卵子冷凍液中添加合適濃度的褪黑素改善卵子存活率和受精能力的臨床研究

吳成亮 蘇占營(yíng) 辜敏 巢時(shí)斌

[摘要] 目的 探討在卵子冷凍液中添加合適濃度的褪黑素能否改善卵子存活率和受精能力。方法 回顧性分析2017年3月至2020年10月在本中心進(jìn)行卵胞漿內(nèi)單精子注射（ICSI）時(shí)臨床廢棄未受精卵母細(xì)胞（判斷標(biāo)準(zhǔn)：受精評(píng)估時(shí)無(wú)原核和第二極體出現(xiàn)），根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌譃閮蓚€(gè)階段。第一階段探尋最佳的褪黑素添加濃度，經(jīng)過(guò)第一階段實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)添加10-9 M濃度組卵子存活率最高（88.64% vs. 74.12%，P<0.05）;第二階段實(shí)驗(yàn)是用玻璃化冷凍及解凍方法冷凍及解凍卵子后進(jìn)行卵胞漿內(nèi)單精子注射（ICSI），觀察及分析10-9 M褪黑素添加組172枚（51.04%）和對(duì)照組（未添加褪黑素）165枚（48.96%）卵子受精能力。 結(jié)果 在冷凍液添加褪黑素后卵子冷凍復(fù)蘇存活率明顯改善，褪黑素濃度10-9 M為效果最佳（88.64% vs. 84.93% vs. 84.21% vs. 74.12%，P<0.05），添加10-9 M褪黑素組比未添加褪黑素組卵子正常受精率明顯升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（66.86% vs. 51.52%，P<0.01）。結(jié)論 褪黑素可以顯著改善卵子冷凍復(fù)蘇效果。

[關(guān)鍵詞] 褪黑素;卵子冷凍;存活率;受精

[中圖分類號(hào)] R321? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2021）34-0028-03

[Abstract] Objective To investigate whether adding a suitable concentration of melatonin to the oocyte freezing solution can improve the oocyte survival rate and fertilization ability. Methods A retrospective analysis was conducted on the unfertilized oocytes during intracytoplasmic sperm injection（ICSI） in our center from March 2017 to October 2020 （judgment criteria： no pronucleus and second polar body appear during fertilization assessment）. According to the different purposes of the experiment， it was divided into two stages. In the first stage， the optimal melatonin concentration was explored. After the first stage of experimental analysis， it was found that the egg survival rate of the 10-9 M concentration group was the highest （88.64% vs. 74.12%， P<0.05）. The second stage of the experiment was to freeze and thaw the eggs by vitrification and thawing， and then perform intracytoplasmic sperm injection（ICSI）. The fertilization abilities of 172 （51.04%） eggs in the 10-9 M melatonin group （with 10-9 M melatonin added） and 165 （48.96%） eggs in the control group （without melatonin added） were observed and analyzed. Results After melatonin was added to the freezing solution， the oocyte survival rate during freezing and resuscitation was significantly improved， and the melatonin concentration of 10-9 M was the optimal concentration（88.64% vs. 84.93% vs. 84.21% vs. 74.12%， P<0.05）. The normal fertilization rate of oocyte in the 10-9 M melatonin group was significantly higher than that in the control group， with the difference statistically significant （66.86% vs. 51.52%， P<0.01）. Conclusion Melatonin can significantly improve the effect of oocyte freezing and resuscitation.

[Key words] Melatonin; Oocyte freezing; Survival rate; Fertilization

人類輔助生殖技術(shù)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。在生育力保存領(lǐng)域也取得了較好的效果，尤其是在胚胎冷凍方面，玻璃化冷凍技術(shù)的成熟應(yīng)用，使胚胎冷凍復(fù)蘇存活率提升到95%以上[1-2]。但是卵子冷凍技術(shù)的應(yīng)用目前還不是十分的成熟，原因在于卵子的超微結(jié)構(gòu)不同于胚胎，不論是傳統(tǒng)的慢速程序化冷凍技術(shù)還是玻璃化冷凍技術(shù)，都對(duì)冷凍卵子的超微結(jié)構(gòu)、卵膜的滲透性、線粒體功能等方面有不可逆的損傷[3-4]。因此導(dǎo)致冷凍復(fù)蘇后卵子的存活率低，發(fā)育潛能差[5]。

本研究擬驗(yàn)證在卵子冷凍液中添加合適濃度褪黑素改善卵子冷凍復(fù)蘇效果。此外，卵子冷凍技術(shù)的進(jìn)步緩慢另一個(gè)重要原因是因?yàn)槿祟惵炎酉∪焙驼滟F性及必須符合倫理監(jiān)督原則，臨床無(wú)法提供足量的樣本進(jìn)行深入研究。本研究采用進(jìn)行單精子卵胞漿內(nèi)注射技術(shù)后16～18 h受精觀察時(shí)未受精卵子（未見原核形成和第二極體排出），這些卵子無(wú)任何臨床使用價(jià)值，臨床的處理原則是直接丟棄，但是這部分卵子能夠保持一定的受精能力，具有一定的科研價(jià)值。這樣既可以獲得同樣的研究效果又可以在符合倫理監(jiān)督原則的條件下獲得足量的樣本，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料

選取2017年3月至2020年10月在本中心進(jìn)行卵胞漿內(nèi)單精子注射（Intracytoplasmic sperm injection，ICSI）時(shí)臨床廢棄未受精卵母細(xì)胞（判斷標(biāo)準(zhǔn)：受精評(píng)估時(shí)無(wú)原核和第二極體出現(xiàn)），本試驗(yàn)經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審查與批準(zhǔn)。告知患者本研究的目的，并由患者本人簽署知情同意書。

1.2方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌譃閮蓚€(gè)階段。第一階段探尋最佳的褪黑素添加濃度，將322枚卵母細(xì)胞分為4組：對(duì)照組 85枚（26.40%），卵子冷凍液中未添加褪黑素;10-7 M組76枚（23.60%），卵子冷凍液中添加10-7 M褪黑素（默克西格瑪化學(xué)品公司，美國(guó)）;10-9 M組88枚（27.33%），卵子冷凍液中添加10-9 M褪黑素;10-11 M組73枚（22.67%），卵子冷凍液中添加10-11 M褪黑素。經(jīng)過(guò)第一階段實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)添加10-9 M濃度組卵子存活率最高，因此第二階段實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖潜容^10-9 M褪黑素添加組172枚（51.04%）和對(duì)照組（未添加褪黑素）165枚（48.96%）-卵子受精能力。第一階段實(shí)驗(yàn)觀察指標(biāo)為卵子存活率，第二階段實(shí)驗(yàn)觀察指標(biāo)為卵子受精率。玻璃化冷凍和解凍：玻璃化冷凍方法見參考文獻(xiàn)[6]，將卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)移至平衡液（加藤，日本）中10 min后，轉(zhuǎn)移至玻璃化冷凍液（加藤，日本）中，在30 s內(nèi)將卵母細(xì)胞裝載到冷凍載桿（加藤，日本）并迅速投入液氮。玻璃化解凍將冷凍載桿從液氮罐中取出迅速放預(yù)溫至37℃解凍液1液的Nunc四孔皿中，解剖鏡下吸出所有卵子，60 s內(nèi)快速解凍后將卵子轉(zhuǎn)移至解凍液2中放置3 min;最后轉(zhuǎn)移至解凍液3、4中各5 min。復(fù)蘇后轉(zhuǎn)移到G1（Vitrolife，瑞典）培養(yǎng)液在5%CO2、5%O2、90%N2、37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)觀察。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料以[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 卵子冷凍液中褪黑素濃度與卵子復(fù)蘇存活率關(guān)系

在冷凍液添加褪黑素后卵子冷凍復(fù)蘇存活率明顯改善，褪黑素濃度10-9 M為效果最佳，添加10-9 M褪黑素組卵子凍存復(fù)蘇后存活率與對(duì)照組（88.64% vs. 74.12%）比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表1。

2.2 未添加褪黑素組與添加褪黑素組卵子受精率比較

添加10-9 M褪黑素組比未添加褪黑素組卵子正常受精率明顯升高（66.86% vs. 51.52%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。見表2。

3討論

玻璃化冷凍法是在輔助生殖技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展起來(lái)的冷凍保存技術(shù)，可將細(xì)胞或組織在短時(shí)間內(nèi)快速冷凍[7-8]。玻璃化冷凍法在生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為成功凍存卵母細(xì)胞帶來(lái)了曙光。盡管人類卵母細(xì)胞的低溫保存技術(shù)已經(jīng)得到了提高，雖然取得了較高的存活率，但仍不能常規(guī)應(yīng)用于臨床實(shí)踐中，因卵母細(xì)胞低溫保存后發(fā)育潛能受損，受精能力和胚胎發(fā)育能力都低于新鮮卵子。大量的研究表明，使用常規(guī)玻璃化冷凍方法冷凍卵子在復(fù)蘇后發(fā)現(xiàn)卵子超微結(jié)構(gòu)破壞，線粒體功能受損，卵薄膜滲透性改變。和新鮮卵子比較，冷凍卵子受精率、優(yōu)質(zhì)胚胎形成率及囊胚形成率低。尤其是臨床妊娠率和累計(jì)活產(chǎn)率無(wú)法達(dá)到讓臨床醫(yī)生和患者接受的水平[19]。

近年來(lái)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明褪黑素作為一種抗氧化劑來(lái)改善低溫保存動(dòng)物卵母細(xì)胞的發(fā)育能力[9]。褪黑素可以有效清除氧自由基，保護(hù)卵膜通透性，保護(hù)線粒體功能，抑制卵子凋亡的機(jī)制來(lái)改善卵子冷凍結(jié)局[10-11]?；钚匝酰≧eactive oxygen species，ROS）在冷凍復(fù)蘇后卵子中積累對(duì)蛋白質(zhì)、DNA、脂質(zhì)和細(xì)胞膜的損傷，從而破壞卵母細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能[12]。最近有報(bào)道稱，玻璃化培養(yǎng)基中補(bǔ)充褪黑素可提高玻璃化溫牛卵母細(xì)胞和小鼠卵母細(xì)胞的質(zhì)量，通過(guò)減少細(xì)胞內(nèi)ROS來(lái)改善其后續(xù)發(fā)育。有研究者證實(shí)褪黑素可以阻止玻璃化處理對(duì)AQP基因表達(dá)的影響。AQPs基因主要功能是控制細(xì)胞內(nèi)水溶質(zhì)交換的平衡[13-14]。AQP基因表達(dá)受損，影響卵膜對(duì)水的滲透性，從而形成細(xì)胞內(nèi)冰晶。

研究者最近在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在卵子冷凍液中添加褪黑素能夠有效地改善卵子冷凍復(fù)蘇結(jié)局[15]。褪黑素能夠通過(guò)其經(jīng)典的抗氧化功能促進(jìn)非靈長(zhǎng)類物種的卵母細(xì)胞成熟及早期胚胎發(fā)育，但褪黑素對(duì)卵母細(xì)胞成熟的其他作用途徑很少受到關(guān)注。褪黑素的抗氧化作用能夠幫助提高細(xì)胞膜的流動(dòng)性，降低細(xì)胞膜的剛性，從而促進(jìn)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞（Clathrin-mediatedendocytosis，CME）[16]。褪黑素是一種色氨酸的衍生物，研究發(fā)現(xiàn)褪黑素不僅存在于松果體中，也存在于神經(jīng)元細(xì)胞、皮膚和卵母細(xì)胞中，是一種有效的自由基天然抗氧化劑。先前的研究已經(jīng)證明褪黑素及其代謝物作為自由基的強(qiáng)力直接清除者和間接抗氧化劑調(diào)節(jié)過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶超氧化物歧化酶[17-18]。其機(jī)制是褪黑素可以降低卵子因?yàn)槔鋬鰪?fù)蘇后產(chǎn)生的氧自由基，從而大大提升卵子冷凍復(fù)蘇存活率和其后的受精及胚胎發(fā)育潛能[19]。

但是，冷凍液中添加褪黑素的濃度報(bào)道不一，尤其是在人類卵子中的應(yīng)用沒(méi)有可靠的數(shù)據(jù)支撐。 因此，在本研究第一階段實(shí)驗(yàn)中，首先明確取得卵子存活率最佳效果褪黑素濃度。本研究設(shè)定的三個(gè)褪黑素濃度10-7 M、10-9 M、10-11 M中，10-9 M取得了最好的存活率。因此在第二階段實(shí)驗(yàn)中，用褪黑素10-9 M濃度與未添加褪黑素進(jìn)行復(fù)蘇后卵子受精能力比較，發(fā)現(xiàn)添加褪黑素組卵子正常受精率得到明顯改善。

本研究證實(shí)卵子冷凍液中添加10-9 M褪黑素能顯著改善卵子存活率和卵子受精能力。本研究的不足之處在于因?yàn)閭惱韱?wèn)題，采用的卵子是ICSI后未受精卵子，不能進(jìn)行胚胎發(fā)育潛能的研究，樣本量較小。下一步研究應(yīng)該進(jìn)行更大樣本和多中心的臨床研究。

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（收稿日期：2021-07-23）