近年來，隨著高通量測序技術(shù)應(yīng)用于體外受精胚胎的植入前遺傳學(xué)診斷，有關(guān)胚胎嵌合現(xiàn)象的報道越來越多。研究表明，人類著床前胚胎的嵌合比例很高，滋養(yǎng)外胚層（TE）活檢的嵌合診斷率從3%到26%不等^[1]。胚胎嵌合是指同一個胚胎中既有正常的二倍體細(xì)胞、也有異常的非整倍體細(xì)胞的現(xiàn)象。這通常是在胚胎發(fā)育早期，部分胚胎細(xì)胞在有絲分裂過程中發(fā)生染色體分離錯誤導(dǎo)致的。

體外受精胚胎中，部分細(xì)胞發(fā)生染色體異常對胚胎發(fā)育潛力的影響還不完全清楚。據(jù)報道，嵌合胚胎在植入后，可能植入失敗，或者植入后發(fā)生流產(chǎn)，也可能發(fā)育至活產(chǎn)，甚至誕生正常嬰兒。嵌合胚胎移植回孕婦體內(nèi)后的妊娠率和活產(chǎn)率從16%到47%不等^[1-3]。了解胚胎嵌合的后果對于體外受精胚胎和自然受精胚胎都很重要，但目前對移植的嵌合胚胎的產(chǎn)后評估是不夠的。目前的評估主要集中在妊娠率和出生率上，而單細(xì)胞分辨率的產(chǎn)后染色體檢測數(shù)據(jù)仍然缺乏。最近Capalbo等人^[4]進(jìn)行了一項前瞻性研究，他們發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)外胚層活檢時判斷為嵌合的胚胎與判斷為正常整倍體的胚胎具有相似的發(fā)育潛力。他們對部分嵌合胚胎移植出生的新生兒，采集其唾液樣本，使用單核苷酸多態(tài)性陣列（SNP array）技術(shù)進(jìn)行大量細(xì)胞混合樣品分析，確認(rèn)新生兒在外胚層衍生的細(xì)胞譜系中沒有高比例的核型異常。

2022年8月6日，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）湯富酬課題組與中國人民解放軍總醫(yī)院姚元慶課題組合作在 Genomics, Proteomics & Bioinformatics 雜志發(fā)表題為“Single-cell sequencing reveals clearance of blastula chromosomal mosaicism inIn Vitro fertilization babies”的研究論文。該研究對7名嵌合囊胚移植后出生的試管嬰兒進(jìn)行了后續(xù)的追蹤，采集他們的外周血單核細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞雙組學(xué)測序，對單個細(xì)胞的類型和染色體拷貝數(shù)進(jìn)行了精準(zhǔn)檢測，在單細(xì)胞分辨率下探索嵌合胚胎移植后出生的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞的染色體拷貝數(shù)狀態(tài)，評估了這些健康出生的嬰兒體內(nèi)是否還存在與胚胎早期相同的染色體拷貝數(shù)異常（CNA），以及是否出現(xiàn)了新的染色體拷貝數(shù)異常（圖1）。該研究發(fā)現(xiàn)：

圖1. 研究示意圖

來自嵌合胚胎的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中已經(jīng)檢測不到胚胎早期發(fā)生的染色體拷貝數(shù)異常。該研究對7名來自嵌合胚胎的試管嬰兒、以及3名來自正常整倍體胚胎的試管嬰兒（作為對照）的總共1616個細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞雙組學(xué)測序，每個嬰兒平均測序了100-300個單細(xì)胞。該研究重點關(guān)注了嵌合胚胎在滋養(yǎng)外胚層活檢時發(fā)生拷貝數(shù)異常的染色體區(qū)域。結(jié)果表明，這些試管嬰兒的外周血單核細(xì)胞在這些對應(yīng)的染色體區(qū)域的拷貝數(shù)都正常（圖2）。一個似乎是例外的情況來自5號病例的一個外周血單核細(xì)胞，它在基因組檢測中顯示在滋養(yǎng)外胚層活檢異常的染色體區(qū)域有拷貝數(shù)缺失。然而，其缺失的染色體區(qū)域長度比滋養(yǎng)外胚層活檢時異常的染色體區(qū)域短得多，且拷貝數(shù)變化與在滋養(yǎng)外胚層活檢的拷貝數(shù)變化方向相反（滋養(yǎng)外胚層活檢時是6號染色體長臂一個大片段的拷貝數(shù)增加，而在試管嬰兒外周血單核細(xì)胞檢測時是6號染色體長臂一個小片段的拷貝數(shù)減少）。因此該研究發(fā)現(xiàn)，來自嵌合胚胎的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中已經(jīng)檢測不到胚胎早期發(fā)生的染色體拷貝數(shù)異常（圖2）。

圖2. 囊胚期滋養(yǎng)外胚層活檢結(jié)果和試管嬰兒的外周血單核細(xì)胞的染色體拷貝數(shù)異常對比圖

來自嵌合胚胎的試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中一小部分細(xì)胞發(fā)生了其他染色體區(qū)域的拷貝數(shù)異常。來自嵌合胚胎的試管嬰兒和來自整倍體胚胎的對照組試管嬰兒的外周血單核細(xì)胞中，一部分細(xì)胞仍然發(fā)生了染色體拷貝數(shù)異常（拷貝數(shù)異常的染色體區(qū)域長度在10Mb以上的)，平均發(fā)生頻率為1.2%（從0%到2.5%）（圖3）。這些外周血單核細(xì)胞中發(fā)生異常的染色體區(qū)域表現(xiàn)出相對隨機的模式。與此同時，對應(yīng)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組信息也顯示這些染色體拷貝數(shù)異常的細(xì)胞，存在于外周血單核細(xì)胞的各種細(xì)胞類型中（圖3）。最近黃巖誼實驗室和王建斌實驗室報道了在健康人群的外周血單核細(xì)胞中普遍存在染色體拷貝數(shù)異常，染色體拷貝數(shù)異常細(xì)胞在外周血單核細(xì)胞中的比例在7.5%左右^[5]。與成年人相比，這些1-3歲嬰兒的染色體拷貝數(shù)異常細(xì)胞的比例似乎略低。

圖3. 試管嬰兒外周血單核細(xì)胞中染色體拷貝數(shù)異常細(xì)胞的比例及分布

以上結(jié)果表明，試管嬰兒的胚胎染色體嵌合問題通過某些細(xì)胞機制得到了糾正。這可能是通過以下兩個途徑：異常的非整倍體胚胎細(xì)胞相比于正常整倍體細(xì)胞分裂增殖更緩慢，或者異常的非整倍體胚胎細(xì)胞更容易發(fā)生凋亡，最終在嵌合胚胎中，異常的非整倍體細(xì)胞被選擇性消除了。研究表明，小鼠囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)譜系的非整倍體細(xì)胞會通過凋亡被選擇性消除，非整倍體細(xì)胞比例從囊胚期開始逐漸減少^[6]。另一項研究表明，早期胚胎中整倍體和非整倍體細(xì)胞的增殖和死亡動力學(xué)是不同的，非整倍體細(xì)胞增殖較慢并且容易發(fā)生凋亡，而整倍體細(xì)胞增殖快并且很少發(fā)生凋亡^[7]。這些問題非常值得未來更深入的探索。

綜上所述，該研究首次在單細(xì)胞分辨率，從多組學(xué)的角度對來自嵌合胚胎的試管嬰兒進(jìn)行了深入評估，表明這些嵌合胚胎常常也可以成功發(fā)育成健康嬰兒，胚胎期染色體嵌合問題得到了完全糾正。這為滋養(yǎng)外胚層活檢診斷出的嵌合胚胎提供了新的見解。在沒有正常整倍體胚胎可用的情況下，可以考慮移植嵌合胚胎。這為卵巢儲備較差、促排卵后胚胎數(shù)量有限或僅有嵌合胚胎和染色體全部異常的胚胎的患者提供了新的希望。

北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士生高原、中國人民解放軍總醫(yī)院博士生張晉寧、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生劉振宇、博士生祁淑悅為該論文的并列第一作者。北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心湯富酬教授和中國人民解放軍總醫(yī)院姚元慶教授為共同通訊作者。該研究項目得到了國家自然科學(xué)基金委、“十三五”國家重點研發(fā)計劃“生殖健康及重大出生缺陷防控研究”專項《胚胎植入前遺傳學(xué)診斷新技術(shù)研發(fā)及規(guī)范化研究》、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心和北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心的支持。

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來源：北京大學(xué)