近日,“2023第六届上海·武汉统计生殖医学论坛”于2023年7月22日-23日在上海中星铂尔曼大酒店隆重召开;本次论坛的主题是“生殖与遗传”,当前,生殖医学实践已经进入了基因组医学时代,生殖医学服务范围从“不孕不育助孕”,向“阻断遗传病代际传递”和“预防性基因组筛选/干预”的方向拓展。

本次会议邀请了会议邀请了我国著名分子胚胎学家,中国科学院专家孙方臻教授,分享了“表观突变与疾病:试管婴儿表观突变的复杂性”的认知。孙教授从表观遗传的角度,阐述了生殖医学所面临的表观遗传学挑战,介绍了辅助生殖技术(简称ART)对配子/胚胎表观遗传突变的影响以及解决方案。

孙方臻教授早年留学英国剑桥大学,获得博士学位,因原创突破被选为剑桥大学院士,应时任中国科学院院长、全国人大副委员长周光召院士的邀请回国工作,出任发育生物学研究所所长、创建中国科学院分子发育生物学重点实验室(现在是国家重点实验室),创立了发育生物学博士后工作站、博士生培养基地任博士生导师。为国家培养了52位博士和博士后,其中20余位现已成为国内外知名大学或中科院的教授或研究员、多位成为国家重点项目首席科学家、国自然“杰青”获得者、一位成为中国科学院院士。

在发育与生殖基础研究领域,孙教授回国后取得了多项原始发现,包括受精卵钙振荡母源装置及发现细胞生死命运决定的新机制与新靶点。他领导中国科学院、教育部、卫计委多个研究机构及中国20余家知名三甲医院生殖医学中心共同完成了中国首个关于辅助生殖技术安全性的国家级中长期重大科学计划项目;完成了多项国家级关于受精机理及胚胎发育调控、干细胞重编程等重点科研项目;是我国异种移植基础研究国家自然科学基金委重大项目负责人;监理中科院先导专项100个实验室、上千位科研人员开展的未来生物制造的创新研究;在国内著名三甲医院创建并领导生殖医学中心发展15年,是“基础科学+临床结合”稀有型科学家。

人类已知的疾病,大约25%与基因变异有关,约75%则与表观遗传变异相关。人的生命始于受精卵这个全能细胞,经细胞分裂、分化与增殖,发育成为拥有200多种细胞类型的复杂个体。受精卵的发育命运乃至生命全生命周期的健康,不仅依赖精子和卵子的基因构成,更高度依赖父母源性的表观遗传调控。受精卵的胚胎细胞分化成为那种细胞类型与器官,是表观遗传调控的结果。表观遗传决定着基因的“关与开”、表达水平的“高与低”。

人类在解密了基因组的结构后,DNA测序技术突破并应用于临床后,人类大健康领域的新挑战在于表观遗传学,揭密表观遗传变异与疾病的关系,防控表观遗传失衡的发生发展,通过表观遗传重编程逆转表观遗传失衡及其相关的疾病。健康人正常情况下,从出生到死亡组织器官的DNA构成保持不变,改变的是表观遗传谱。表观遗传变异是重大成年慢病发生发展的机制,也是器官乃至人体衰老的机制。不同于基因突变,表观突变具有可逆性、可塑性。表观遗传调控健康与疾病的这种特质,为人类通过表观遗传重编程逆转疾病、抗衰老/延缓衰老、通过早发现表观变异、早干预修复,提供了大有作为的新医学发展空间。

在生育领域,自全球首例“试管婴儿”诞生以来,ART安全性一直备受关注。近20多年来,随着表观遗传学研究的深入和对表观遗传调控复杂性的认识,科学家发现有些表观突变,例如重要印记基因印迹改变(表观突变的一种)与重大疾病发生发展密切相关。ART治疗发生在配子尤其是早期胚胎动态表观遗传重编程调控的关键窗口期。这个时期,若ART治疗干扰了胚胎正常的表观遗传重编程,对胚胎发育、乃至一个人全生命周期的影响将是令人担忧且很可能是重大的。由于存在着ART源性的表观突变风险,且缺乏有效防控表观突变风险的手段,最近欧洲多国科学家和医学家联名发文呼吁:为了下一代的健康,如能自然生育,要尽可能不使用ART;若必须使用ART,越自然、越简单越好。

国内外已有大量研究证据表明,ART可影响配子与胚胎的表观遗传谱。ART大剂量激素注射促排卵可导致表观遗传变异,因促排卵导致的体内激素水平紊乱可导致表观遗传突变,患者自身高糖等病理因素,均可独立或协同作用导致表观遗传变异。早期胚胎表观遗传重编程易受环境因素影响,包括非生理条件,包括体外受精、配子与胚胎冻存、体外培养、囊胚活检等操作,可独立或协同导致胚胎发生表观遗传失调。

孙教授作为首席科学家开展的国家重大科学研究计划项目“胚胎操作安全性评估研究”以及国外的同类ART安全性评估研究,均发现ART可造成医源性表观遗传突变,伴随多种母婴健康风险,动物模型研究表明ART源性的表观突变可跨代传递。国内外的流行病学研究发现,ART新生儿低体重风险升高2.6倍、早产风险升高超过2倍、自闭症升高约2倍、表观遗传疾病BW综合征发生率升高9倍。

出生低体重是成年病发生发展重大风险因素,动物模型的研究表明:ART技术本身可导致胎盘发育与功能异常,伴随胎儿宫内发育受限;ART致胎盘中父源印记基因表达水平下调(IGF2是其中之一),IGF2 是胎盘/胎儿生长的重要促进因子:调控器官发育与正常功能;而H19被证实参与许多肿瘤发生和恶性进展,促进癌细胞生长、侵袭、迁移等,对ART高度敏感;ART胎盘缺陷是值得关注的健康风险;

ART流程覆盖配子/受精/胚胎DNA甲基化动态变化关键期。配子/胚胎冷冻液/解冻液、ART流程所用到的IVF液、IVC培养液、IVM液、ICSI操作液、AOA液、囊胚活检操作,不合适的技术产品与操作流程,均是表观遗传突变风险点。大量证据表明当前国际上使用的卵子冻存技术存在安全性风险。高浓度DMSO为保护剂的卵子冷冻液产品,可导致DNA甲基化及组蛋白修饰改变、致表观遗传调控重要基因表达水平异常。

基于表观遗传突变发生的机制,孙教授与瑞之美团队研发了一类不含DMSO为冷冻保存剂的冻存新技术体系,进而避免了DMSO诱发的表观遗传突变风险。动物模型和人卵实验表明:冻卵存活率可达到95%至100%,冻卵与鲜卵的受精率、卵裂率、囊胚形成率接近、冻卵胚胎表观遗传谱与鲜卵胚胎相似。

我国每年有众多年轻未育女性接受肿瘤治疗,随着治愈率越来越高,生育力保护成为重大需求。孙方臻教授团队基于30多年从事卵母细胞研究的工作积累,研发了有效利用小卵泡卵制备优质胚胎的技术体系,因为新技术的应用,38位难治患者单个取卵周期的活产率由传统疗法的24%,提升到累积活产率为53%。对因肿瘤治疗需要紧急取卵的患者而言,卵巢上发育的大部分是小卵泡。孙教授的小卵泡卵有效利用并获得健康活产的先进技术,是肿瘤患者生育力保护的福音和关键技术支撑。对卵泡发育同步性差的患者(尤其大龄和高龄女性)而言,增加每个治疗周期的可用卵子数和可移植胚胎数,意味着单个治疗周期更高成功率并大幅度降低治愈的综合成本。

瑞之美团队建立了对肿瘤女性更友好、自然周期、便捷、极少用药、能用得起的生育力保存技术体系,实现了让先进生育力保护核心关键技术产品牢牢把握在我们中国人自己手中这一目标。