碍着床。正如“摩尔人已经履行了他的职责，摩尔人可以走了”（席勒）。相应地，在子宫内酶和滋养层细胞的共同努力下，透明带被缓慢地溶解并消失无踪。

我们在体外培养时需要透明带吗？

       暂行的答案是：需要，也不需要。受精前需要，受精后不需要。究竟如何，情况有点微妙。

       在受精之前，我们对透明带存在的重要性知之甚少。在家畜和实验动物中，无透明带的卵母细胞通常被丢弃（主要是由于采集和处理过程过于剧烈的结果）。在人类中，胚胎学家可能会试图拯救无透明带的卵母细胞。有报道称，通过人工授精和ICSI成功地培育出了健康的婴儿，但数据很少，无法得出系统的合理结论。显然，无透明带的卵母细胞是脆弱的，转移它们和对它们进行ICSI操作意味着技术上存在挑战，所以胚胎学家们会尽最大的努力保持透明带完整，或在ICSI过程中只造成轻微损伤。

       在受精之后，目前的胚胎培养系统是基于胚胎透明带完整。平坦的培养表面可能导致无透明带的卵裂球解体，共培养又可能导致胚胎聚集和形成嵌合体。从路易丝·布朗开始，我们一直努力将胚胎保持在透明带内，直到囊胚扩张阶段，然后高兴地看着它们在不断的扩张和破裂中“挣扎”着孵化，因为以前使用的“辅助孵化”程序似乎没有任何有益的效果。

       但在体外培养过程中真的需要透明带吗？在机械保护方面，使用适当大小和形状的半独立化微孔培养（如韦拓生物的微孔培养皿）可以防止机械损伤、胚胎聚集和卵裂球解体。培养液是无菌，不需要生物或化学屏障，而有害物质通常存在于母体和输卵管液中。在实验动物上观察到对透明带对早期胚胎有潜在有害影响，在囊胚移植后不会有危险。

但是，为什么我们要解决无透明带胚胎培养呢？

       这种方法有任何潜在的或已被证明的益处吗？是的，确实有。

       遗憾的是，透明带似乎并不喜欢体外环境。在体内，透明带在精子穿透后会出现短暂硬化，而在体外则成为一种持续且更剧烈的变化。整个透明带的结构被重新排列，变得坚硬，对生物和化学物质的渗透性降低。这可能导致整个培养过程中出现问题，比如营养供应减少，更重要的是，生长因子和其他配体的交流减少。

       另一个不小的问题是孵化。透明带不是温和的溶解，而是顽强地抵抗正在扩张的胚胎孵出的企图。在胚胎需要所有的储备来进行分化和植入的困难时期，这场艰苦的斗争是消耗能量的。虽然在一个合适的胚胎培养系统中，大多数胚胎都能存活下来，但为什么要让它们本就充满挑战的体外生存增加更多的困难呢？

有没有一种快速且无害的透明带去除方法？

       有。在链霉蛋白酶中进行短暂的消化，然后用含有蛋白质的培养液中和蛋白酶，效率接近100%。在我们的实验室里，它已经被用于数百万计的牛和猪的胚胎。对于这一处理具有耐受性的卵母细胞和胚胎（微乎其微）可能原本就存在发育障碍。经过过渡期的变形后，所有的卵母细胞和胚胎恢复其原始形状并继续正常发育。同样的方法在对人体样本的几次尝试中也取得了成功。

潜在的好处是什么？

       在牛、猪、羊、水牛、马等动物身上，只要是在微孔培养皿中进行过无透明带手工克隆（HMC）胚胎培养的地方，其发育水平都令人印象深刻——可以与透明带完整的体外受精或孤雌激活胚胎相媲美。甚至无透明带的克隆猪胚胎发育更好，胚胎细胞数量高于透明带完整的传统克隆猪胚胎。移植后，无透明带的胚胎比传统的克隆胚胎有更高的妊娠率、更多的产仔数和更健康的后代。

       这些都是间接证据。人类胚胎培养是否需要透明带还没有系统的比较。

       然而，我们谈论的是数百万没有透明带的家畜胚胎，成百上千的后代显示出色的结局。我们深知，对我们的提议进行的彻底变革需要谨慎。此外，可能会面临法规和制度的障碍。

       我们不建议任何人违反法规。然而，合理的新建议也应该找到一种方法进行测试。在微孔培养皿中培养第1天到第5天的无透明带胚胎，是一种潜在的提高体外胚胎质量的有效方法，有可能获得更多成功的周期和更健康的婴儿。没错，我们需要循序渐进并且谨慎，尽管如此，我们仍需要前进。