告别“盲选”时代：非侵入性技术如何为试管婴儿挑选“天选之子”？

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从活检“采证”到液体“寻踪”

非整倍体主要源于卵母细胞（oocytes）的减数分裂错误，这与母亲年龄密切相关。但它也可能由精子异常或早期卵裂期的有丝分裂错误引起。为了应对非整倍体问题，胚胎植入前遗传学检测（PGT-A）于上世纪90年代初被引入IVF临床实践。

最初，PGT-A主要通过荧光原位杂交（FISH）技术，对异常发育的胚胎细胞进行分析，但只能检测有限的几条染色体（如X, Y, 18, 13, 21）。为了不影响胚胎活性，后来发展出滋养外胚层活检（trophectoderm biopsy）技术，即从囊胚中提取少量滋养外胚层细胞进行检测。随后，更高效的技术如聚合酶链式反应（PCR）、比较基因组杂交（CGH）和新一代测序（NGS）逐渐取代了FISH，使PGT-A能够检测更多甚至所有的染色体。

然而，传统的PGT-A，即使采用了最先进的分子技术，也面临着诸多挑战。首先，滋养外胚层细胞通常发育成胎盘，而内细胞团（inner cell mass）发育成胎儿。因此，活检细胞的遗传物质不一定完全代表胚胎的真实情况。其次，滋养外胚层活检可能会对胚胎的发育潜能造成潜在损害。最后，由于存在嵌合体胚胎（mosaic embryos），即胚胎中同时存在正常和非整倍体细胞，活检结果并不能完全预测嵌合体的真实水平。

为了克服这些问题，研究人员开始探索从胚胎培养液中分析游离DNA的方法，这催生了非侵入性染色体筛查（noninvasive chromosome screening, NICS），也称非侵入性PGT-A（niPGT-A）。

液体活检的精准“画像”

niPGT-A，这种非侵入性液体活检（liquid biopsy）技术，通过对培养液中胚胎释放的DNA进行全基因组扩增（whole-genome amplification, WGA），然后进行NGS分析，评估胚胎的倍性状态。研究显示，niPGT-A在诊断胚胎倍性准确性方面，表现出“高灵敏度、特异性”，假阳性率和假阴性率都很低，甚至与传统PGT-A“不相上下”。

最近，niPGT-A已被成功应用于单胚胎移植（single-embryo transfer）中，用于筛选携带平衡染色体易位（balanced chromosomal rearrangements）患者的整倍体胚胎。尽管这些发现令人鼓舞，但传统的PGT-A，即对捐赠用于研究的过剩IVF胚胎进行的PGT-A，仍然是验证新非侵入性生物标志物的“金标准”，niPGT-A的广泛应用仍需更多随机对照试验（RCTs）的确认。同时，AI和形态动力学分析的结合也被寄予厚望，有望在未来替代部分或全部的PGT-A和niPGT-A。

niPGT-A能够提供关于胚胎发育潜能的信息，有助于选择最佳胚胎进行移植。其结果获取速度比传统PGT-A更快。然而，两种方法都需要昂贵的设备和高技能的专业人员。未来，基于形态学、形态动力学数据，有时甚至结合患者临床数据的间接评估方法，可能是最佳解决方案。

生命活力的“指纹”——基因活性 (Gene Activity)

胚胎的早期发育并非从零开始，而是巧妙地利用了卵母细胞中预先储存的“储备”——母体mRNA和蛋白质。然而，真正的“生命序曲”——胚胎基因激活（embryonic gene activation）——则在特定阶段才会奏响。

基因表达的序曲——转录组学 (Transcriptomics)

miRNA的“指挥棒”

人类胚胎的基因组主要激活（major embryonic gene activation）发生在四细胞期（four-cell stage）到八细胞期（eight-cell stage）之间，这比大多数实验室动物要晚。但即使在单细胞期，也能检测到低水平的基因表达。

健康卵裂球（blastomeres）合成的一些RNA种类能够分泌到胚胎培养液中并保持稳定，这为利用胚胎分泌的RNA作为胚胎质量标志物提供了可能性。其中，非编码RNA（non-coding RNAs, ncRNAs）受到了特别关注，它们占转录组（transcriptome）的98%，其中微小RNA（microRNAs, miRNAs）和piwi相互作用RNA（piRNAs）被证实与胚胎活力和发育潜能相关。

miRNAs由18-24个核苷酸组成，通过翻译抑制或mRNA降解来调节基因表达。它们被认为在着床之初调节囊胚对子宫内膜（endometrium）的粘附。在过去的十年中，从人囊胚分泌到培养液中的miRNAs被视为非侵入性胚胎选择的潜在生物标志物，甚至可以预测胚胎移植后的生化妊娠（biochemical pregnancy）丢失风险。另一种snRNA，piRNA，也参与基因表达调控和基因组稳定性保护，并被提出作为胚胎生物标志物。

高通量测序的“精准定位”

最近的一些研究，利用测序平台进行大规模并行测序（massive-parallel sequencing），成功识别了两种miRNAs和五种piRNAs，它们能够预测和区分高质量胚胎与低质量胚胎，展现出“高灵敏度、特异性和准确性”。具体而言，miR-16-5p和miR-92a-3p两种miRNAs，以及piR-28263、piR-18682、piR-23020、piR-414和piR-27485五种piRNAs，被证明具有预测高品质胚胎进行IVF移植的潜力。

另一项分析第三天和第五天胚胎培养液中miRNAs的研究表明，hsa-miR-199a-5p、hsa-miR-483-5p和hsa-miR-432-5p与妊娠相关，被提议作为IVF周期中胚胎质量的生物标志物。最近利用机器学习模型进行的分析也揭示了临床妊娠成功的整倍体囊胚与未妊娠的整倍体囊胚之间存在不同的基因表达模式。

利用定量实时聚合酶链式反应（qRT-PCR）技术评估ncRNA标志物，具有快速、高灵敏度的特点，这对于临床IVF实践中的快速胚胎评估非常有利。然而，这种方法需要具备相应技能的工作人员和相对昂贵的设备。

蛋白质的“低语”——蛋白质组学与分泌组学 (Proteomics & Secretomics)

蛋白质的“秘密语言”

人类胚胎的基因翻译（gene translation）在八细胞期（eight-cell stage）发生了一次主要的激活。同时，首次观察到胚胎基因表达的形态学迹象。蛋白质组（proteome）是指细胞在特定时间翻译产生的所有蛋白质，而分泌组（secretome）则特指发育中的胚胎产生并分泌的蛋白质。

研究发现，分泌到培养液中的蛋白质（呈增加趋势）和已被胚胎吸收的蛋白质（呈减少趋势），都可能是胚胎发育的宝贵生物标志物。早期，研究人员使用酶联免疫吸附测定（ELISA）和蛋白质印迹法（Western blotting）等相对简单的方法来评估胚胎培养液中的蛋白质组学。

质谱技术的“火眼金睛”

如今，高通量技术，如质谱（mass spectrometry），特别是基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS），使分析速度更快、灵敏度更高。通过使用MALDI-TOF MS比较整倍体和非整倍体胚胎（经PGT-A验证），研究人员能够识别出整倍体胚胎的12个独特光谱区域和非整倍体胚胎的17个独特光谱区域。这项技术在单胚胎移植后预测持续妊娠（ongoing pregnancy）方面显示出较高的阳性预测值。

个别特定的标志物也引起了广泛关注，例如人绒毛膜促性腺激素（hCG）的异构体、白细胞介素6（IL-6）、干细胞因子（SCF）和干扰素-α2（IFN-α2），以及可溶性人白细胞抗原G（sHLA-G）和可溶性CD146（sCD146）。其中，sCD146与IVF成功率呈负相关。

超快速，但标准待统一

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